电子线路CAD课程设计报告

电子线路CAD课程设计报告-1-目录第一章绪论………………………………………………………………………21.1设计目的及要求…………………………………………………………21.2设计流程………………………………………………………………...2第二章原理分析…………………………………………………………………32.1最小系统的结构……………………………………………………….32.2各电路的原理分析…………………………………………………….3第三章原理图绘制……………………………………………………………83.1原理图设计的一般步骤………………………………………………83.2元件库的设计…………………………………………………………..8第四章PCB图的绘制……………………………………………………………124.1创建该项目下的PCB文件……………………………………….…..124.2绘制PCB………………………………………………………………12总结……………………………………………………………………………15参考文献…………………………………………………………………………16附录………………………………………………………………………………17第一章绪论电子线路CAD课程设计报告-2-1.1设计目的及要求电子线路CAD是以电为主的机电一体化工科专业的专业基础课，作为通信工程专业，要通过学习一种典型电子线路CAD软件altiumdesigner，掌握计算机绘制包括电路（原理）图、印刷电路板图在内的电气图制图技能和相应的计算机仿真技能。通过本次设计，达到了解DXP软件的运用，认识51单片机的最小系统的构成以及学会改正制图过程中遇到的问题。根据课程设计的题目，独立设计、绘制和仿真电路，实现51单片机的最最小系统。要求如下：（1）设计出原理图自己绘制51单片机最小系统的电路图，分析电路图中各小电路的工作原理；（2）用DXP软件画出原理图；（3）用DXP软件仿真出PCB板，熟悉电路板的加工工艺；1.2设计流程本次设计主要是熟练运用DXP作出最小单片机系统的电路图，以下通过介绍最小系统的各部分电路的电路图及原理，通过在DXP上绘制原理图，检查并修改错误，最后生成完整PCB板。电子线路CAD课程设计报告-3-51单片机第二章原理分析2.1最小系统的结构单片机单片微控制器，是在一块芯片中集成了CPU（中央处理器）、RAM（数据存储器）、ROM（程序存储器）、定时器/计数器和多种功能的I/O(输入和输出)接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。单片机最小系统电路主要集合了串口电路、USB接口电路、蜂鸣器与继电器电路、AD&DA转换电路、数码管电路、复位电路、晶振电路和4*4矩阵键盘等电路。如下介绍几种简单的电路设计。下图是本次设计的的几个有关电路图总体框图：2.图2-1总体设计框图4*4矩阵键盘(SW_BP16)蜂鸣器(Bell)串口电路(MAX232)显示电路(8SEG)AD&DA转换复位电路时钟晶振电路电子线路CAD课程设计报告-4-2.2各电路的原理分析2.2.1晶振电路+按键复位电路设计图2-22.2.2串口电路设计51系列单片机片内有一个串行I／O端口，通过引脚RXD(P3．0)和TXD(P3．1)可与外设电路进行全双工的串行异步通信。8051单片机的串行端口有4种基本工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任一方式，以满足不同应用场合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以扩展单片机的I／O电路；方式1多用于双机之间或与外设电路的通信；方式2，3除有方式l的功能外，还可用作多机通信，以构成分布式多微机系统。串行端口有两个控制寄存器，用来设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送的波特率(每秒传送的位数)以及作为中断标志等。在一定条件下，向阳UF写入数据就启动了发送过程；读SBUf就启动了接收过程。串行通信的波特率可以程控设定。在不同工作方式中，由时钟振荡频率的分频值或由定时器Tl的定时溢出时间确定，使用十分方便灵活。串口电路设计主要是采用RS232与上位机PC相连，驱动串口电路则使用MAX232芯片进行设计，电路设计如图2-3所示。电子线路CAD课程设计报告-5-图2-3串口电路设计2.2.3.蜂鸣器设计蜂鸣器一般作为报警功能使用，结构比较简单，使用起来很方便。蜂鸣器设计电路如图2-2-2所示。图2-4Bell设计电路2.2.4.AD&DA转换器设计AD转换器也就是模数(AnalogtoDigital)转换器，即将模拟量(如电压、电流等)转换成数字量显示。设计采用了TI公司的AD芯片TLC549，这是一种低价位、高性能的8位AD转换器，是以8位开关电容逐次逼近的方法实现A/D转换。DA转换器就是数模(DigitaltoAnalog)转换器，即将数字信号转换成模拟信号。电子线路CAD课程设计报告-6-AD&DA转换电路如图2-5所示。图2-5AD&DA转换电路2.2.5.