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CAD课程设计
第一章:
前言
我们作为通信专业的学生应具备电子设计自动化的基本知识,要掌握电子产品自动化设计与制作的一般过程,能阅读电路原理图、PCB(印制电路板,简称印制板)图,能借助手册查阅与电子元器件及材料的有关数据,能正确选择使用元器件和材料,能借助微机熟练进行电路原理图、PCB(印制电路板,简称印制板)图设计,并通过手工制作简单的PCB版,装接电子电路并使用电子仪器进行测试,能在教师指导下帮助我们解决电子电路制作过程中出现的一般问题,能对所制作电路的指标和性能进行测试并提出改进意见。
在智能化电子仪器仪表中,控制核心均为微处理器,而单片机以高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用,是设计智能化仪器仪表的首选微控制器,单片机结合简单的接口电路即可构成单片机最小系统,它是智能化仪器仪表的基础,也是测控。
监控的重要组成部分。
因此我们以做单片机最小系统来锻炼我们电子线路原理图设计和PCB制图。
第二章:
系统说明
2.1:
单片机最小系统时钟、复位、译码电路
2.1.1:
时钟源电路
单片机内部具有一个高增益反相放大器,用于构成振荡器。
通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器。
可以根据情况选择6MHz、12MHz或24MHz等频率的石英晶体,补偿电容通常选择30pF左右的瓷片电容。
图2.1时钟源电路
2.1.2:
复位电路
单片机小系统采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作。
上电复位要求接通电源后,自动实现复位操作。
手动复位要求在电源接通的条件下,在单片机运行期间,用按钮开关操作使单片机复位。
上电自动复位通过电容C18充电来实现。
手动按键复位是通过按键将电阻R26与VCC接通来实现。
图2.2复位电路
2.1.3:
地址译码电路
最小系统上的全部硬件除EEPROM以外均是采用总线方式进行扩展的,每一个硬件均占用特定的物理地址。
为了减少芯片的使用数量和降低PCB板布线的复杂度,本系统使用小规模可编程逻辑器件GAL代替74系列芯片实现译码电路。
2.2:
单片机外接电路
2.2.1:
数码管接口电路
显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据,按照材料及生产工艺,单片机应用系统中常用的显示器有:
发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。
LED显示器是现在最常用的显示器之一。
LED显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种。
对于多位LED显示器,通常都是采用动态扫描的方法进行显示。
在动态方式中,逐个地循环地点亮各位显示器。
这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮,但是由于人眼具有视觉残留效应,看起来与全部显示器持续点亮效果完全一样。
图2.3数码管接口电路
2.2.2:
键盘接口电路
单片机键盘通常使用机械触点式按键开关,其主要功能是把机械上的通断转换成为电气上的逻辑关系。
也就是说,它能提供标准的TTL逻辑电平,以便与通用数字系统的逻辑电平相容。
小系统上设置了一个1行乘4列的阵列式键盘。
电路结构采用总线扩展方式进行设计,同时使用P13和P14进行行选择,按键信号通过一片74LS245挂接到数据总线上,片选信号为KEY_CS,为其分配的物理地址为0xA100。
图2.4键盘接口电路
2.3:
ProtelDXP2004介绍
ProtelDXP2004是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统,该软件能实现从概念设计,顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。
ProtelDXP2004不是单纯的PCB(印制电路板)设计工具,而是由多个模块组成的系统工具,分别是SCH(原理图)设计、SCH(原理图)仿真、PCB(印制电路板)设计、AutoRouter(自动布线器)和FPGA设计等,覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。
该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起,为电路设计提供了强大的支持。
其中ProtelDXP2004增加以下功能,使设计更加人性化:
1.整合式的元件与元件库
在ProtelDXP2004中采用整合式的元件,在一个元件里连结了元件符号(Symbol)、元件包装(Footprint)、SPICE元件模型(电路仿真所使用的)、SI元件模型(电路板信号分析所使用的)。
2.多重组态的设计
ProtelDXP2004支持单一设计多重组态。
对于同一个设计文件可指定要使用其中的某些元件或不使用其中的某些元件,然后产生网络表等文件。
3.重复式设计
ProtelDXP2004提供重复式设计,类似重复层次式电路设计,只要设计其中一部分电路图,即可以多次使用该电路图,就象有很多相同电路图一样。
这项功能也支持电路板设计,包括由电路板反标注到电路图。
4.设计整合
ProtelDXP2004强化了Schematic和PCB板的双向同步设计功能。
5.设计者可定义元件与参数
ProtelDXP2004提供了无限制的设计者定义元件及元件引脚参数,所定义的参数能存入元件及原理图里。
6.尺寸线工具
ProtelDXP2004提供了一组超强的画尺寸线工具,在移动时会自动修正尺寸,这对于PCB中一些层的定义有很大的帮助。
7.加强焊点堆栈的定义
ProtelDXP2004板增强了焊点堆栈的定义与管理,设计者可以存储所定义的焊点堆栈以供日后再使用。
8.改良焊点连接线
