電子電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)--課程設(shè)計(jì)

1、1電子電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)電子電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：題目：基于單片機(jī)數(shù)碼管電子鐘設(shè)計(jì)基于單片機(jī)數(shù)碼管電子鐘設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 院：信息工程學(xué)院院：信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名：盧勇學(xué)生姓名：盧勇 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)：201307080045 專業(yè)年級(jí)：光電信息科學(xué)與工程專業(yè)年級(jí)：光電信息科學(xué)與工程 2013 級(jí)級(jí) 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師： 張凱琳張凱琳 20152015 年年 6 6 月月2020日日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1設(shè)計(jì)題目基于單片數(shù)碼管電子鐘設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)類型應(yīng)用型導(dǎo)師姓名 主要內(nèi)容及目標(biāo) 完成電路板原理圖及其 PCB 板圖的設(shè)計(jì)； 完成電路原理圖元器件庫(kù)的設(shè)計(jì)，PCB 板圖封裝庫(kù)設(shè)計(jì)； 提

2、交 ERC 檢查報(bào)告、網(wǎng)絡(luò)表、材料清單； 完成相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告具有的設(shè)計(jì)條件計(jì)算機(jī)及 Protel 99SE 軟件。計(jì)劃設(shè)計(jì)進(jìn)程1、從接題開(kāi)始收集資料、準(zhǔn)備設(shè)計(jì)2、學(xué)習(xí)電路原理圖的繪制及 PCB 板圖制作方法3、完成設(shè)計(jì)任務(wù)，同時(shí)編寫設(shè)計(jì)報(bào)告1參考文獻(xiàn)1.李建忠主編，單片機(jī)原理及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社2.彭偉編著，單片機(jī) C 語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn) 100 例，北京電子工業(yè)出版社3.江曉安等編著，數(shù)字電子技術(shù)（第三版） ，西安電子科技大學(xué)出版社4. MAXIMNEW RELEASES DATA BOOK （VOLUME V） ，AMERICA5.樓然苗，李光飛，MCS51 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例，北

3、京航天航空大學(xué)出版社6.潘永雄 沙河編著，電子線路 CAD 使用教程 ， 西安電子科技大學(xué)出版社7.唐繼賢編著，51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，上?？茖W(xué)出版社8.劉國(guó)榮，單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社9.周慧，微機(jī)接口與控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)，湖南工程學(xué)院出版10. Heinrech Meyc Marc Moneneclaey.Digital Communication Receivers. JOH S INC N WILEY&SON.目錄目錄0 摘要摘要 .11 緒論緒論 .21.1 PROTEL99SE軟件簡(jiǎn)介 .21.2 設(shè)計(jì)目的.31.3 AT89C2051 介紹 .32 設(shè)計(jì)原

4、理設(shè)計(jì)原理 .62.1 原理圖設(shè)計(jì).62.1.1 制作原件與創(chuàng)建元件庫(kù). 設(shè)計(jì)具體步驟.62.1.2 原理圖.72.1.3 元器件清單的生成.82.2 PCB 設(shè)計(jì).102.2.1 封裝元件庫(kù).102.2.2 創(chuàng)建 PCB 步驟 .112.2.3 PCB 圖形 .123 課程學(xué)習(xí)心得課程學(xué)習(xí)心得 .121基于單片機(jī)數(shù)碼管電子鐘設(shè)計(jì)基于單片機(jī)數(shù)碼管電子鐘設(shè)計(jì)0 摘要摘要基于單片機(jī)的定時(shí)和控制裝置在許多行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，而數(shù)字鐘是其中最基本的，也是最具有代表性的一個(gè)例子。在基于單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字鐘電路中，除了基本的單片機(jī)系統(tǒng)和外圍電路外，還需要外部的控制和顯示裝置。本電路主要以單片

5、機(jī) AT89C2051 或者 STC12C2052 為核心而設(shè)計(jì)的，通過(guò)單片機(jī)對(duì)信息的分析與處理，控制外圍設(shè)備。本設(shè)計(jì)以單片機(jī) AT89C2051 為切入點(diǎn)，通過(guò)使用 AT89C2051 的內(nèi)部的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，結(jié)合對(duì)外接晶振的調(diào)節(jié)來(lái)確定一個(gè)合適的振蕩周期，從而確定出內(nèi)部的機(jī)器周期。再通過(guò)對(duì)內(nèi)部中斷程序的設(shè)置來(lái)設(shè)計(jì)出時(shí)鐘程序，即設(shè)計(jì)出了電子時(shí)鐘的核心。然后在核心電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的擴(kuò)展電路，使本設(shè)計(jì)更加實(shí)用。運(yùn)用 Protel 99 SE 及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換電路的 PCB 板設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)碼顯示；PCB;AT89C2051; 21 緒論緒論1.1 P Pro

