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1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 通信 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: Protel应用课程设计-温度控制及显示电路 初始条件：Protel 99 se 及以上版本如protel DXP要求完成的主要任务: （1）绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图*.sch（自选）。可以涉及模拟、数字、高频、单片机等等电路。 （2）绘制电路原理图相应的双面印刷版图*.pcb （3）选做：对电路原理图进行仿真，给出仿真结果（如波形*.sdf、数据）并说明是否达到设计意图。时间安排： （1）第1-3周：选题及任务安排。 （2）第4-10周：方案选择及设计。 （3）第11-16周：仿真及
2、PCB制作（鉴主13楼计算机实验室）。 （4）第17-18周：撰写报告及答辩。指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 摘 要PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，其基于Windows环境的99SE版本,不仅提供了功能完备的电路设计工具,而且具备强大的电路仿真能力。Protel应用实践课程设计旨在让同学们对Protel软件的熟练操作，并对其各项强大功能的了解。本次课程设计是以温度控制及显示电路为例，叙述电路原理图（sch）的设计、印制电路板（PCB）的制作以及
3、电路的仿真分析的具体步骤和出现问题的解决方法。温度控制及显示电路由电源电路、信号采集电路、A/D转换及显示电路和报警电路四个模块组成。因为此电路比较复杂，所以我们采用了层次电路的设计思想，即模块化的设计，来绘制总的原理图。首先，要将总的电子系统分为若干个功能模块，然后自顶向下分别进行设计。这样可以使电路层次结构清晰，设计分工明确，便于理解和操作。 关键词：Protel99 SE, 功能完备， 温度控制及显示电路， 层次电路设计思想 AbstractPROTEL is introduced by PORTEL company in the late 1980s in electronic ind
4、ustry, as a kind of EDA software .In CAD software series of electronic industry, PROTEL,which is deservedly ahead of many EDA software products, is the first selection of electronic designers. The software version of Windows environment based on 99SE, not only provides the function complete circuit
5、design tools, but also has the strong ability of circuit simulation. The practical application of Protel curriculum design aims to enable students to manipulate the software of Protel and its various powerful functions. This course is a pulse width modulation signal control circuit for example, D ci
6、rcuit principle diagram (SCH), design of printed circuit board (PCB) production and circuit simulation analysis of the specific steps and the solution to the problem.Temperature control and display circuit by power supply circuit, signal acquisition circuit, A/D conversion and display circuit and al
7、arm circuit four modules. Because of this circuit is more complex, so we adopt hierarchical circuit design ideas, namely the modular design, and to draw general principle diagram. First, to general electronic system is divided into several function module, then the top-down design respectively. This
