电子电路计算机辅助设计-课程设计报告.doc

-. z.电子电路计算机辅助设计电子电路计算机辅助设计课程设计课程设计题目：题目： 基于单片机数码管电子钟设计基于单片机数码管电子钟设计 学院：信息工程学院学院：信息工程学院学生：卢勇学生：卢勇*：5 5专业年级：光电信息科学与工程专业年级：光电信息科学与工程 20132013 级级指导教师指导教师：凯琳凯琳20152015 年年 6 6 月月2020 日日课程设计任务书课程设计任务书设计题目基于单片数码管电子钟设计设计类型应用型导师主要容及目标 完成电路板原理图及其 PCB 板图的设计； 完成电路原理图元器件库的设计，PCB 板图封装库设计； 提交 ERC 检查报告、网络表、材料清单； 完成相应的课程设计报告具有的设计条件计算机及 Protel 99SE 软件。-. z.方案设计进程1、从接题开场收集资料、准备设计2、学习电路原理图的绘制及 PCB 板图制作方法3、完成设计任务，同时编写设计报告参考文献1.建忠主编，单片机原理及应用，电子科技大学2.伟编著，单片机 C 语言设计实训 100 例，电子工业3.江晓安等编著，数字电子技术第三版 ，电子科技大学4. MA*IMNEW RELEASES DATA BOOK VOLUME V ，AMERICA5.楼然苗，光飞，MCS51 系列单片机设计实例，航天航空大学6.永雄 沙河编著，电子线路 CAD 使用教程 ， 电子科技大学7.唐继贤编著，51 单片机应用系统开发，科学8.国荣，单片微型计算机技术，机械工业9.周慧，微机接口与控制技术课程设计指导书，工程学院出版10. Heinrech Meyc Marc Moneneclaey.Digital munication Receivers. JOH S INC N WILEY&SON.-. z.目录目录0 0 摘要摘要 1 11 1 绪论绪论 2 21.1 PROTEL99SE软件简介 21.2 设计目的 31.3 AT89C2051 介绍 32 2 设计原理设计原理 6 62.1 原理图设计 62.1.1 制作原件与创立元件库 6设计具体步骤 6原理图 7元器件清单的生成 82.2 PCB 设计 102.2.1 封装元件库 10创立 PCB 步骤 112.2.3 PCB 图形 123 3 课程学习心得课程学习心得 1212-. z.基于单片机数码管电子钟设计基于单片机数码管电子钟设计0 0 摘要摘要基于单片机的定时和控制装置在许多行业有着广泛的应用，而数字钟是其中最根本的，也是最具有代表性的一个例子。在基于单片机系统的数字钟电路中，除了根本的单片机系统和外围电路外，还需要外部的控制和显示装置。本电路主要以单片机 AT89C2051 或者 STC12C2052 为核心而设计的，通过单片机对信息的分析与处理，控制外围设备。本设计以单片机 AT89C2051 为切入点，通过使用 AT89C2051 的部的可编程定时器/计数器，结合对外接晶振的调节来确定一个适宜的振荡周期，从而确定出部的机器周期。再通过对部中断程序的设置来设计出时钟程序，即设计出了电子时钟的核心。然后在核心电路的根底上设计出了相应的扩展电路，使本设计更加实用。运用 Protel 99 SE 及计算机设计 A/D 转换电路的 PCB 板设计。关键词关键词：单片机；数码显示；PCB;AT89C2051;1 1 绪论绪论1.1P1.1Protel99serotel99se 软件简介软件简介Protel99SE 是 PROTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 软件,应用广泛功能强大，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计(包含印制电路板自动布线)、可编程逻辑器件设-. z.计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能。