6、tel99serotel99se 軟件簡(jiǎn)介軟件簡(jiǎn)介Protel99SE 是 PROTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 軟件,應(yīng)用廣泛功能強(qiáng)大，是個(gè)完整的板級(jí)全方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)(包含印制電路板自動(dòng)布線)、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能?？梢?jiàn) Protel99SE 不僅在繪制原理圖、PCB 板布局布線等方面功能更加完善，而且為用戶提供功能強(qiáng)大、使用方便的仿真器，它可以對(duì)當(dāng)前所畫的電路原理圖進(jìn)行即時(shí)仿真，因此在電路的整個(gè)設(shè)計(jì)周期都可以仿真查看和分析其性能指標(biāo)，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)

7、題并加以改正，從而更好的完成電路設(shè)計(jì)。具體特點(diǎn)如下:（a）強(qiáng)大的分析功能用戶可以根據(jù) Protel99SE 電路仿真器所提供的功能，分析設(shè)計(jì)電路的各方面性能.如電路的交直流特性、溫度漂移、噪聲、失真、容差、最壞情況等特性。（b）豐富的信號(hào)源其中包括基本信號(hào)源：主流源、正弦源、脈沖源、指數(shù)源、單頻調(diào)頻源、分段線性源，同時(shí)還提供了齊全的線性和非線性受控源。（c）充分的仿真模型庫(kù)Protel99SE 提供了 20 多個(gè)模擬和數(shù)字仿真元件庫(kù)，共包含 6000 多個(gè)常用元器件。這些組件庫(kù)包括了常用二極管、三極管、單結(jié)晶體管、變壓器，晶閘管、雙向晶閘管等分立組件，還有大量的數(shù)字器件和其它集成電路器件.同時(shí)

8、 Protel99SE 提供了一個(gè)開(kāi)放的庫(kù)維護(hù)環(huán)境，允許設(shè)計(jì)者改變?cè)衅骷Ｐ停部蓜?chuàng)建新器件模型。（d）友好的操作界面無(wú)需手工編寫電路網(wǎng)表義件.系統(tǒng)將根據(jù)所畫電路原理圖自動(dòng)生網(wǎng)表文件并進(jìn)行仿真。通過(guò)對(duì)話框完成電路分析各參數(shù)設(shè)置。方便地觀察波形信號(hào)?？赏瑫r(shí)顯示多個(gè)波形，也可單獨(dú)顯示某個(gè)波形；可對(duì)波形進(jìn)行多次局部放大，也可將兩個(gè)波形放置于同一單元格內(nèi)進(jìn)行顯示并分析比較兩者的差別。強(qiáng)大的波形信號(hào)后處理，可利用各種數(shù)學(xué)函數(shù)對(duì)波形進(jìn)行各種分析運(yùn)算并創(chuàng)建一個(gè)新的波形。方便地測(cè)量輸出波形。Protel99SE 提供了兩個(gè)測(cè)量光標(biāo)，打開(kāi)它們可測(cè)量波形數(shù)據(jù)。31.2 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)了解熟悉

9、 Protel99 軟件界面，進(jìn)行數(shù)字電子鐘電路原理圖的設(shè)計(jì)、創(chuàng)建原理圖元件、電路板的設(shè)計(jì)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)表的載入、印刷電路板(PCB)的編輯、創(chuàng)建元件封裝、報(bào)表生成與電路板輸出。了解 rotel 99 SE 軟件的功能及其使用說(shuō)明，對(duì)軟件基本操作能夠熟練掌握，熟悉原理圖的設(shè)計(jì)步驟，掌握繪制原理圖的方法，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)表及元件清單的生成，雙面印制電路板(PCB)的布線流程，創(chuàng)建原理圖元件庫(kù)及其 PCB 元件庫(kù)的編輯。通過(guò)電子電路 CAD 課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí),了解它是采用的客戶、服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，起主要應(yīng)用程序 Client.exe 提供了一個(gè)基本的框架窗口和相應(yīng)的 Protel99 組件之間的用戶接口。對(duì)于用戶來(lái)

10、講，使用它不需要了解是如何工作的。從實(shí)際角度出發(fā)，按照循序漸進(jìn)、理論聯(lián)系實(shí)際的原則，根據(jù)電子電路設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，結(jié)合典型實(shí)例系統(tǒng)地介紹電路原理圖的設(shè)計(jì)及印刷電路板的設(shè)計(jì)方法，并其備完善靈活的設(shè)計(jì)管理方式。1.3 AT89C2051 介紹介紹1）程序保密 AT89C2051 隸屬美國(guó) ATMEL 公司，AT89C2051 設(shè)計(jì)有 2 個(gè)程序保密位，保密位 1 被編程之后，程序存儲(chǔ)器不能再被編程除非做一次擦除，保密位 2 被編程之后，程序不能被讀出。2）軟硬件的開(kāi)發(fā) AT89C2051 可以采用下面兩種方法開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。1、由于 89C2051 內(nèi)部程序存貯器為 Flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方