8、 can make the circuit structure is clear and definite division, design and operation.Keywords:Protel99 SE, Fully functional, temperature control and display circuit, hierarchical circuit design ideas目 录摘 要3Abstract41.温度控制及显示电路的原理61.1电路的总原理框图61.2电源电路原理图71.3信号采集电路原理图81.4 A/D转换及显示电路原理图81.5报警电路92原理图绘制92
9、.1层次电路的设计思想92.2新建原理图设计库文件92.3载入元件库112.4编辑电路总原理图112.5绘制子模块电路122.5.1电路原理图绘制的基本方法122.5.2电源电路的绘制及重要参数设置132.5.3信号采集电路绘制132.5.4A/D转换及显示电路绘制142.5.5报警电路绘制142.6.ERC电气规则检查152.7生成网络表152.8生成材料清单163.印制电路板设计163.1创建PCB文件163.2电路板的规划及网络表的载入163.3手动制作封装库文件173.4手动布局与自动布线183.5电路板设计技巧铺铜194个人小结215参考文献：22附录23材料清单23温度控制及显示电
10、路1.温度控制及显示电路的原理1.1电路的总原理框图 温度控制及显示电路由电源电路、信号采集电路、A/D转换及显示电路和报警电路四个模块组成。电源电路输出正负5V的直流电，为整个电路提供能量。信号采集电路将温度信号转化模拟信号，并输出至A/D转换及显示电路和报警电路。A/D转换及显示电路可以将模拟信号转化为数字信号，并通过数码管显示出来。报警电路则在模拟信号超过限定值时发出报警信号。 图1 原理框图1.2电源电路原理图电源电路主要由集成稳压电源器和消振及保护电容组成。输入的12V直流电压经过集成稳压器7805/7905后输出为稳定的5V直流电压，为整个电路提供能量。因为考虑到A/D转换及显示电
11、路部分有CMOS系列的集成芯片CC14433，输出端还提供了+5V的电压VDD和接地端VSS。 图 2 电源电路1.3信号采集电路原理图信号采集电路主要是对铁块现时温度的检测转换,温度的检测由铂电阻完成,用电桥得到差动值,经差动放大器放大后,送入A/D转换及显示电路和报警电路。图 3 信号采集电路1.4 A/D转换及显示电路原理图 A/D转换及显示电路主要由CMOS系列中的 3 位半双积分型A/D 芯片CC14433和七段译码显示电路CD4511组成。通过此电路，完成对采样得到的模拟信号的A/D转换及显示。图 4 A/D转换及显示电路1.5报警电路报警电路主要是通过一个电压比较器和发光二极管来
12、实现报警功能。同时，电压比较器的输出还接至三极管的基极，并通过二极管和单刀双掷继电器开关实现对整个电路通断的控制。图 5 报警电路2原理图绘制原理图的设计流程如下： 新建原理图设计库文件载入元件库元件放置与布局原理图的绘制元件属性的编辑电气规则检查生成网络表2.1层次电路的设计思想当编辑复杂电子产品的电路原理图时，在特定幅面的图纸上绘制出整个电子系统的原理图有一定难度。这时我们可以采用层次电路的设计思想，即模块化的设计，来绘制总的原理图。用户可以将总的电子系统分为若干个功能模块，自顶向下分别进行设计。这样可以使电路层次结构清晰，设计分工明确，便于理解和操作。2.2新建原理图设计库文件（1）启动
13、Protel 99 SE软件，选择菜单“File/New”,弹出如图6所示的对话框。建立名为“温度控制及显示电路.ddb”的原理图库文件如下。随即，此库文件名将显示在左栏explore子目录下。 图6 创建原理图库文件界面（2）双击打开库文件，选择菜单“File/New”，弹出如图7所示的对话框。单击“Schematic Document”,建立名为“温度控制及显示控制电路.prj”的原理图文件。 图7 创建原理图文件界面（3）双击原理图文件，进入原理图编辑界面。2.3载入元件库点击界面左侧Browse对话框中的“Add/Remove”按钮，屏幕上会出现如下图所示的“元件库添加/删除”对话框；
14、选中常用的元件库Miscellaneous Devices.ddb、Protel DOS Schematic Libraries.ddb和sim.ddb，点击“Add”按钮即可。 图8 添加元件库界面2.4编辑电路总原理图 （1）选择“Place”菜单下的“Sheet Symbol”，移动光标到原理图编辑区内， （2）按下“Tab”键，进入放宽电路属性设置窗口，编辑方块电路名（如“信号采集电路”）和方块电路文件名（如“信号采集电路.sch”）； （3）移动光标到合适位置，左击放置方块电路模型； （4）重复上述操作三次，完成总的方块电路模型； （5)放置方块电路的I/O端口，注意模块间的输入输出
15、关系，设置端口属性。 图9 总原理图绘制2.5绘制子模块电路建立了项目文件原理图后，可以单独编辑各自模块电路的原理图，编辑器会自动完成匹配，生成总的电路原理图。 单击“Design”菜单下的“Creat Sheet From Symbol”，将光标移动到某一方块电路上，单击鼠标进入该模块的电路原理图的绘制。2.5.1电路原理图绘制的基本方法（1）元件放置与布局加载元件库后，在元件浏览器中可浏览到各种元件库元件列表及图形。选中绘制原理图所需的元件，点击“Place”按钮，将选中的元件放置到原理图中的合适位置。可单击鼠标左键多次，进行同类元件的多个放置，以单击鼠标右键结束放置。为了使元件位置布局合