可见 Protel99SE 不仅在绘制原理图、PCB 板布局布线等方面功能更加完善，而且为用户提供功能强大、使用方便的仿真器，它可以对当前所画的电路原理图进展即时仿真，因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析其性能指标，以便能及时发现设计中存在的问题并加以改正，从而更好的完成电路设计。具体特点如下:a强大的分析功能用户可以根据 Protel99SE 电路仿真器所提供的功能，分析设计电路的各方面性能.如电路的交直流特性、温度漂移、噪声、失真、容差、最坏情况等特性。b丰富的信号源其中包括根本信号源：主流源、正弦源、脉冲源、指数源、单频调频源、分段线性源，同时还提供了齐全的线性和非线性受控源。c充分的仿真模型库Protel99SE 提供了 20 多个模拟和数字仿真元件库，共包含 6000 多个常用元器件。这些组件库包括了常用二极管、三极管、单结晶体管、变压器，晶闸管、双向晶闸管等分立组件，还有大量的数字器件和其它集成电路器件.同时 Protel99SE 提供了一个开放的库维护环境，允许设计者改变原有器件模型，也可创立新器件模型。d友好的操作界面无需手工编写电路网表义件.系统将根据所画电路原理图自动生网表文件并进展仿真。通过对话框完成电路分析各参数设置。方便地观察波形信号。可同时显示多个波形，也可单独显示*个波形；可对波形进展屡次局部放大，也可将两个波形放置于同一单元格进展显示并分析比拟两者的差异。强大的波形信号后处理，可利用各种数学函数对波形进展各种分析运算并创立一个新的波形。方便地测量输出波形。-. z.Protel99SE 提供了两个测量光标，翻开它们可测量波形数据。1.21.2 设计目的设计目的本次课程设计通过了解熟悉 Protel99 软件界面，进展数字电子钟电路原理图的设计、创立原理图元件、电路板的设计规划和网络表的载入、印刷电路板(PCB)的编辑、创立元件封装、报表生成与电路板输出。了解 rotel 99 SE 软件的功能及其使用说明，对软件根本操作能够熟练掌握，熟悉原理图的设计步骤，掌握绘制原理图的方法，并对网络表及元件清单的生成，双面印制电路板(PCB)的布线流程，创立原理图元件库及其 PCB 元件库的编辑。通过电子电路 CAD 课程设计学习,了解它是采用的客户、效劳器体系构造，起主要应用程序 Client.e*e 提供了一个根本的框架窗口和相应的 Protel99 组件之间的用户接口。对于用户来讲，使用它不需要了解是如何工作的。从实际角度出发，按照循序渐进、理论联系实际的原则，根据电子电路设计的特点，结合典型实例系统地介绍电路原理图的设计及印刷电路板的设计方法，并其备完善灵活的设计管理方式。1.3AT89C20511.3AT89C2051 介绍介绍1程序 AT89C2051 隶属美国 ATMEL 公司，AT89C2051 设计有 2 个程序位，位 1 被编程之后，程序存储器不能再被编程除非做一次擦除，位 2 被编程之后，程序不能被读出。2软硬件的开发 AT89C2051 可以采用下面两种方法开发应用系统。1、由于 89C2051 部程序存贮器为 Flash，所以修改它部的程序十分方便快捷，只要配-. z.备一个可以编程 89C2051 的编程器即可。调试人员可以采用程序编辑-编译-固化-插到电路板中试验这样反复循环的方法，对于熟练的 MCS-51 程序员来说，这种调试方法并不十分困难。但是做这种调试不能够了解片 RAM 的容和程序的走向等有关信息。2、将普通 8031/80C31 仿真器的仿真插头中 P1.0P1.7 和 P3.0P3.6 引出来仿真 2051,这种方法可以运用单步、断点的调试方法，但是仿真不够真实，比方，2051 的部模拟比拟器功能，P1 口、P3 口的增强下拉能力等等。3引脚说明 AT89C2051 芯片引脚图 AT89C2051 的引脚图如下列图所示。1、VCC:电源电压。2、GND:地。3、P1 口:P1 口是一个 8 位双向 I/O 口。口引脚 P1.2P1.7 提供部上拉电阻，P1.0 和P1.1 要求外部上拉电阻。P1.0 和 P1.1 还分别作为片精细模拟比拟器的同相输入(ANI0)和反相输入(AIN1)。