电子线路计算机辅助设计指导书.docx
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电子线路计算机辅助设计指导书
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重庆科技学院 电子线路计算机辅助设计 指导书 电子信息工程学院自动化教研室 目录 电子线路计算机辅助设计简介...........................................2 设计任务 设计任务一最小单片机系统电路图......................................4设计任务二电气规则检查功能的应用....................................6设计任务三模拟电路仿真........................................7设计任务四设计任务五设计任务六设计任务七设计任务八设计任务九绘制SCH元件............................................10绘制单片机系统电路.......................................12绘制PCB元件............................................14绘制PCB板..............................................16模拟电路仿真.......................................18数模混合电路仿真........................................19 I 电子线路计算机辅助设计 1、目的 《电子线路计算机辅助设计》是自动化类本科专业的一门必修非实验课。
作为独立的教学环节,是自动化及相关专业集中实践性环节系列之一。
在完成《电路分析》、《电子技术》、《机械制图》、《计算机应用基础》课程学习后,学生通过查阅资料、原理图设计、仿真、PCB设计等环节,使学生了解电子产品计算机辅助设计的基本知识,掌握运用计算机进行产品设计的方法、步骤,为日后工作中进一步应用计算机进行电子产品设计打下一定基础。
2、要求 1.掌握使用EDA软件绘制电子产品原理图的方法;2.初步掌握运用计算机仿真技术解决原理图设计问题; 3.掌握使用EDA软件绘制电子产品PCB图的方法。
结合学生培养计划安排,设计围绕最小单片机系统进行原理图、PCB板的设计,掌握运用Protel进行硬件设计的方法。
具体有:
1.电子产品原理图绘制:
掌握的命令或操作有:
原理图建立、图纸大小设置、元件库设置、元件相关操作、块操作及元件间的电气连线、层次化设计等。
2.初步掌握原理图计算机仿真方法:
运用、Protel99se等软件对数字或数模混合电路进行仿真测试3.电子产品PCB图绘制:
掌握的命令或操作有:
印制电路板图建立、板面大小设置、元件库设置、元件布局/布线、设计规则的运用等。
通过以上设计环节,强化学生应用电路的设计与分析能力、提高学生在计算机辅助产品设计方面的实践技能和科学作风、培育学生综合运用理论知识解决问题的能力,力求实现理论结合实际,学以致用的原则。
3、教学方法 设计采用“教师指导下的以学生为中心”的教学模式,以学生为认知主体,充分调动学生的积极性和能动性,重视学生自学能力的培养。
根据设计进度安排,一步一步、踏踏实实地开展设计活动,按时完成每部分工作。
设计集中在机房进行,每天班长负责考勤,指导教师抽查。
在设计过程中,坚持独立完成,实现课题规定的各项指标,并写出设计报告。
2 4、设计时间及进度安排 设计集中在2周进行。
具体进度及要求安排如下:
序号12345678910 内容设计任务要求绘制原理图的步骤、方法原理图元件绘制、高级绘图、编辑命令、原理图电气规则检查EWB软件介绍及电路仿真PROTEL99仿真介绍及电路仿真PCB的概念、PCB元件绘制PCB图绘制、DRC规则应用制作PCB设备介绍、PCB制作设计报告书写验收及成绩评定时间1天1天1天1天1天1天1天1天1天1天3 设计任务一最小单片机系统电路图 一、目的:
1、掌握电气原理图的绘制步骤。
2、初步掌握电气原理图的基本操作。
二、内容:
绘制最小单片机系统电路图。
三、步骤:
1、SCH文件的建立。
1)启动PROTEL99SE。
2)在D:
\\MyDocuments\\EDAUSER下新建一个Protel设计数据库文件:
姓名.ddb。
3)用File/New,选择SchematicDocument文件类型,新建一个原理图文件;图纸大小为A4。
2、摆放元件。
1)添加/删除元件库:
单击Design/AddRemoveLibrary,添加D:
\\MyDocuments\\EDAUSER\\Lib\\作此次设计用元件库,删除其它的元件库。
2)放置元件。
a.根据元件种类,选择合适的元件库。
b.通过元件列表选择元件。
c.放置元件,在放置的同时设置元件的属性。
3)放置电源类元件:
VCC、GND3、连接线路。
4、检查原理图。
5、保存文件,退出。
4
最小单片机系统电路图 图中元件资料 元件电阻无极性电容电解电容石英晶体803174LS373元件编号R1C2、C3C1X1U1U2元件所在库 库元件名RES2CAPELECTRO2CRYSTAL803174LS373元件封装/.2XTAL1DIP40DIP20原理图设计常用热键:
PageUp:
图纸放大。
End:
刷新画面。
Esc:
结束当前操作。
X:
元件水平镜像。
5 PageDown:
图纸缩小。
Tab:
在元件处于浮动状态时,编辑元件属性。
SpaceBar:
旋转元件或改变走线方式。
Y:
元件垂直镜像。
设计任务二电气规则检查功能的应用 一、目的:
1、了解电气规则检查的原理。
2、掌握电气规则检查功能的使用方法。
3、掌握自动标注元件编号的方法。
二、内容:
元件编号自动标注和电气规则检查功能的使用。
三、设计步骤:
1、打开SCH文件。
2、标注元件编号。
单击Tools/Annotate,采用不同标注方法对所有元件重新进行标注,然后对照元件编号变化报告,观察原理图元件编号的变化情况。
3、检查原理图是否存在以下错误:
?