16、理，原理图整体效果规范和美观，可以对元件位置进行调整。选中目标不放，将其拖拽到合适的位置，即可完成移动；选中目标后，点击“Space”键，还可以使元件做90旋转。（2）原理图的绘制 绘制导线。选择视图/工具栏中的wiring工具栏 点击电气线图标连接原理图中每个元件；添加电源及接地符号；放置电路节点和端口，以及总线和网络标号等。（3）元件属性的编辑双击某一元件，进入该元件属性设置的窗口。通常需要设置的项目有元件的封装形式Footprint，元件标号Designation和元件标称值Part。不同元件的封装形式不同，需要特别注意。以下是常用元件的封装形式：（1）三极管NPN封装号（Footpri
17、nt）为TO-92B，器件类别（Part）为9013，元件称号（Designator）依次设为VT1-VT4；（2）电阻RES2封装号(Footprint)为AXIAL0.3，标示值（part）为阻值，称号（Designator）依次设为R1-R15；（3）滑动变阻器POT1封装号（Footprint）为VR1，标示值（Part）为总阻值，称号（Designator）依次设为RW1-RW4；（4）无极性电容CAP封装号（Footprint）为RAD0.2，标示值（Part）为电容值，均为470nF，称号（Designator）C4，C6；（5）电解电容ELECTRO1封装号（Footprint
18、）为RB.2/.4，标示值（Part）为其大小，称号（Designator）C1-C3,C5。2.5.2电源电路的绘制及重要参数设置 图10 电源电路及元件参数设置2.5.3信号采集电路绘制 图11 信号采集电路2.5.4A/D转换及显示电路绘制 CC14433芯片的部分引脚不用，可以对其做如图所示的处理，表示不接入电路。 图12 A/D转换及显示电路绘制2.5.5报警电路绘制 图13 报警电路绘制2.6.ERC电气规则检查 当整个电路设计完成后，进行ERC检查。选择“Tools”下设的“ERC”，弹出如下对话框，点击OK即可。图14 ERC界面2.7生成网络表 网络表是原理图与印制电路板之间
19、的一座桥梁，是印制电路板自动布线的依据。网络表提供了电路的元件清单以及元件之间的互联关系。使用菜单命令【Design】/【Create Netlist】，在弹出的对话框中，单击OK即可生成与原理图同名的网络表文件*.net。 图 15 网络表对话框2.8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“project”点击下一步，其他默认直到倒数第二步将Protel Format、CSV Format、Client Spreadsheet全部选中点击下一步和Finish就生成了材料清单，材料清单见附录1。3.印制电路板设计3.1创建PCB文件（1
20、） 执行“FileNew”命令，选择创建PCB文件。（2） 双击PCB文件图标，进入PCB设计界面。3.2电路板的规划及网络表的载入（1）在PCB设计界面，单击标签“Keepout layer”进入禁止布线层。执行“PlaceTrack”命令，移动光标绘制电路板边框。（2）选择“Design ”菜单下的“Creat Netlist”，在弹出的“Netlist File”对话框中浏览并选中网络表文件，单击“Execute”按钮，即可加载网络表格。在网络表文件载入时，常常会出现两种错误：Footprint Not Found(封装元件遗漏)、Node Not Found(引脚遗漏)。在加载的时候，
21、应该注意改正错误，得到正确的网络表。 图16 导入网络表后界面3.3手动制作封装库文件 本电路有一个元件单刀双掷继电器开关，在元件封装库里找不到对应的封装，在导入网络表时提示有错，所以，我对此元件单独建立了一个封装库文件，手动制作了它的封装。 (1)创建封装库文件，操作同原理图文件的新建方法。 (2)根据元件实际情况，放置焊盘，设置其参数并确定位置。 (3)切换到TopOverLayer,用线条工具绘制元件封装的外形轮廓线。 (4)设置元件的参考原点，并将文件保存为原理图中此元件的名字。 图 17 新建的元件封装3.4手动布局与自动布线 由于此电路图元件较多，不适合自动布局，所以我采取了手动布
22、局的方法，手工完成电路板的布局。对于布线操作，我采取了系统自动布线的方式。因为在手动布局时，已注意使有关联的元件尽量排布在一起，所以自动布线操作非常成功。 （1）用鼠标拖开重叠的元件，手动布局，使所有的元件互不重叠。在确定元件放置位置时，要注意相关联元件的放置，尽量使各元件之间的连线最短。 (2)在“Auto Route”下拉菜单中点击“All”进行自动布线。 图 18 手动布局后的PCB 图19 布线后的PCB图3.5电路板设计技巧铺铜 执行“PlacePloygon Plane”命令，选择需要铺铜的区域点吉鼠标右键进行铺铜。图 20 铺铜后的PCB图4个人小结经过此次Protel应用课程设