四位8段数码管的设计数码管电路设计如图2-6所示。图2-6数码管的电路设计2.2.6.4*4矩阵键盘的设计在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立按键键盘相比，要节省很多的I/O口。矩阵键盘的按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。列线通过上拉电阻接到+5V。平时无按键动作时，列线处于高电平状态，而当由按键按下时，列线电平状态将由与此列线相连的行线电平决定。行线电平如果为低，则列线电平为低；行线电平如果为高，则列线电平亦为高。这一点是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。电子线路CAD课程设计报告-7-该电路中还有一个与门，这个与门用来产生中断信号，当键盘中没有键按下时，所有行线的输出都应为低电平，以区别于列线状态，当矩阵键盘中任何一只键按下时，与门输出由高电平变为低电平，向CPU申请中断，由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。矩阵键盘的电路设计如图2-7所示。图2-7矩阵键盘电子线路CAD课程设计报告-8-第三章原理图绘制3.1原理图设计的一般步骤（1）打开altiumdesigner，建立一个项目，并保存为“cad课设”。（2）下面所有元件设计及PCB的制作都要求在这个项目中进行。（3）打开文件中创建原理图，点击。进入原理图界面，此时根据原理图图纸大小及版图选择符合自己的板式。（4）放置元件。从元件库中选取所需元件。（5）原理图布线。（6）检查原理图是否正确，显示详情。图3-1检查电路图3.2元件库的设计（1）根据所给的原理图，在altiumdesigner上画出图形。对于元件库里面没有的器件，需要自己查阅芯片数据手册手动画出元件库，然后放在“mydevice”元件库中。（2）如下图所示。先点击文件选项中创建，选中库，继续点击原理图库。根据要求画出元件的引脚图。手动绘制元件如下电子线路CAD课程设计报告-9-电子线路CAD课程设计报告-10-图3-2STC89C52、74574、引脚图（3）对元件进行封装。点击文件菜单中的PCB，画出内部封装形式，需要加入焊盘等。图3-3STC8C52的封装电子线路CAD课程设计报告-11-图3-474ls574封装（4）封装完成后，对元件进行追加，保存，进而完成元件库中一个芯片的设计。然后将自己绘制的元件图库和封装图库放置在新建一个集成库“mydevice”中，编译集成库，即可将绘制的元件导入到library中。（5）画好原理图之后，所有的元器件的标号都没标号，因此需要统一注释，点击工具→注释，会出现如下图形3-5所示。电子线路CAD课程设计报告-12-图3-5原理图注释（6）然后点击更新变化表，会提示有多少个变化，点击OK即可。如下图3-6是总原理图：图3-6总原理图（7）对生成的原理图进行编译，project中选择的compiledocument...，如下图3-7电子线路CAD课程设计报告-13-图3-7出现如上界面，根据消息messages中的错误和警告对原理图进行修改，直到错误和警告全部改好。电子线路CAD课程设计报告-14-四、PCB图的绘制4.1创建该项目下的PCB文件点击files，选择PCBBoardWizard，如下图4-1所示。图4-1创建PCB文件4.2绘制PCB在PCB界面，点击design中的ImportChangesfromPCB_Project1.PRJPCB，出现如图4-2所示界面。图4-2导入PCB工程变化订单依次点击是变化生效、执行变化，如果没有错误显示，就可以关闭了。若有错误出现，根据错误提示改正，然后重复操作导入步骤，直到没错误为止，最后关闭该窗口。先自动布局，然后手工调整，尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局。因为有很多芯片为表贴元件，其焊盘较小，为避免与导线宽度规则相矛盾，修改安全距离Clearance为3mm。电子线路CAD课程设计报告-15-当手动布局完成之后，开始PCB自动布线。点击自动布线→全部对象。如果觉得布线不是很理想，可以自己手动布线。上述步骤无误后，最后得出的PCB图如图4-3所示。图4-3单片机最小系统PCB图电子线路CAD课程设计报告-16-总结通过做这次电气制图与电子线路CAD的课程设计，发现自己对altiumdesigner软件还不是很熟悉，导致制图的时候不是那么得心应手。尤其是刚开始学这个软件的时候，有时候有些原件需要找较长的时间，制图出了问题也不知道该怎么解决。不过通过这段时间的学习，我对这个软件的兴趣越来越浓厚，我希望在之后的学习中能多学和多用这个软件，以此来填补自己在制图方面的缺陷，并为以后的学习和工作打下坚实的基础。电子线路CAD课程设计报告-17-参考文献[1]邵群涛主编.电气制图与电子线路CAD.机械工业出版社[2]郭天祥主编.51单片机C语言教程.电子工业出版社[3]秦实宏徐春辉主编.MCS-51单片机原理及应用.华中科技大学出版社电子线路CAD课程设计报告-18-附录