Protel软件训练课程设计倒计时器毕业论文.doc

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1、 成成 绩绩 评评 定定 表表 学生姓名班级学号 专 业通信工程课程设计题目365 倒计时器 评 语 组长签字： 成绩 日期 20 年 月 日 课程设计任务书课程设计任务书 学 院信息科学与工程专 业通信工程 学生姓名班级学号 课程设计题目365 倒计时器 实践教学要求与任务实践教学要求与任务: : 1. 认真完成 protel 软件学习，熟练掌握基本操作。 2.绘制365 倒计时器电路原理图，要求布局符合电器规范、制图美观、可读 性好。 3.绘制365 倒计时器电路原理图相应的双面印刷版图。 4. 提交课程设计报告，要求条理清楚、图文并茂，体现制图的必要过程。 工作计划与进度安排工作计划与进

2、度安排: : 1 月 6 日-7 日 布置设计任务、查阅资料、学习 protel 基础知识， 1 月 8 日-10 日 绘制电路原理图及相应的双面印刷版图， 1 月 11 日-12 日 撰写课程设计报告及答辩。 指导教师： 201 年 月 日 专业负责人： 201 年 月 日 学院教学副院长： 201 年 月 日 摘 要 Protel 设计系统是世界上第一套将 EDA 环境引入到 Windows 环境中的 EDA 开发工具， 是具有强大功能的电子设计 CAD 软件，它具有原理图设计、印刷电路板（PCB） 、设计 层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是进行电子设计最有 用的

3、软件之一。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 程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有 Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式， 如 ORCAD，PSPICE，EXCEL 等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度 PCB 的 100%布 通率。在国内 PROTEL 软件较易买到，有关 PROTEL 软件和使用说明的书也有很多，这为 它的普及提供了基础。想更多地了解 PROTEL 的软件功能或者下载 PROTEL

4、99 的试用版， 可以在 INTERNET 上。 单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer） 。因为单片机主要用 于控制系统中，所以又称微控制器或嵌入式控制器。它具有嵌入式应用系统所要求的体 系结构，微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。它把计算机的基本部件都微型 化集成到一块芯片上，通常片内部都含有中央处理器（CPU） 、数据存储器（RAM） 、程序 存储器（ROM，EPROM，Flsh ROM） 、定时器/计数器和各种输入/输出（I/O）接口。 本次实验课设是利用单片机设计一个简易的 365 倒计时器，并利用 Protel 99 SE 对其 原理图

5、进行绘制，PCB 图制作和仿真. 关键字：Protel 设计. 单片机.365 计数器原理图绘制. PCB 制作. 目目 录录 1. PROTEL 原理图绘制.1 1.1 创建文件 .1 1.2 原理图绘制 .3 1.2.1 选取原件 .3 1.2.2.摆放原件，设置属性.3 1.2.3 元件连线 .6 1.3 电气规则检查.6 1.4 生成网络表.7 1.5 生成材料清单.8 2.365 倒计时原理.9 2.1 总体设计思想 .9 2.2 复位电路 .9 2.3 时钟电路 .10 2.4 按键电路 .11 2.5 数码管显示电路 .11 3PCB 图的制做.11 3.1 创建 PCB 文件

6、.11 3.2 规划 PCB 版并导入网络表 .12 3.3 元器件的摆放及布线.14 4.总结 .15 参考文献 .16 1.1. ProtelProtel 原理图绘制原理图绘制 1.11.1 创建文件创建文件 （1）打开 protel 99se 程序，点击 file，new 选择路径建立一个工程，如图 1.1 图 1.1 建立工程 （2）点击 ok，下一步，新建一个 SCH 文件，也就是电路图设计项目，选择 schematic Document 如图 1.2 如图 1.2 新建 SCH 文件 （3）初始界面形成以后，可以更改图纸，点击 design-Option-弹出如图 1.3 所示的对