23、计，我初步了解了其基本操作过程，并成功地完成了温度显示及控制电路PCB的设计；遗憾的是，对该电路的仿真分析没有能够实现。 本次课程设计，我选择了一个具有挑战性的项目层次电路的设计。这是我首次接触到PROTEL层次电路设计的概念，通过在温度显示及控制电路中的运用，我更加具体地明白了其优越性，模块化的设计思路会让电路更清晰易懂。 自己做的时候并不是一帆风顺，某些特殊元件都是在网上搜索其各种信息，花费好多时间在各个元件库里查找才发现的，如 cc14433是在Motoral Converter库里找到的。在生成PCB前的加载网络表也不断出错，最要命的是封装号的问题，陌生的元件只能借助于网络，虽然借了诸
24、多书籍，但查找基本上都没有。但是，我没有灰心，如单刀双掷继电器开关，我按照指导书为其手动只做了一个封装，然后所有问题都解决了，那时真的特别有成就感。仿真时的问题就更大了。电路图太复杂，现有知识有限，只能做局部仿真了。在仿真时元件参数的设置中，我深深得体会到了细节的重要性。一些小细节如果淡化了，就真的会导致全盘皆输。 我以前从没有像这样认真的学过一个软件，也没有像这样认真的做过一门课程设计。这次的经历，让我坚定了自己的信念。作为一名通信的学生，我应该多去尝试各种专业软件的使用，多去动手设计制作各种电路模型，这对于我自己今后的发展很有益处。 5参考文献：1电路仿真与PCB设计-Pspice8.0,
25、Multism 2001及Protel 99 SE的应用骆新全 黄玲玲 编著 北京航空航天大学出版社2Protel电路设计教程（第2版）江思敏 陈明 编著 清华大学出版社3.电路设计与仿真谭孝辉 主编 电子科技大学出版社4.Protel 99 SE印刷电路板设计技术王栓柱 主编 西北工业大学出版社 5.电子CAD入门Protel 99 SE胡继胜 主编 中国电力出版社附录材料清单Part TypeDesignatorFootprintDescription0.1FC6RAD0.2Capacitor0.1FC5RAD0.2Capacitor0.1FC7RAD0.2Capacitor0.1FC9R
26、AD0.2Capacitor0.1FC8RAD0.2Capacitor0.1uFC13RAD0.1Capacitor0.1uFC12RAD0.1Capacitor1KR21AXIAL0.31KR25AXIAL0.31KR23AXIAL0.31KR22AXIAL0.31KR19AXIAL0.31KR20AXIAL0.31KR18AXIAL0.31KR17AXIAL0.31MR24AXIAL0.31N4001D5DIODE0.4Diode3.3KR12AXIAL0.34.7KR26AXIAL0.39.1KR13AXIAL0.310KR7AXIAL0.310KR8AXIAL0.310KR4AXIAL
27、0.310KR5AXIAL0.310KR6AXIAL0.310KR9AXIAL0.310KR2VR2Potentiometer10KR1VR2Potentiometer10kR11AXIAL0.310kR10AXIAL0.310kR3VR2Potentiometer100KR14VR2Potentiometer300KR16AXIAL0.3470KR15AXIAL0.3470uFC10RB.2/.4Electrolytic Capacitor470uFC11RB.2/.4Electrolytic Capacitor4511U7DIP169013Q3TO-92ANPN TransistorCC1
28、4433U6SOJ-243.5 Digit A/D ConverterCON3J3SIP3ConnectorCON3J2SIP3ConnectorCON3J1SIP3ConnectorK1K1K1LM324U5SOJ-14LM7805CTU4TO-220LM7905CTU3TO-220YELLOWCCU8DIP16Common Cathhode Seven-Segment Display, Right Hand Decimal红D7DIODE0.4绿D6DIODE0.4本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别男专业、班级课程设计题目：Protel应用课程设计-温度控制及显示电路课程设计答辩或质疑记
29、录：1、为什么要用层次电路设计？答：当编辑复杂电子产品的电路原理图时，在特定幅面的图纸上绘制出整个电子系统的原理图有一定难度。这时我们可以采用层次电路的设计思想，即模块化的设计，来绘制总的原理图。用户可以将总的电子系统分为若干个功能模块，自顶向下分别进行设计。这样可以使电路层次结构清晰，设计分工明确，便于理解和操作。2、碰到元件库中没有封装的原件怎么办？ 答：对此元件单独建立了一个封装库文件，手动制作了它的封装。在新建文件中点击PCB Library Document中按制作PCB的过程做出来最后命名保存，然后对此元件的封装上填相同的名字即可。3、为什么要进行铺铜的操作？答：首先，对于大面积的地或电源铺铜，会起到EMC屏蔽作用，有些特殊地，如PGND起到防护作用。其次，铺铜也是PCB的工艺要求，一般为了保证电镀效果，或者层压不变形，对于布线较少的PCB板层铺铜。然后，信号完整性要求，给高频数字信号一个完整的回流路径，并减少直流网络的布线。当然还有散热，特殊器件安装要求铺铜等等原因。成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日