11、便快捷，只要配備一個(gè)可以編程 89C2051 的編程器即可。調(diào)試人員可以采用程序編輯-編譯-固化-插到電路板中試驗(yàn)這樣反復(fù)循環(huán)的方法，對(duì)于熟練的 MCS-51 程序員來(lái)說(shuō)，這種調(diào)試方法并不十分困難。但是做這種調(diào)試不能夠了解片內(nèi) RAM 的內(nèi)容和程序的走向等有關(guān)信息。2、將普通 8031/80C31 仿真器的仿真插頭中 P1.0P1.7 和 P3.0P3.6 引出來(lái)仿真 2051,這種方法可以運(yùn)用單步、斷點(diǎn)的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實(shí)，比如，2051 的內(nèi)部模擬4比較器功能，P1 口、P3 口的增強(qiáng)下拉能力等等。3）引腳說(shuō)明 AT89C2051 芯片引腳圖 AT89C2051 的引腳圖如下圖所示

12、。 1、VCC:電源電壓。2、GND:地。3、P1 口:P1 口是一個(gè) 8 位雙向 I/O 口?？谝_ P1.2P1.7 提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和 P1.1 要求外部上拉電阻。P1.0 和 P1.1 還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(ANI0)和反相輸入(AIN1)。P1 口輸出緩沖器可吸收 20mA 電流并能直接驅(qū)動(dòng) LED 顯示。當(dāng) P1 口引腳寫入1時(shí)，其可用作輸入端，當(dāng)引腳 P1.2P1.7 用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的寫入1時(shí)，其可用作輸入端。當(dāng)引腳 P1.2P1.7 用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流。4、P3 口:P3 口的 P3.0P3

13、.5、P3.7 是帶有內(nèi)部上拉電阻 的七個(gè)雙向 I/O 口引腳。P3.6 用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)并且它作為一通用 I/O 引腳而不可訪問(wèn)。P3口緩沖器可吸收 20mA 電流。當(dāng) P3 口寫入1時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時(shí)，被外部拉低的 P3 口腳將用上拉電阻而流出電流。P3 口還用于實(shí)現(xiàn) AT89C2051 的各種第二功能，如下表所列:引腳口功 能P3.0RXD 串行輸入端口P3.1TXD 串行輸出端口5P3.2INT0 外中斷 0P3.3INT1 外中斷 1P3.4T0 定時(shí)器 0 外部輸入P3.5T1 定時(shí)器 1 外部輸入P3 口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編

14、程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。5、RST:復(fù)位輸入。RST 一旦變成高電平所有的 I/O 引腳就復(fù)位到1。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給出 RST 引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需12 個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。6、XTAL1:作為振蕩器反相器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。7、XTAL2:作為振蕩器反相放大器的輸出。3）主要性能 1、和 MCS-51 產(chǎn)品兼容;2、2KB 可重編程 FLASH 存儲(chǔ)器(10000 次);3、2.7-6V 電壓范圍;4、全靜態(tài)工作:0Hz-24MHz;5、2 級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定;6、128*8 位內(nèi)部 RAM;7、15 條可編程 I/O 線;8、兩個(gè) 1

15、6 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;9、6 個(gè)中斷源;10、可編程串行通道;11、高精度電壓比較器(P1.0，P1.1，P3.6);12、直接驅(qū)動(dòng) LED 的輸出端口。6 2 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理2.1 原理圖設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)2.1.1 制作原件與創(chuàng)建元件庫(kù)制作原件與創(chuàng)建元件庫(kù) 設(shè)計(jì)具體步驟設(shè)計(jì)具體步驟創(chuàng)建工程文件命名為（電子鐘.DDB） ，執(zhí)行“File”菜單下的“New”命令，在新文檔選擇窗口內(nèi)，雙擊“Schematic Library Document”編輯器圖形，重命名為MYSCH.lib。然后執(zhí)行“Tools ”菜單下的“New Component” （生成新元件）命令，在窗口輸入元件名，

