市电电压双向越限报警保护器设计文档格式.docx
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市电电压双向越限报警保护器电路的设计
实践教学要求与任务
1.绘制市电电压双向越限报警保护器设计的电路图,用以完成电压的越限报警。
2.采用Protel软件进行电路图的设计,并进行双面印刷版设计。
工作计划与进度安排
本学期第20周:
1.分析题目,查阅相关资料。
2.采用protel绘图软件绘制市电电压双向越限报警保护器电路原理图。
3.绘制市电电压双向越限报警保护器电路的双层印刷版图。
4.撰写课设报告,进行答辩验收。
指导教师:
刘洋、梁英
2015年1月5日
专业负责人:
2015年1月5日
学院教学副院长:
2015年1月5日
摘要
Protel99SE主要有两大部分组成,每一部分各有几个模块。
第一部分是电路设计部分,主要有:
原理图设计系统,包括用于设计原理图的原理图编辑器Sch,用于修改和生成原理图元件的元件编辑器,以及各种报表的生成器Schlib。
印刷电路板设计系统,包括用于设计电路板的电路板编辑器PCB以及用于修改,生成元件封装的元件封装编辑器PCBLib。
第二部分是电路仿真与可编程逻辑器件设计,主要有:
电路仿真系统,包括一个功能强大的数/模混合信号电路仿真器,能在原理图基础上进行连续的模拟信号和数字信号仿真。
可编程逻辑器件设计,包括一个文本编辑器,用于编译和仿真设计结果的PLD设计以及观察仿真结果的波形。
本次实验我使用Proter99SE将模拟市电电压双向越限报警保护器制作电路原理图,并生成PCB板,进行ewb仿真电路设计。
转换电PCB板其步骤有:
、创建schematic
Document文件画出原理图,检验原理图、生成网表,建立PCB
Document文件载入网表、修改封装,元件布局、自动布线、手工调整布线、PCB板和仿真电路设计:
同上建立仿真原理图(使用SIM库),设置仿真(需加入初始条件)生成仿真时序图。
在Protel99SE电路设计的学习过程中,基本概念的理解和掌握是重中之重,只有这样,设计思路才能清晰,设计才能规范。
本设计以能显示时、分、秒的时间计数器为例来介绍Protel99se的使用方法。
关键词:
Protel
99SE;
Sch;
PCB;
市电电压;
报警保护器
2.4市电电压双向越限报警保护器电路原理图..................................................................2
1设计目的与要求
市电电压双向越限报警保护器的设计:
设计一个电路用来实现市电电压双向越限的报警。
该报警保护器能在市电电压高于或低于规定值时,进行声光报警,同时自动切断电器电源,保护用电器不被损坏。
该装置体积小、功能全、制作简单、实用性强。
2电路原理分析与设计
2.1市电电压双向越限报警保护器电路工作原理简介
市电电压一路由C3降压,DW稳压,VD6、VD7、C2整流滤波输出12V稳定的直流电压供给电路。
另一路由VD1整流、R1降压、C1滤波,在RP1、RP2上产生约10.5V电压检测市电电压变化输入信号。
门IC1A、IC1B组成过压检测电路,IC1C为欠压检测,IC1D为开关,IC1E、IC1F及压电陶瓷片YD等组成音频脉冲振荡器。
三极管VT和继电器J等组成保护动作电路。
红色LED1作市电过压指示,绿色管LED2作市电欠压指示。
市电正常时,非IC1A输出高电平,IC1B、IC1C输出低电平,LED1、LED2均截止不发光,VT截止,J不动作,电器正常供电,此时B点为高电平,F4输出低电平,VD5导通,C点为低电平,音频脉冲振荡器停振,YD不发声。
当市电过压或欠压时,IC1B、IC1C其中有一个输出高电平,使A点变为高电位,VT饱和导通,J通电吸合,断开电器电源,此时B点变为低电位,IC1D输出高电平,VD5截止,反向电阻很大,相当于开路,音频脉冲振荡器起振,YD发出报警声,同时相应的发光二极管发光指示。
2.2元器件的选择:
集成芯片IC可选用CD74HC04六反相器,二极管VD1~VD6选择IN4007,电容C1~C6均选择铝电解电容,耐压400V,稳压管选用12V稳压,继电器J选用一般6V直流继电器即可,电阻选用普通1/8或1/4W碳膜电阻器,大小可按图示。
2.3制作和调试方法
调试时,用一台调压器供电,调节电压为正常值(220V),用一白炽灯作负载,使LED1、LED2均熄灭,白炽灯亮,然后将调压器调至上限值或下限值,调RP1或RP2使LED1或LED2刚好发光,白炽灯熄灭,即调试成功。
全部元件可安装于一个小塑料盒中,将盒盖上打两个孔固定发光二极管,打一个较大一点的圆孔固定压电陶瓷片,并用一个合适的瓶盖给压电片作一个助声腔,使其有较响的鸣叫声。
2.4市电电压双向越限报警保护器电路原理图
本设计的电路图XIN.Sch如图1所示:
图1原理布线图
3Protel99SE绘制图
3.1元件库的调用
进入Protel99SE界面,执行菜单File/New命令,创建一个新项目,然后再选择File菜单下的new...,则弹出如下图2所示对话框,从框中选择原理图服务器:
图2选择原理图服务器对话框窗口
找到(SchematicDocument)图标,双击该图标,建立原理图设计文档。
双击文档图标(设计所设的文件名为XIN.Sch),进入原理图设计主界面。
执行菜单Design/Options和Tool/Preferences,设置图纸大小、捕捉栅格、电气栅格等。
3.2放置元件
在设计管理器中选择BrowseSCH页面,在Browse区域中的下拉框中选择Library,然后单击ADD/Remove按钮,弹出的如图3所示窗口,在窗口中寻找Protel99SE子目录,在该目录中选择Library\SCH路径,在元件库列表中选择所需的元件库,比如Miscellaneousdevicesddb,TIDatabook库等,单击ADD按钮,即可把元件库增加到元件库管理器中。
为便于仿真,此设计选择Sim元件库。
根据此实验电路的需要,到元件库中找出所需的元件,然后用元件管理器的Place按钮将元件放置在工作平面上(在摆放的过程中,可以通过SPACE、X、Y)
图3元件库增加窗口
三种键来改变元件的放置位置,其中SPACE键是让元件作90°
的旋转,X键使元件左右对调,即以自光标为轴作水平对调,Y键使元件上下对调,即以自光标为轴作垂直对调),再根据元件之间的走线把元件调整好。
根据市电电压双向越限报警保护器的需要,实验从Sim元件库中集成芯片IC可选用CD74HC04六反相器,二极管VD1~VD6选择IN4007,电容C1~C6均选择铝电解电容,耐压400V,稳压管选用12V稳压,继电器J选用一般6V直流继电器即可,电阻选用普通1/8或1/4W碳膜电阻器,在电源实体PowerObjects中选择
(地线)。
3.3原理图的布线
利用Protel99SE提供的各种工具指令进行布线,将平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来,构成一个完整的电路原理图。
本设计的电路图XIN.Sch如图4所示:
图4原理布线图
3.3.1编辑和调整
利用Protel99SE所提供的各种强大的功能对原理图进一步调整和修改,以保证原理图的美观和正确。
同时对元件的编号、封装进行定义和设定,更改元件属性等。
由于相同元件较多,可选择Tools/Annotate(注释),弹出如下图5所示对话框:
图5调整对话框
选择你想要的排序方式对元件进行自动编号。
用鼠标双击任一个元件都会弹出元件的属性对话框。
LibRef:
元件样本,修改此项将直接替换原有的元件,元件样本名不会显示在元件图上;
Footprint:
元件的封装方式(元件的封装是指设计PCB时,根据实际元件尺而定义的焊点,另外还附加一些属性和元件外观的符号,需要注意的是每个元件的Footprint必须要添上相应的封装号);
Designator:
设置元件的序号;
PartType:
设置元件参数值。
3.3.2检查原理图
使用Protel99SE的电气规则,即执行菜单命令Tools/ERC对画好的电路原理图进行电气规则检查。
主要是检查电路中是否有电气特性不一致的情况(如元件的序列号重复),ERC检查依据问题的严重性分别以错误(Error)或警告(Warning)信息来提示用户。
选择Tools菜单下的ERC项,则弹出如图6对话框:
图6ERC选项
直接点击OK即可进行ERC检查。
ERC检查文件时,如果有问题将用坐标标注重名元件的位置。
返回电路原理图,改正错误的元件属性后,再次进行ERC检查。
正确结果如图7所示:
图7ERC检查正确
3.4生成网络表
网络表是电路原理图设计和印刷电路板设计之间的桥梁,是PCB中自动布线的灵魂。
所以必须生成网络表。
选取Design设计菜单下的CreateNetlist选项则会弹出如下图8对话框:
图8CreateNetlist选项卡
点击OK就可生成网络表文件XIN.NET,如下图9所示:
图9网络表文件
网络表文件包含两种内容:
一对方括号之间表示一个元件的属性,有序号、封装号和参数;
一对圆括号之间是通过一个点的连接线,包括从哪各点出发,接到哪里。
电路图XIN.Sch全部完成。
4PCB设计
MFC的图形界面程序设计可在上述类设计的基础上进行改造,MFC的图形界面程序与DOS界面程序的主要不同点是:
MFC图形界面程序与DOS界面程序的输入输出方式不同,DOS界面程序采用字符交互式实现数据输入输出,主要通过cin,cout等I/O流实现,而MFC的图形程序界面采用标准Windows窗口和控件实现输入输出,因此必须在MFC类的框架下加入上面所设计的矩阵和方程组类,并通过图形界面的输入输出改造来完成。
4.1图形界面设计
执行菜单File/New命令,弹出如下对话框,从框中选择PCB设计服务器(PCBDocument)图标,双击该图标,建立PCB设计文档。
双击文档图标,进入PCB设计服务器界面。
如下图10所示:
图10PCB设计服务器界面
此界面同Sch设计主界面相似,但地步增加了板层标签,用来在设计时快速地选择板层。
板层就是电路文件中可分层显示的电路板结构图,不同类板层尤其专用的使用意义。