P1 口输出缓冲器可吸收 20mA 电流并能直接驱动 LED 显示。当P1 口引脚写入1时，其可用作输入端，当引脚 P1.2P1.7 用作输入并被外部拉低时，它们将因部的写入1时，其可用作输入端。当引脚 P1.2P1.7 用作输入并被外部拉低时，它们将因部的上拉电阻而流出电流。4、P3 口:P3 口的 P3.0P3.5、P3.7 是带有部上拉电阻 的七个双向 I/O 口引脚。P3.6 用于固定输入片比拟器的输出信号并且它作为一通用 I/O 引脚而不可访问。P3 口缓冲器可吸收 20mA 电流。当 P3 口写入1时，它们被部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时，被外部拉低的 P3 口脚将用上拉电阻而流出电流。P3 口还用于实现 AT89C2051 的各种第二功能，如下表所列:引脚口功 能-. z.P3.0R*D 串行输入端口P3.1T*D 串行输出端口P3.2INT0 外中断 0P3.3INT1 外中断 1P3.4T0 定时器 0 外部输入P3.5T1 定时器 1 外部输入P3 口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。5、RST:复位输入。RST 一旦变成高电平所有的 I/O 引脚就复位到1。当振荡器正在运行时，持续给出 RST 引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12 个振荡器或时钟周期。6、*TAL1:作为振荡器反相器的输入和部时钟发生器的输入。7、*TAL2:作为振荡器反相放大器的输出。3主要性能 1、和 MCS-51 产品兼容;2、2KB 可重编程 FLASH 存储器(10000 次);3、2.7-6V 电压围;4、全静态工作:0Hz-24MHz;5、2 级程序存储器锁定;6、128*8 位部 RAM;7、15 条可编程 I/O 线;8、两个 16 位定时器/计数器;9、6 个中断源;-. z.10、可编程串行通道;11、高精度电压比拟器(P1.0，P1.1，P3.6);12、直接驱动 LED 的输出端口。2 2 设计原理设计原理2.12.1 原理图设计原理图设计2.1.12.1.1 制作原件与创立元件库制作原件与创立元件库2.1.1.12.1.1.1 设计具体步骤设计具体步骤创立工程文件命名为电子钟.DDB ，执行“File菜单下的“New命令，在新文档选择窗口，双击“Schematic Library Document编辑器图形，重命名为MYSCH.lib。然后执行“Tools菜单下的“New ponent生成新元件命令，在窗口输入元件名，如 DPJ 后单击“OK按钮，即可获得一个新的绘图工具去，然后通过画图工具画出元件。必要时执行“Report菜单下的“ponent Rule Check元件规则检查命令，然后单击“OK按钮，启动元件规则检查过程，即可了解元件图形库的正确性。 2.1.1.2 设计的元件DPJ(单片机 AT89C2051)SM(数码管)2.1.22.1.2 原理图原理图创立原理图文件，执行“File菜单下的“New命令，在新文档选择窗口双击-. z.“Schematic Document并命名为数码管电子钟 ，然后使用 Protel99 加库工具加载自己创立的库文件及工程文件，加载方法如下：1）选择要添加的库类别为 SCH；2）按“添加库和“删除按钮，选择要添加的文件；3）翻开 Protel99se 工程文件；4）翻开原理图中的添加/删除Add/Remove元件库对话框；5）按添加到 Protel 按钮，把选择的库文件添加/删除元件库对话框中；6）点击添加/删除元件库对话框中的“OK按钮完成操作；然后根据设计画出原理图，原理图如下列图：元器件清单的生成元器件清单的生成翻开原理图文件，执行菜单命令 Reports/Bill of Material,一直点击 NE*T 直到最后FINISH,程序会自动进入表格编辑器，并形成后缀为*.*ls 的元件列表。