ProtelDXP2004提供自动修剪焊点连接线的功能,使自动布线后焊点连接更恰当。
9.加强绘图功能
ProtelDXP2004增强了波形窗口的绘图功能,例如放置标题栏、标记画线等,同时Windows的编辑功能在此也可以应用。
10.不同波形的重叠
设计者可以将不同的波形放置在一起,也可以同时使用多个不同的Y轴坐标。
第三章:
原理图绘制
3.1:
原理图绘制
3.1.1启动原理图编辑器
1.在D盘建立一个名为“开关电源”的文件夹,便于文件管理。
2.执行菜单命令【File】/【New】/【PCBProject】,建立一个空项目文件。
3.执行菜单命令【File】/【SaveProject】,在弹出的保存项目对话框中输入“单片机最小系统”文件名,并保存在D盘的“单片机最小系统”文件中。
4.执行菜单命令【File】/【New】/【Schematic】,新建电路原理图文件。
5.执行菜单命令【File】/【Save】,在弹出的保存文件对话框中输入“单片机最小系统”文件名,并保存在D盘的“单片机最小系统”文件夹中。
3.1.2绘制原理图
1.打开元件库管理器
2.查找元件
3.放置、编辑元件
4.绘制导线
5.放置、编辑节点
6.放置、编辑电源及接地符号
7.统一为元件编号
3.1.3网络表文件
1.执行菜单命令【Design】/【Netlist】/【Protel】,系统自动在当前文件夹添加一个与原理图同名的网络表文件。
双击打开该文件,把工作窗口切换到显示网络表文件的状态。
3.1.4原理图元件的绘制
1.执行菜单命令【File】/【New】/【SchematicLibrary】,新建一个原理图元件库文件,并保存为“user.SCHLIB”,进入原理图编辑器。
2.执行菜单命令【Tools】/【DocumentOptions】,打开“设置工作参数”对话框。
设置完相关选项后单击OK。
3.在LibraryEdit面板,选中元件Component,执行菜单命令【Tools】/【RenameComponent】,在出现的对话框输入元件名称后单击OK。
4.绘制元件外形。
5.放置管脚。
单击工具栏的PlacePin或执行菜单命令【Place】/【Pin】,此时光标变为十字形并带有管脚符号,按Tab键打开“管脚属性”对话框。
6.设置元件属性。
在LibraryEditor面板,选中新绘制元件NPN,单击Edit按钮,打开“设置元件属性”对话框。
7.执行菜单命令【File】/【Save】,将新建元件保存在当前的元件库中。
3.2:
原理图
图3.1原理图
第四章:
PCB图绘制
4.1:
PCB图绘制
4.1.1PCB文档操作
1.执行菜单命令【File】/【New】/【PCB】,系统自动进入印制电路板编辑器。
2.执行菜单命令【File】/【Save】,保存PCB文件对话框。
3.在该对话框内,选择文件存储路径(D:
\开关电源),以及另起的文件名(单片机最小系统),单击保存,完成重命名操作。
4.如果已经设计好一个PCB图,并保存为一个文件,现希望将该文件添加到当前项目中,只需执行菜单命令【Project】/【AddtoProject】,即可选择已有的PCB文件,并直接添加到当前项目中。
4.1.2载入网络表和元件
1.执行菜单命令【Design】/【UpdataPCBDocument开关电源.PcbDoc】。
2.单击ValidateChange按钮,系统弹出逐项检查提交的修改有无违反规则的情况,并在Status栏的Check列中显示是否正确。
若不正确需返回原理图进行修改,运行检查。
3.单击ExecuteChange按钮,将网络表和元件载入PCB编辑器中。
4.单击Close按钮,关闭EngineeringChangeOrder对话框,即可看见载入的元件和网络表与拉线。
4.1.3元件布局
自动布局:
1.执行菜单命令【Tools】/【AutoPlacement】/【AutoPlacer】系统。
2.StatisticalPlacer:
适于元件数较多的PCB设计。
4.2:
封装图
图4.1PCB封装图
第五章:
总结
虽然这次做课程设计的时间很短,准备的不是很充足,实际动手操作的也不是很熟练。
但是通过这几天的学习和锻炼完成了这次的课程设计要求的任务。
回想这两天的所做的使我受益良多。
首先,对电子CAD的制图有了更深层次的了解,操作起来也比以前更加熟练了。
其次,对原来掌握不太牢固的知识又学习了一次。
再者,对软件DXP的使用更加熟练,而且掌握了软件里的一些技巧和窍门。
最后,通过了这次的课程设计,我不仅学习复习了电子CAD,更重要的是掌握了单片机的最小系统的一些知识。
单片机是一门应用性和实践性很强的学科,通过这次CAD的课程设计我实实在在的对单片机的最小系统有了掌握,包括了单片机里面的时钟电路,复位电路;外接电路(数码管电路,发光二极管电路,键盘电路等等)。
有了这次课程设计的提高使我的单片机学习又精进了一些,对以后的学习用C语言编辑单片机打下了扎实的基础。
而且通过学习对今后的电子CAD与单片机的学习有了自己的学习方法。
(1)对基础知识要牢牢掌握。
(2)对于学习要循序渐进,不能贪多要学多少会多少。
(3)要学以致用,把各门学科联系起来。
(4)熟能生巧,要多练习才能更好的掌握学科中的技巧。
参考文献
【1】张伟吴红杰徐海鹰,ProtelDXP高级应用,人民邮电出版社出版,2004
【2】向红军雷彬,基于ProtelDXP的电路设计与仿真,电子工程师,1998
【3】温沛霖,ProtelDXP的电子设计,邢台学院学报,2008
【4】李朝青,单片机原理及接口技术(简明修订版),杭州:
北京航空航天大学出版社,1998
【5】胡汉才,单片机原理及系统设计[M],北京:
清华大学出版社,2002.
【6】彭介华,电子技术课程设计指导[M],北京:
高等教育出版社,2000
【7】潘永雄沙河电子线路CAD实用教程,西安电子科技大学出版社 2007
【8】林庭双 柯常志,Protel DXP 电子电路设计精彩范例, 机械工业出版社 2005
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