如有些板层可以进行实体铜膜走线,有的板层没有电气性质,纯粹是为了在电路板上标注说明文字。
板层的概念很重要,制作PCB时一定要对所用的板层有个清晰的认识。
4.2加载网络表
在设计工作区的板层标签上选择KeepOutLayer(这是一个在闭合板框内支持自动布线的层),然后选择工具条PlacementTools上的
按钮,画边框(边框按系统设定的颜色应是紫色)。
此时画的只是一个粗略的边框,虽然没必要太精确,但不能太大。
待到布线完成后,再来画精确的边框。
执行菜单Design/LoadNets命令,然后在弹出的窗口中单击Browse按钮,再在弹出的窗口中选择电路原理图设计生成的网络表文件XIN.Net,如下图11所示:
图11选择电路原理图
点击OK,单击Execute键,元件就会加载到工作区上。
4.3元器件布局
Protel99SE既可以进行自动布局也可以进行手工布局,执行菜单命令Tools/AutoPlacement/AutoPlacer可以自动布局,结果如下图12所示。
布局是布线关键性的一步,为了使布局更加合理,多数设计者都采用手工布局方式。
先把重叠的元件拖开(当用鼠标左键点中任何重叠元件时,将弹出小的对话框,表示当前点中的地方重叠了几个元件):
当移动鼠标到相应的字体上,字全变蓝,单击鼠标左键,便可获取一个元件,然后再将其拖走。
依据电路的功能及元件的大小,适当的摆放元件。
图12元器件布局图
4.4自动布线
Protel99SE采用世界最先进的无网格、基于形状的对角线自动布线技术。
执行菜单命令AutoRouting/All,弹出如下图13所示窗口,并在弹出的窗口中单击Routeall按钮,程序即对印刷电路板进行自动布线。
自动布线完成后,将弹出如下图14布线信息对话框:
图13菜单命令窗口图
图14布线信息对话框
它指出了布线的相关信息,如不先完成的程度、布了多少线、还有几条没布完、布线所用的时间。
点击OK,则布线完成。
若对布线不满意,可在工具下拉菜单上选“撤销布线”,恢复飞线状态后可重新布线。
4.5编辑和调整
边框的修改一定要在KeepOutLayer来修改。
自动布线结束后,可能存在一些令人不满意的地方,可以手工调整,把电路板设计得尽善尽美。
首先,删除不理想的布线,点击Edit/Delete选项,光标变成十字光标,左键点击要删除的导线即可删除。
删除导线后,焊点间以飞线连接,然后选取不同的层如toplayer(红线)、bottomlayer(蓝线),选择
来画飞线之间连接的导线,注意同一层内的导线不能交叉,直到将不满意的导线改到满意为止。
布线结束后可适当地修改元件参数的位置,使布局看起来更加美观。
最后可得到下图15:
图15布线图
4.6铺地
将设计工作区的板层标签上由KeepOutLayer转至TopLayer,再选择工具栏上的
按钮,将会弹出如下对话框,如图16在ConnecttoNet中选择GND,点击OK,鼠标将变成光标,用光标将边框在画一遍。
图16PolygonPlane对话框
4.7元器件材料清单的生成
执行Report/BillofMaterial命令,则可生成如下图17元器件清单:
图17元器件清单
结论
随着电子工业的飞速发展,电路设计越来越复杂,手工设计越来越难以适应形势发展的需要,Protel99SE以其强大的功能、快捷实用的操作界面及良好的开放性,为设计者提供了现代电子设计手段,使设计者能快捷、准确地设计出满意的电路原理图和印刷电路板,不愧是从事电路设计的一个良好的工具。
通过这次Protel99SE电路设计与制版实验课程设计,让我了解了制作与编辑元件电路原理图元器件库的方法—设计电路原理图的方法—对该电路原理图进行电气规则测试的方法—生成该电路原理图的网络表文件的方法—生成该电路原理图的元器件材料清单列表的方法;
制作与修改PCB元件封装的方法—设计PCB图的方法及电路原理图仿真的方法。
在设计过程中,自然会存在不少问题,通过请教老师和与同学们进行交流,最终还算顺利的完成了此次的课程设计,在设计的时候有些地方很可能还不够完善,这一点请老师谅解。
通过这次学习,让我对如何运用Protel99SE进行电路原理图和印刷电路板设计及原理图的仿真都有了一定程度的了解,而且增强了自己的实践动手能力。
所以说,坐而言不如立而行,对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
参考文献
[1].Protel99入门与提高.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11
[2].Protel99高级应用.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11
[3].Protel99SE电路设计与仿真应用
[4].Protel99SE电路设计与制版.赵广林.北京:
电子工业出版社,2005
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- 关 键 词:
- 市电 电压 双向 报警 保护 设计