7、话框 图 1.3 更改图纸 （4）如果原始元件库中还没有自己需要的原件，还可以自己增加元件库，选择需要的原件所在 的库，点击对话框下方的 add，再点击 OK，如图 1.4 如图 1.4 添加原理库 1.21.2 原理图绘制原理图绘制 1.2.1 选取原件选取原件 点击左边工具栏的 Browse Sch，在元件库中找到所需要的原件，双击后仿真设计图纸中。如图 1.5 图 1.5 选取原价图 1.2.2.摆放原件，设置属性摆放原件，设置属性 1.双击原件后，按 tab 键设计元件的属性，如图 1.6如图更改原件属性，更改原件名称，注 意名称每个原件不能相同，更改封装（footprint） ，每种

8、元器件对应一种封装.，如图是开 关原件的属性。 图 1.6 属性图 如图为单片机 89C52 的属性对话框 图 1.7 属性图 表表 2.1 原件清单表原件清单表 物理原件标识注释封装 AT89C52U1AT89C52DIP-40 2N3904Q12N3904BCY-W3/E4 2N3904Q12N3904BCY-W3/E4 2N3904Q12N3904BCY-W3/E4 普通电容 C1 普通电容 RAD0.1 普通电容 C2 普通电容 RAD0.1 CRYSTALC3CRYSTALCB2 电解电容 C4 电解电容 CD6 SW-PBS1SW-PBSIP2 SW-PBS1SW-PBSIP2 S

9、W-PBS1SW-PBSIP2 SW-PBS1SW-PBSIP2 RES1R1RES1AXIAL0.4 RES1R2RES1AXIAL0.4 RES1R3RES1AXIAL0.4 RES1R4RES1AXIAL0.4 RES1R5RES1AXIAL0.4 RES1R6RES1AXIAL0.4 RES1R7RES1AXIAL0.4 Dpy Red-CCDS1Dpy Red-CCLEDDIP-10/C5.08RHD Dpy Red-CCDS2Dpy Red-CCLEDDIP-10/C5.08RHD Dpy Red-CCDS3Dpy Red-CCLEDDIP-10/C5.08RHD 2.将原件按照电

10、路要求摆放好，注意要给连线做好准备。如图 1.8 图 1.8 摆放原件 1.2.3 元件连线元件连线 使用 WiringTools 中的连线工具对电路图中的原件进行连线。要注意该线是否有电气 性质。当预拉线的指针移动到元件的引脚或其他电气特性线时，指针的中心将会出现一 个黑点，它提示我们在当前状态下单击鼠标左键就会形成一个有效的电气连接。连接好 的原理图如图 1.9。 图 1.9 365 倒计时原理图 1.3 电气规则检查电气规则检查 当整个电路设计完成后，可以进行电气规则检查。主要是检查电路图中是否有电气 性质不一致的情况。电气规则检查依据问题的严重性分别以错误或警告信息来提示用户。 ERC

11、 检查报告无错后进行下一步。报告如图 1.10。 图 1.10 电气检查 1.41.4 生成网络表生成网络表 网络表非常重要，它是 PCB 中自动布线的灵魂，也是原理图设计软件 SCH 与印刷电 路板软件 PCB 之间的接口。所以必须生成网络表。选取设计菜单下的 create netlist 选项， 点击 OK 后生成网点击 OK 后生成网络表.如图 1.11 图 1.11 生成网络表 1.51.5 生成材料清单生成材料清单 执行菜单命令 Report/BILL OF MATERIAL 出现新的对话框选择sheet点击下一步， 其他默认直到倒数第二步将 Protel Format、CSV Fo

12、rmat、Client Spreadsheet 全部选 中点击下一步和 Finish 就生成了材料清单， 如图 1.12 2.3652.365 倒计时原理倒计时原理 2.12.1 总体设计思想总体设计思想 倒计时器以 AT89C52 单片机为核心，起着控制作用。系统包括四位数码管 显示电路，按键电路，复位电路，时钟电路。倒计时的总体框图如下图所示： 按键电路模块复位电路晶振电路模块 AT89C52 数码管显示电路模块 倒计时的总体框图 2.1 2.22.2 复位电路复位电路 复位是单片机的初始化操作，只需给 AT89C52 的复位引脚 RST 加上大于 2 个机器周期（即 24 个时钟振荡周期