原理图上有无多余的电气对象。
?
元件编号是否重复或未加编号。
?
原理图上是否存在不必要的电气连接点。
?
元件的输入引脚是否悬空?
对数字电路未用的输入引脚按逻辑功能的要求接“地”或接“高电平”,模拟电路视实际情况而定。
4、运用电气规则检查功能检查原理图。
5、分析错误原因,修改原理图。
?
在确定正确的连接关系上放置NoERC标记。
6、无错误后,保存原理图文件。
原理图设计常用热键:
PageUp:
图纸放大。
End:
刷新画面。
Esc:
结束当前操作。
X:
元件水平镜像。
PageDown:
图纸缩小。
Tab:
在元件处于浮动状态时,编辑元件属性。
SpaceBar:
旋转元件或改变走线方式。
Y:
元件垂直镜像。
6 设计任务三模拟电路仿真 一、目的:
了解利用计算机进行电路仿真的方法和步骤。
二、内容:
模拟电路瞬态和交流信号仿真。
三、电路:
有源带通滤波器,参数Av=4,f0=1000Hz,Q=10,具体电路及信号源参数见下图,此二阶带通滤波器的有关参数和技术指标见附录。
要求:
验证电路功能:
使用SIM99瞬态特性分析功能显示此有源滤波器在1KHz方波信号激励下的输入、输出波形。
测量并记录电路技术指标:
使用SIM99交流小信号分析功能测量此有源滤波器的放大倍数Av、中心频率f0、品质因数Q,使用Place/Annotation。
将测量结果标在图上。
四、设计步骤:
用SCH99SE绘制电路图,检查电路图有无错误; 定义需显示输出的信号和仿真分析类型,具体设置见右图:
7 仿真分析参数设置:
1)瞬态特性分析参数设置:
StartTime=0,StopTime=25ms,StepTime=20us,MaximumStep=20us。
具体设置见下图。
2)交流小信号分析参数设置:
StartFrequency=500Hz,StopFrequency=,TestPoints=10000。
具体设置见下图。
仿真、分析记录数据。
五、思考题:
如设计要求:
AV=5,f0=1000Hz,Q≥10,电路参数该如何调整?
。
8 附录 带通滤波器 一、带通滤波器参数:
带通滤波器幅频特性 二、多环反馈型二阶带通滤波器技术特性当取C1=C2=C时,a)Av:
带通滤波器对中心频率正弦信号的放大倍数,上图是以输入正弦信号的振幅为1V时绘制。
Av=- R32?
R1 b)f0:
带通滤波器的中心频率,即带通滤波器放大倍数最大时的输入信号频率。
R1?
R2ω02= R1?
R2?
R3?
C2 c)BW:
带通滤波器的频率带宽,指带通滤波器放大倍数下降为最大放大倍数的时的最高和最低截至频率之差。
BW=fH-fL= d)Q:
滤波器的品质因数,Q= 9 1?
?
R3?
C f0BW= 121?
?
1R3?
?
?
?
?
R1R2?
