電子電路計算機輔助設計--課程設計

1、1電子電路計算機輔助設計電子電路計算機輔助設計課程設計課程設計題目：題目：基于單片機數(shù)碼管電子鐘設計基于單片機數(shù)碼管電子鐘設計 學學 院：信息工程學院院：信息工程學院 學生姓名：盧勇學生姓名：盧勇 學學 號：號：201307080045 專業(yè)年級：光電信息科學與工程專業(yè)年級：光電信息科學與工程 2013 級級 指導教師指導教師： 張凱琳張凱琳 20152015 年年 6 6 月月2020日日課程設計任務書課程設計任務書1設計題目基于單片數(shù)碼管電子鐘設計 設計類型應用型導師姓名 主要內(nèi)容及目標 完成電路板原理圖及其 PCB 板圖的設計； 完成電路原理圖元器件庫的設計，PCB 板圖封裝庫設計； 提

2、交 ERC 檢查報告、網(wǎng)絡表、材料清單； 完成相應的課程設計報告具有的設計條件計算機及 Protel 99SE 軟件。計劃設計進程1、從接題開始收集資料、準備設計2、學習電路原理圖的繪制及 PCB 板圖制作方法3、完成設計任務，同時編寫設計報告1參考文獻1.李建忠主編，單片機原理及應用，西安電子科技大學出版社2.彭偉編著，單片機 C 語言設計實訓 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） ，西安電子科技大學出版社4. MAXIMNEW RELEASES DATA BOOK （VOLUME V） ，AMERICA5.樓然苗，李光飛，MCS51 系列單片機設計實例，北

3、京航天航空大學出版社6.潘永雄 沙河編著，電子線路 CAD 使用教程 ， 西安電子科技大學出版社7.唐繼賢編著，51 單片機應用系統(tǒng)開發(fā)，上?？茖W出版社8.劉國榮，單片微型計算機技術(shù)，機械工業(yè)出版社9.周慧，微機接口與控制技術(shù)課程設計指導書，湖南工程學院出版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軟件簡介 .21.2 設計目的.31.3 AT89C2051 介紹 .32 設計原

4、理設計原理 .62.1 原理圖設計.62.1.1 制作原件與創(chuàng)建元件庫. 設計具體步驟.62.1.2 原理圖.72.1.3 元器件清單的生成.82.2 PCB 設計.102.2.1 封裝元件庫.102.2.2 創(chuàng)建 PCB 步驟 .112.2.3 PCB 圖形 .123 課程學習心得課程學習心得 .121基于單片機數(shù)碼管電子鐘設計基于單片機數(shù)碼管電子鐘設計0 摘要摘要基于單片機的定時和控制裝置在許多行業(yè)有著廣泛的應用，而數(shù)字鐘是其中最基本的，也是最具有代表性的一個例子。在基于單片機系統(tǒng)的數(shù)字鐘電路中，除了基本的單片機系統(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 AT89C2051 或者 STC12C2052 為核心而設計的，通過單片機對信息的分析與處理，控制外圍設備。本設計以單片機 AT89C2051 為切入點，通過使用 AT89C2051 的內(nèi)部的可編程定時器/計數(shù)器，結(jié)合對外接晶振的調(diào)節(jié)來確定一個合適的振蕩周期，從而確定出內(nèi)部的機器周期。再通過對內(nèi)部中斷程序的設置來設計出時鐘程序，即設計出了電子時鐘的核心。然后在核心電路的基礎上設計出了相應的擴展電路，使本設計更加實用。運用 Protel 99 SE 及計算機設計 A/D 轉(zhuǎn)換電路的 PCB 板設計。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：單片機；數(shù)碼顯示；PCB;AT89C2051; 21 緒論緒論1.1 P Pro

6、tel99serotel99se 軟件簡介軟件簡介Protel99SE 是 PROTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 軟件,應用廣泛功能強大，是個完整的板級全方位電子設計系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設計(包含印制電路板自動布線)、可編程邏輯器件設計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能?？梢?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大、使用方便的仿真器，它可以對當前所畫的電路原理圖進行即時仿真，因此在電路的整個設計周期都可以仿真查看和分析其性能指標，以便能及時發(fā)現(xiàn)設計中存在的問

7、題并加以改正，從而更好的完成電路設計。具體特點如下:（a）強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，分析設計電路的各方面性能.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）豐富的信號源其中包括基本信號源：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Protel99SE 提供了 20 多個模擬和數(shù)字仿真元件庫，共包含 6000 多個常用元器件。這些組件庫包括了常用二極管、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

8、 Protel99SE 提供了一個開放的庫維護環(huán)境，允許設計者改變原有器件模型，也可創(chuàng)建新器件模型。（d）友好的操作界面無需手工編寫電路網(wǎng)表義件.系統(tǒng)將根據(jù)所畫電路原理圖自動生網(wǎng)表文件并進行仿真。通過對話框完成電路分析各參數(shù)設置。方便地觀察波形信號?？赏瑫r顯示多個波形，也可單獨顯示某個波形；可對波形進行多次局部放大，也可將兩個波形放置于同一單元格內(nèi)進行顯示并分析比較兩者的差別。強大的波形信號后處理，可利用各種數(shù)學函數(shù)對波形進行各種分析運算并創(chuàng)建一個新的波形。方便地測量輸出波形。Protel99SE 提供了兩個測量光標，打開它們可測量波形數(shù)據(jù)。31.2 設計目的設計目的 本次課程設計通過了解熟悉