13、）的高电平就可得单片机复位.复位时，PC 初始化为 0000H，使单片机从 OUT 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初 始化之外，由于程序运行出错或操作错误而使系统处于死锁状态。为摆脱死锁 状态，也需按复位键使得 RST 脚为高电平，使单片机重新启动。 在系统中，有时会出现显示不正常。为了调试方便，需要设计一个复位电 路。AT89C52 单片机复位电路共有上电复位、按键电平复位和按键脉冲复位。 本系统的复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功 能。复位电路可由简单的 RC 电路构成，也可使用其它的相对复杂，但功能更完 善的电路。本系统采用的电路工作原理是：上电瞬间，RC

14、 电路充电，RESET 引 脚端出现正脉冲，只要 RESET 保持 10ms 以上高电平，就能使单片机有效的复位。 当时钟频率选用 12MHz 时，C 取 10uF，R 取 10K，上电自动复位电路由上电瞬 间 C 与 R 构成充电电路，RESET 端的电位与电源 Vcc 相同，随着充电电流的减 少，RESET 的电位逐渐下降。RC 时间常数越大，上电时 RESET 端保持高电平的 时间越长，这组参数足以保证复位操作。若复位电路失效，加电后 CPU 从一个 随机的状态开始工作，系统就不能正常运行。按键 S5 的功能是按键复位，按下 S5 键时 RST 为高电平，只要保持 10ms 以上的高电平

15、，就可以使单片机复位。 按键复位用在系统运行时的复位，使系统重新运行。 图 2.1 复位电路 2.32.3 时钟电路时钟电路 时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准有 条不紊地一拍一拍地工作的。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电 路的质量也直接影响单片机系统得稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种 是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。 单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路， 只要外界一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决 定单片机的工作速度。本系统使用的是内部时钟方式。一般选用石英晶体振荡 器。此电路在加电大约

16、延迟 10ms 后振荡器起振，在 XTAL2 引脚产生幅度为 3V 左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个 电容的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。 图 2.2 时钟电路 2.42.4 按键电路按键电路 本系统的按键电路的作用是能够调整倒计时的初始值。用四个按键分别设 定它们的四种初始状态。所达到的效果是按一下对应的键时，所对应的值出现。 s3 对应 365 的设定，s2 对应十位的设定，s1 对应个位的设定。另外 s1 按键不 但可以设定个位的初值，还可以起到暂停倒计时运行的作用；即当系统在运行 时，按 s1 键，系统暂停，如果继续按

17、s1 键，则数的值增加，完成的是设定 9 的功能。同样，s4 也有两个功能：一个是设定三位数的初值，一个是起到开启 系统的作用，即当系统处于暂停时，按 s4 键，则系统开始运行，如果继续按 s4 键，则完成的是设定天的初值的功能。 2.52.5 数码管显示电路数码管显示电路 显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前 提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。 通常在显示上采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，另一种是动态 显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资 源多，所耗得电能较大；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复 杂，但是

18、相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中，为了减少端口资源， 降低电能消耗，采用的是动态显示方法。 本系统的倒计时时间的最大范围是 365。从格式可知数码管显示电路要用 到 3 位数码管。本系统选了三个数码管有段选和位选控制，在此电路中有 8 个 位选，8 个段选，分别用单片机的 P0 口和 P1 进行 8 个位的控制。 3 3PCBPCB 图的制做图的制做 在原理图绘制后就进行其 PCB 板设计制作了. 3.13.1 创建创建 PCBPCB 文件文件 如图 3.1 创建 PCB 文件同创建 sch 电路图文件一样，双击进入 document， 执行菜单命令/【NEW】 ，双击 即可创建 P

19、CB 文件。在生成 PCB 文件之 前应保证原理图没有错误，文件生成后将所需要的库文件导入到 PCB，否则即 使原理图无错误系统也会报错。 图 3.1 创建 PCB 3.2 规划规划 PCB 版并导入网络表版并导入网络表 （1）设定工作层面：执行菜单命令 Design/Options 后， Design/Options 页面 基本工作层面说明： 信号层（Signal Layers）：用来放置元件、导线等与电气 信号有关的电气元素。对于制作双面板而言，要选中顶层铜膜布线面 （Top Layers）和底层铜膜布线面（Bottom Layers） 。丝印层（Silkscreen）：用 于绘制元件的外