设计任务四绘制SCH元件 一、目的:
1.掌握原理图元件库的使用。
2.掌握建立元件库和元件的方法、步骤。
二、内容:
创建原理图元件库和元件。
三、设计步骤:
1.库文件的建立 1)启动PROTEL99SE,打开D:
\\MyDocuments\\EDAUSER下先前所建的设计数据库文件。
2)单击File/New,选择SchematicLibraryDocument,新建一个原理图库文件。
2在库文件中添加元件DS1620,如右图所示,DS1620的简介见附录。
1)用Tools/NewComponent创建元件,输入新元件的名称DS1620。
2)用DrawingTools中的绘图工具绘制描绘元件电气功能的几何图形。
3)用DrawingTools中的 添加元件引脚,同时根据元件管脚属性设置引脚的名称、 引脚序号、引脚的电气特性等参数。
4)重复步骤3),直到所有引脚添加完毕,隐藏DS1620的电源引脚(VCC和GND)。
注意:
元件管脚从绘制原理图方便、清晰易懂的角度考虑其排列,不必依据其真实的管脚顺序。
5)元件描述:
在Tools/Description下输入元件缺省编号DefaultDesignator=U?
和元件封装 FootPrint=DIP8,如此当在原理图中调用此元件时,元件的缺省编号为U?
,其缺省封装为DIP8。
6)保存文件,退出。
注意:
元件在第四像限围绕坐标原点绘制,以便于在原理图中对此元件定位。
10 附录 DS1620简介 DS1620是DALLAS公司生产的数字式温度测控芯片,其测温范围宽、读数稳定,外围电路简单,与PC机或单片机接口方便。
一、DS1620的基本特点:
1.测温范围-55℃~+125℃,测量分辨率℃;2.温度值以9位数字读出; 3.在1秒内将温度值转化为数字量; 4.用户可定义上下限温度值,且永久保存;5.数据读写通过3线串行接口;6.工作频率最大为2MHz。
二、DS1620的管脚资料:
DS1620管脚功能 11 设计任务五绘制单片机系统电路 一、目的:
1、熟练掌握SCH元件库的使用方法。
2、了解、掌握元件常用属性的含义及设置。
3、熟练掌握Wire、NetLable、Bus的绘制方法。
4、熟练掌握原理图的绘制方法和步骤。
二、内容 绘制单片机系统电路原理图。
三、设计步骤:
1、打开姓名.ddb,新建图纸大小为A4原理图文件。
2、添加和删除元件库:
此次原理图设计,除用D:
\\MyDocuments\\EDAUSER\\Lib\\实现普通元件的放置外,还将用到含集成电路DS1620的元件库。
3、元件放置和连线:
充分利用Cut、Copy及Paste功能。
4、自动标注元件编号。
5、使用ERC检查原理图。
提示:
为提高绘图速度,应 1)首先绘制核心部分电路,然后绘制外围部分电路。
2)放置元件时,首先放置好核心元件,再放置其余元件。
3)相同类型的元件一并放置。
4)在放置元件的同时,设置元件的属性。
5)对需绘制多次的对象,采用Copy、Paste的方法。
6)在不影响电路性能及技术指标的情况下,元件编号、位置及元件间的连线方式可以和给定的图纸不同。
12 单片机系统电路 13 设计任务六绘制PCB元件 一、目的:
1、熟悉PCBLIB99的使用; 2、掌握利用PCB99编辑元件封装的方法。
二、内容:
绘制新的PCB元件封装的编辑。
需建元件封装见附录。
三、实验方法:
1、如Protel99存在和欲建封装类似的封装模板,则可采用元件封装向导方式产生。
2、如现有封装库中含有和欲建封装类似的封装,则可以在已有元件封装的基础上修改产生。
3、人工创建元件封装。
四、设计步骤:
在姓名.ddb中新建一个元件封装文件。
1、利用方法一:
采用元件封装向导建立/.2封装。
①使用Tools/NewComponent,采用向导方式,依据屏幕提示和/.2封装数据产生新的封装PCBCOMPONENT_1。
②使用Edit/SetReference/Pin1,将此封装的参考点定义在焊盘1上。
③使用Tools/RenameComponent,将新封装改名为/.2。
④保存文件。
2、对比DIP40/DC-DC和DIP40封装,两封装除焊盘数和元件高度不同外,外形及焊盘的分布类似,故采用修改现有封装的方法建立DIP40/DC-DC封装。
①首先打开现有封装库,Copy封装DIP40到剪贴板。
②打开,启动Tools/Component,出现封装创建向导后,选择Cancel退出向导方式。
③将剪贴板的内容粘贴到新封装的编辑窗口。
④先删除不需要的焊盘,再按照DIP40/DC-DC封装要求编辑保留的焊盘。
⑤将此封装的参考点定义在焊盘1上,焊盘1采用方形焊盘。
⑥将新封装改名为DIP40/DC-DC。