16、如 DPJ 后單擊“OK”按鈕，即可獲得一個(gè)新的繪圖工具去，然后通過(guò)畫圖工具畫出元件。必要時(shí)執(zhí)行“Report”菜單下的“Component Rule Check”（元件規(guī)則檢查）命令，然后單擊“OK”按鈕，啟動(dòng)元件規(guī)則檢查過(guò)程，即可了解元件圖形庫(kù)的正確性。 設(shè)計(jì)的元件 DPJ(單片機(jī) AT89C2051)7 SM(數(shù)碼管)2.1.2 原理圖原理圖創(chuàng)建原理圖文件，執(zhí)行“File”菜單下的“New”命令，在新文檔選擇窗口內(nèi)雙擊“Schematic Document”并命名為（數(shù)碼管電子鐘） ，然后使用 Protel99 加庫(kù)工具加載自己創(chuàng)建的庫(kù)文件及工程文件，加載方法如下：1）

17、選擇要添加的庫(kù)類別為 SCH；2） 按“添加庫(kù)”和“刪除”按鈕，選擇要添加的文件；3） 打開(kāi) Protel99se 工程文件；4） 打開(kāi)原理圖中的添加/刪除（Add/Remove）元件庫(kù)對(duì)話框；5） 按添加到 Protel 按鈕，把選擇的庫(kù)文件添加/刪除元件庫(kù)對(duì)話框中；6） 點(diǎn)擊添加/刪除元件庫(kù)對(duì)話框中的“OK”按鈕完成操作；然后根據(jù)設(shè)計(jì)畫出原理圖，原理圖如下圖：82.1.3 元器件清單的生成元器件清單的生成打開(kāi)原理圖文件，執(zhí)行菜單命令 Reports/Bill of Material,一直點(diǎn)擊 NEXT 直到最后 FINISH,程序會(huì)自動(dòng)進(jìn)入表格編輯器，并形成后綴為*.xls 的元件列表。9

18、元件清單表2.1.4 電路的 ERC 檢查執(zhí)行菜單命令 Tools/ERC 命令，點(diǎn)擊 OK 即可生成相應(yīng)的測(cè)試錯(cuò)誤報(bào)告如下圖所示。電路的 ERC 檢查2.1.5 產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表執(zhí)行菜單命令 Design/Create Netlist,將 Output Format 一覽設(shè)置成 PROTEL 格10式。單擊 OK,自動(dòng)保存為.NET 的文件。產(chǎn)生如圖所示的網(wǎng)絡(luò)表。生成網(wǎng)絡(luò)表2.2 PCB 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)2.2.1 封裝元件庫(kù)封裝元件庫(kù) 設(shè)計(jì)步驟打開(kāi)工程文件，執(zhí)行“File”菜單下的“New”命令，在新文檔選擇窗口內(nèi)，雙擊“PCB Library Document”編輯器圖形，重命名為 MY

19、PCB.lib,然后點(diǎn)擊 Add/Remove-Next,設(shè)置元件長(zhǎng)寬以及孔的大小并重命名元件封裝名如 DIP-20。 封裝元件封裝部分元件圖如圖所示11 SWITH CR20322.2.2 創(chuàng)建創(chuàng)建 PCB 步驟步驟開(kāi)工程文件，執(zhí)行“File”菜單下的“New”命令，在新文檔選擇窗口內(nèi)，雙擊“PCB Document”編輯器圖形，重命名為(數(shù)碼管電子鐘.PCB).打開(kāi)封裝好的原理圖，執(zhí)行“Design”下的“Update PCB” ，點(diǎn)擊“Execute” 。調(diào)整部分位置后，并進(jìn)行布線（Protel 99 SE 既可以進(jìn)行自動(dòng)布局也可以進(jìn)行手工布局，執(zhí)行菜單命令Tools/Au

20、to Placement/Auto Placer 可以讓 Protel 自動(dòng)布局。規(guī)劃好電路板并裝入網(wǎng)絡(luò)表后，用戶可以讓程序自動(dòng)裝入元件。并自動(dòng)將元件布置在電路板邊框內(nèi)。布局是布線關(guān)鍵性的一步,為了使布局史加合理，多數(shù)設(shè)計(jì)者都采用手工布局方式。12） 。2.2.3 PCB 圖形圖形布線完成后的 PCB 圖如下圖所示：3 課程學(xué)習(xí)心得課程學(xué)習(xí)心得通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使自己明白了原來(lái)的那點(diǎn)知識(shí)是非常欠缺的，要學(xué)習(xí)的東西還很多，正所謂“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行。 ”學(xué)習(xí)任何知識(shí)，僅從理論上去求知，而不去實(shí)踐、探索是不夠的。因此在學(xué)期末來(lái)臨之際，我覺(jué)得這次的電子 CAD 實(shí)訓(xùn)讓我受益匪淺。學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作和生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。希望以后像這樣的課程設(shè)計(jì)再多一點(diǎn)。在學(xué)習(xí) protel99se 的過(guò)程中，我們