9、 Protel99 軟件界面，進行數(shù)字電子鐘電路原理圖的設計、創(chuàng)建原理圖元件、電路板的設計規(guī)劃和網(wǎng)絡表的載入、印刷電路板(PCB)的編輯、創(chuàng)建元件封裝、報表生成與電路板輸出。了解 rotel 99 SE 軟件的功能及其使用說明，對軟件基本操作能夠熟練掌握，熟悉原理圖的設計步驟，掌握繪制原理圖的方法，并對網(wǎng)絡表及元件清單的生成，雙面印制電路板(PCB)的布線流程，創(chuàng)建原理圖元件庫及其 PCB 元件庫的編輯。通過電子電路 CAD 課程設計學習,了解它是采用的客戶、服務器體系結(jié)構(gòu)，起主要應用程序 Client.exe 提供了一個基本的框架窗口和相應的 Protel99 組件之間的用戶接口。對于用戶來

10、講，使用它不需要了解是如何工作的。從實際角度出發(fā)，按照循序漸進、理論聯(lián)系實際的原則，根據(jù)電子電路設計的特點，結(jié)合典型實例系統(tǒng)地介紹電路原理圖的設計及印刷電路板的設計方法，并其備完善靈活的設計管理方式。1.3 AT89C2051 介紹介紹1）程序保密 AT89C2051 隸屬美國 ATMEL 公司，AT89C2051 設計有 2 個程序保密位，保密位 1 被編程之后，程序存儲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）軟硬件的開發(fā) AT89C2051 可以采用下面兩種方法開發(fā)應用系統(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-插到電路板中試驗這樣反復循環(huán)的方法，對于熟練的 MCS-51 程序員來說，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 引出來仿真 2051,這種方法可以運用單步、斷點的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實，比如，2051 的內(nèi)部模擬4比較器功能，P1 口、P3 口的增強下拉能力等等。3）引腳說明 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 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 LED 顯示。當 P1 口引腳寫入1時，其可用作輸入端，當引腳 P1.2P1.7 用作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的寫入1時，其可用作輸入端。當引腳 P1.2P1.7 用作輸入并被外部拉低時，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)比較器的輸出信號并且它作為一通用 I/O 引腳而不可訪問。P3口緩沖器可吸收 20mA 電流。當 P3 口寫入1時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時，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 定時器 0 外部輸入P3.5T1 定時器 1 外部輸入P3 口還接收一些用于閃速存儲器編

14、程和程序校驗的控制信號。5、RST:復位輸入。RST 一旦變成高電平所有的 I/O 引腳就復位到1。當振蕩器正在運行時，持續(xù)給出 RST 引腳兩個機器周期的高電平便可完成復位。每一個機器周期需12 個振蕩器或時鐘周期。6、XTAL1:作為振蕩器反相器的輸入和內(nèi)部時鐘發(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 存儲器(10000 次);3、2.7-6V 電壓范圍;4、全靜態(tài)工作:0Hz-24MHz;5、2 級程序存儲器保密鎖定;6、128*8 位內(nèi)部 RAM;7、15 條可編程 I/O 線;8、兩個 1

15、6 位定時器/計數(shù)器;9、6 個中斷源;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 LED 的輸出端口。6 2 設計原理設計原理2.1 原理圖設計原理圖設計2.1.1 制作原件與創(chuàng)建元件庫制作原件與創(chuàng)建元件庫 設計具體步驟設計具體步驟創(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，即可獲得一個新的繪圖工具去，然后通過畫圖工具畫出元件。必要時執(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，啟動元件規(guī)則檢查過程，即可了解元件圖形庫的正確性。 設計的元件 DPJ(單片機 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 加庫工具加載自己創(chuàng)建的庫文件及工程文件，加載方法如下：1）

17、選擇要添加的庫類別為 SCH；2） 按“添加庫”和“刪除”按鈕，選擇要添加的文件；3） 打開 Protel99se 工程文件；4） 打開原理圖中的添加/刪除（Add/Remove）元件庫對話框；5） 按添加到 Protel 按鈕，把選擇的庫文件添加/刪除元件庫對話框中；6） 點擊添加/刪除元件庫對話框中的“OK”按鈕完成操作；然后根據(jù)設計畫出原理圖，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原理圖文件，執(zhí)行菜單命令 Reports/Bill of Material,一直點擊 NEXT 直到最后 FINISH,程序會自動進入表格編輯器，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，點擊 OK 即可生成相應的測試錯誤報告如下圖所示。電路的 ERC 檢查2.1.5 產(chǎn)生網(wǎng)絡表執(zhí)行菜單命令 Design/Create Netlist,將 Output Format 一覽設置成 PROTEL 格10式。單擊 OK,自動保存為.NET 的文件。產(chǎn)生如圖所示的網(wǎng)絡表。生成網(wǎng)絡表2.2 PCB 設計設計2.2.1 封裝元件庫封裝元件庫 設計步驟打開工程文件，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,然后點擊 Add/Remove-Next,設置元件長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).打開封裝好的原理圖，執(zhí)行“Design”下的“Update PCB” ，點擊“Execute” 。調(diào)整部分位置后，并進行布線（Protel 99 SE 既可以進行自動布局也可以進行手工布局，執(zhí)行菜單命令Tools/Au

20、to Placement/Auto Placer 可以讓 Protel 自動布局。規(guī)劃好電路板并裝入網(wǎng)絡表后，用戶可以讓程序自動裝入元件。并自動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)設計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 課程學習心得課程學習心得通過這次課程設計使自己明白了原來的那點知識是非常欠缺的，要學習的東西還很多，正所謂“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。 ”學習任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的。因此在學期末來臨之際，我覺得這次的電子 CAD 實訓讓我受益匪淺。學習是一個長期積累的過程，在以后的工作和生活中都應該不斷的學習，努力提高自己的知識和綜合素質(zhì)。希望以后像這樣的課程設計再多一點。在學習 protel99se 的過程中，我們