⑦保存文件,退出。
14
附录 元件封装 ①/.2封装:
如图1a所示。
是小容量圆柱形电解电容采用垂直安装方式时使用的封装,其焊盘参数见图1b。
a电解电容底视图 图1 b焊盘参数 ②DIP40/DC-DC封装:
DC-DC电源模块的大小与DIP40封装相当,但高度16mm。
图2是此DC-DC电源模块的外形尺寸图,图3是其引脚图。
图2DC-DC电源模块外形尺寸图 图3DC-DC电源模块引脚示意图 15 设计任务七绘制PCB板 一、目的:
1、了解并熟悉PCB99的使用;2、掌握PCB板的设计步骤。
3、掌握PCB板自动布线功能。
二、内容:
绘制PCB板。
三、设计步骤:
1、原理图部分 1.绘制电路原理图,电路图见下页。
2.检查原理图。
3.生成原理图网络表文件。
2、PCB板设计 1.新建一个文件名为的文件; 2.打开,检查PCB封装库的设置,加载合适的PCB封装库;本次实验所需的PCB封装库:
标准元件封装库 自建的含有/.2封装的.ddb设计文件3.规划PCB板的大小:
尺寸=80×60mm2;4.装载网络表文件;5.元件布局; 6.PCB板自动布线; 7.保存PCB板文件,退出。
16 U2CT112345POWER7X18P17INT1INT0P22T1T0P25EA/VPX1X2RESETRDWRRXDTXDALE/PPSEN101130ALE29PSENP26P27P2425262728P232423A10A11A12P216D3D38D3D4D5D6D7OELEP02D23P1137D2D27P01D12P1038D1D14P00D0139D0D03Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7VCC803174LS373U3256912151619A0A1A2A3A4A5A6A7U42764A010A19A0D011D0A28A1D112D1A37A2D213D2A46A55A3A4D3D415D316D4A64A5D517D5A73A6D618D6A825A7D719D7A924A8A1021A9A1123A10A122A11A1220PSEN22CE27C110uF1PGMVPPVCC型类件元件元立分阻电(FootPrint)装封路电成集容电容电解电/.2体晶英石电路原理图17OE 设计任务八模拟电路仿真 一、目的:
掌握利用电路仿真功能调试电路、确定元件参数的方法和步骤。
二、内容:
综合运用各种仿真功能进行模拟电路的调试和整定。
三、电路:
现有源带通滤波器,其Av=4,f0=1000Hz,Q=10,此二阶带通滤波器的参数定义和特性见附录。
要求:
在此电路基础上,实现技术指标为AV=5、f0=50Hz、Q≥10的二阶带通滤波器。
验证修改后的电路功能。
测量并记录新电路的技术指标。
四、设计步骤:
1.用SCH99SE绘制并检查电路图; 2.定义要仿真的电参数和分析类型。
参照实验三的附录,综合使用参数扫描和和交流 信号分析功能,调试修改电路有关元件参数,满足电路设计要求。
3.测量并记录新电路的技术指标。
提示:
滤波器中心频率前后变化超过10倍,应考虑改变电容来实现频率粗调,改变电阻进行频率微调。
普通精度电容在~1uF范围内有,,,和1u共5种标称值,电路中电容可取标称值或用以上标称值的电容串并联后得到的值。
五、思考题:
总结电路仿真的使用方法和步骤。
18 设计任务九数模混合电路仿真 一、目的:
学习运用电路仿真功能分析、研究电路的方法。
二、内容:
分析电路的工作波形、主要性能指标及电路的工作原理。
三、电路:
单稳态触发器只有一个稳定状态,在没有外加触发信号时电路处于稳态,在外加信号的作用下,它从稳态翻转到暂时稳定的状态,经过一段时间tw后自动返回稳态。
暂态的持续时间与外加信号无关,只电路的定时元件决定。
TTL与非门组成的单稳态触发器典型电路如下图所示。
图中Rd,Cd为输入微分电路,Rt,Ct为定时元件。
要求:
1.分析电路的稳定工作状态。
2.设输入信号是幅度为5V,周期为1us的方波,观察图中各节点 的电压波形,测量输出信号的脉冲宽度tw及电路的最高工作频率fmax是多少?
3.为减少恢复时间tre,可在电阻Rt两端并一个二极管,如图中虚线所示,求此时电路 的工作波形,观察二极管D1的作用。
四、设计步骤:
1.2.3.4. 用SCH99绘制电路,并按要求设置信号源参数。
选择分析类型和需显示的变量。
观察电路波形,测量、计算电路技术指标。
修改电路,连接二极管,重新测量、计算电路技术指标。
19
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