20、形轮廓，元件序号和标注字符等。一般选中顶层 （Top overlay）即可。防护层（Mask）：自动生成，不选。禁止布线层 （Keep Out Layer）：用于规定放置元件和布线的区域。多层面（Multi layer）： 用于快速把对象（例如，焊盘和过孔）加入到所有的信号层，选中即可。其它 的选项使用默认设置即可。 （2）规划电气边界：在禁止布线层（Keep Out layer）进行。首先点击相应 的层面标签：然后在此层面上绘制一个区域（一般为方形） 。在*.Sch 文件界面 下，执行菜单命令 Design/Update PCB,会出现一个界面。全部使用默认值。然 后单击按钮进入 Updat

21、e Design 对话框的 Changes 选项卡，可以 发现更新过程是否存在错误。如果没有错误，单击对话框的按钮 Execute 即可 将本次更新的变动反映在 PCB 文件中。 （3）在 PCB 状态下执行菜单命令【Design】/【Netlist】, 在出现的对话框中点击标签 然后选择之前创建好的后缀名为.net 的网络表。若 元件封装、原理图均无错误后即可在 PCB 版上生成元器件。在网络表文件载入 时，常常会出现两种错误：Footprint Not Available(封装元件遗漏)、 Node Not Found(引脚遗漏)。在加载的时候，应该注意改正错误，得到正确的网 络表。生成的

22、 PCB 如图 3.2 图 3.2 生成的 PCB （4）定义边框。 在设计工作区的版层标签上选择 keepOut layer，选取工具条上的放置铜膜 走线，画一个边框。只要圈住所有器件就行，不用太大。 图 3.3 PCB 边框 3.33.3 元器件的摆放及布线元器件的摆放及布线 (1)摆放原件 将原件摆放合理，把重叠的元件拖开，将原件标注等摆正。如图 3.3 图 3.4 摆放原件 (2)自动布线 .Protel PCB 内集成了一个功能强大而品质高超的自动布线程序，能自动地 设计出最佳的自动布线策略。选择自动布线菜单中的 All，在弹出的对话框中选 RouteAll 便开始自动布线程序，布线

23、完成后在弹出的对话框中选择 OK 便完成 了自动布线。自动布线如图 3.5 图 3.5 PCB 自动布线图 4.4.总结总结 .通过本次 Protel 课程设计，自己更加熟悉了该软件的操作，了解了 Protel 在电路原理图的绘制和 PCB 板制作上的强大功能。通过一个星期的课程设计， 发现自己的实践经验还比较缺乏，理论联系实际的能力需要提高。 本次课设是制作了 365 倒计时器，在课设过程中，巩固了数字电路方面的 理论知识，通过这次课程设计，我掌握了做课程设计的基本思路和方法，在脑 海里形成了基本的设计理念和设计技巧，锻炼了自己的思维能力与动手能力。 本次设计实验在原理图倒成 PCB 因为封

24、装不对，在经过查询各种资料，和 咨询网络，最终做成了，小有成就感。这也启示自己遇到困难不轻易言弃。 最后，感谢在课设中给我帮助的同学与指导我的老师！ 参考文献参考文献 1 谢自美，电子线路设计 实验 测试（第三版） ，武汉：华中科技大学出版社 2006 2 赵景波、王劲松、滕敦朋, Protel 2004 电路设计：从基础到实践，北京：电 子工业出版社 2007 3 张瑾、张伟、张立宝，电路设计与制板 Protel 99SE 入门与提高, 北京：人 民邮电出版社 2007 4 张伟、孙颖、赵晶，电路设计与制板：Protel 99SE 高级应用,北京：人民邮 电出版社 2007 5 康华光主编，电子技术基础 模拟部分（第五版） ，高等教育出版社，2006 6李广弟.单片机基础.北京航空航天大学出版社，1994 7阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京高等教育出版社，1989 8 赵晶Prote199 高级应用M人民邮电出版社，2000