元件清单表电路的 ERC 检查执行菜单命令 Tools/ERC 命令，点击 OK 即可生成相应的测试错误报告如下列图所示。电路的 ERC 检查2.1.5 产生网络表执行菜单命令 Design/Create Netlist,将 Output Format 一览设置成 PROTEL 格式。单击 OK,自动保存为.NET 的文件。产生如下图的网络表。-. z.生成网络表2.2PCB2.2PCB 设计设计2.2.12.2.1 封装元件库封装元件库2.2.1.1 设计步骤翻开工程文件，执行“File菜单下的“New命令，在新文档选择窗口，双击“PCB Library Document编辑器图形，重命名为 MYPCB.lib,然后点击 Add/Remove-Ne*t,设置元件长宽以及孔的大小并重命名元件封装名如 DIP-20。2.2.1.2 封装元件封装局部元件图如下图SWITH CR20322.2.22.2.2 创立创立 PCBPCB 步骤步骤开工程文件，执行“File菜单下的“New命令，在新文档选择窗口，双击“PCB Document编辑器图形，重命名为(数码管电子钟.PCB).打装好的原理图，执行“Design下的“Update PCB，点击“E*ecute。调整局部位置后，并进展布线Protel 99 SE 既可以进展自动布局也可以进展手工布局，执行菜单命令 Tools/Auto Placement/Auto Placer 可以让 Protel 自动布局。规划好电路板并装入网络表后，用户可以让程序自动装入元件。并自动将元件布置在电路板边框。布局是布线关键性的一步,为了使布局史加合理，多数设计者都采用手工布局方式。 。-. z.2.2.3PCB2.2.3PCB 图形图形布线完成后的 PCB 图如下列图所示：3 3 课程学习心得课程学习心得通过这次课程设计使自己明白了原来的那点知识是非常欠缺的，要学习的东西还很多，正所谓“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的。因此在学期末降临之际，我觉得这次的电子 CAD实训让我受益匪浅。学习是一个长期积累的过程，在以后的工作和生活中都应该不断的学习，努力提高自己的知识和综合素质。希望以后像这样的课程设计再多一点。在学习 protel99se 的过程中，我们在教师指导和帮助下，从一开场什么都不懂到现在的逐渐掌握，从理论学习到自己动手操作实践，一步一步，我们朝着更高的方向迈进。下面，就我在学习过程中的一些问题和想法，谈谈我的学习的心得体会: 第一，电子 CAD 是一门考察动手能力的课程。正像大家所说，电子线路 CAD 是我们从事电子信息工程类专业人员必须掌握一门重要的根本工具，其重要性不言而喻。既然如此的重要，对我们来说，其要求肯定也不是掌握一点理论知识、书本经历，而是掌握其实际应用的货真价实的动手能力。只有真正的动手操作，才可以将理论联系实际，将课本上的理论知识转化为一种实际动手操作能力,从而彻底地掌握它。第二，电子 CAD 是一门考验大家耐心和细致的课程。众所周知，电子信息行业涉及面极广，所应用的知识更是种类繁多，如果从事这方面的工作，对从业者的细致耐心的考验是必不可少的。然而，在学习的过程中，我们被要求要认真细致的完成作业和实践课程，这为我们以后从事这一方面的工作打下良好的根底，养成严谨审慎的-. z.科学态度。例如最简单的电气连接的检验，虽然是根底的问题，却是我们必须注意的问题。这次课程设计终于完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在教师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在教师的身上咱们学也到很多实用的知识，在次咱们暗示感！同时，对给过我无私帮助的所有同学以及列位任课教师的上课方法再次暗示忠心的感！此次课程设计，学到了很多课学不到的东西，比方独立思考解决问题，出现失闪的因地制宜，以及与人合作共同提高，都受益非浅，此后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成工程。