4端口UART及扫描驱动电路设计.docx
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4端口UART及扫描驱动电路设计
课程设计任务书
学生姓名:
朱信鹏专业班级:
电信1006
指导教师:
李景松工作单位:
信息工程学院
题目:
PROTEL应用——4端口UART及扫描驱动电路设计
初始条件:
4端口UART及扫描驱动电路参考图一份,Protel99SE电路图辅助设计与绘制软件。
要求完成的主要任务:
(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)
1、用PROTEL软件绘制电路的原理图,并给出相应的原理图网络表和原理图元件表。
2、建4个元件的原理图元件库以及相应的封装元件库。
3、用自动和手动相结合的方法设计出印制版电路图,除了给出完整的印制电路板图,还应给出分层图(顶层、底层、丝印层等)。
4、完成课程设计报告。
课程设计报告按章节书写,三项任务形成课程设计的三章内容,前面可以加PROTEL介绍,最后一章为总结。
PROTEL生成的图表须打印出来,以附件的形式放在报告的后面。
时间安排:
整个设计分散到学期中进行,期末上交报告,答辩。
参考书目:
[1]柳春峰.Protel99SE实用教程.高等教育出版社
[2]顾滨.Protel99SE实用教程第二版.人民邮电出版社
[3]江思敏等.Protel电路设计教程.清华大学出版社
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
PROTEL应用实践——
4端口UART及扫描驱动电路设计
1Protel99se概述
Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件,采用设计库管理模式,可以进行联网设计,具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能,是一个32位的设计软件,可以完成电路原理图设计,印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作,可以设计32个信号层,16个电源--地层和16个机加工层。
1.1Protel99SE的系统组成
按照系统功能来划分,Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。
1.1.1电路工程设计部分
(1)电路原理设计部分(AdvancedSchematic99)
电路原理图设计部分包括电路图编辑器(简称SCH编辑器)、电路图零件库编辑器(简称Schlib编辑器)和各种文本编辑器。
本系统的主要功能是:
绘制、修改和编辑电路原理图;更新和修改电路图零件库;查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。
(2)印刷电路板设计系统(AdvancedPCB99)
印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器(简称PCB编辑器)、零件封装编辑器(简称PCBLib编辑器)和电路板组件管理器。
本系统的主要功能是:
绘制、修改和编辑电路板;更新和修改零件封装;管理电路板组件。
(3)自动布线系统(AdvancedRoute99)
本系统包含一个基于形状(Shape-based)的无栅格自动布线器,用于印刷电路板的自动布线,以实现PCB设计的自动化。
1.1.2电路仿真与PLD部分
(1)电路模拟仿真系统(AdvancedSIM99)
电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器,可提供连续的数字信号和模拟信号,以便对电路原理图进行信号模拟仿真,从而验证其正确性和可行性。
(2)可编程逻辑设计系统(AdvancedPLD99)
可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器(Waveform)。
本系统的主要功能是;对逻辑电路进行分析、综合;观察信号的波形。
利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件,使数字电路设计达到最简化。
(3)高级信号完整性分析系统(AdvancedIntegrity99)
信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器,可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。
1.2Protel99SE的功能特性
1.2.1开放式集成化的设计管理体系
1.2.2超强功能的、修改与编辑功能
1.2.3强大的设计自动化功能
2电路原理图绘制
2.1原理图的设计思想
电路原理图的设计主要是PROTEL099的原理图设计系统(AdvancedSchematic)来绘制一张电路原理图。
在这一过程中,要充分利用PROTEL99所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能,来实现我们的目的,即得到一张正确、精美的电路原理图。
2.2原理图设计的步骤,如图2-1所示
图2-1原理图设计步骤
2.3绘制原理图前的准备
2.3.1启动Protel99SE,如图2-2所示
图2-2启动99SE工作窗口
2.3.2创建原理图设计文件
选择主菜单区的【File】/【NewDesign】选项,按照上面的操作将弹出如图2-3图所示的窗口,更改设计的名称为“4端口UART及扫描驱动.ddb”,单击【OK】后出现如图2-4所示的窗口。
图2-3创建库文件
图2-4创建库文件
2.3.3启动原理图编辑器
在空白处单击鼠标右键,选择【New】会出现如图2-5所示的选择类型对话框。
在图2-5所示的对话框中单击【SchematicDocument】图标,选中原理图编辑器图标,双击该图标就可以完成新的原理图文件的创建,如图2-6所示。
默认的文件名为“sheet1.sch”,文件名可以修改,例如改为“4PORT.sch”。
图2-5选择原理图框
图2-6原理图文件
2.3.4设置原理图图纸
一般系统默认图纸的大小为B号图纸。
当构思好原理图后,最好能先根据构思的整体布局设置好图纸的大小。
在画图中或以后可以再修改也是可以的。
在设计窗口中,单击鼠标右键选择浮动菜单下的文档选项【DocumentOption…】修改图纸大小。
2.3.5装入元件库
首先,打开原理图管理浏览器。
在工作窗口为原理图编辑器窗口的状态下,单击设计管理器顶部的【BrowseSch】标签即可打开原理图管理浏览器窗口,单击【Add/Remove】按钮,出现如图2-7所示的添加/删除元件库对话框。
图2-7添加封装库
2.4放置元件
2.4.1利用浏览器放置元件
在菜单中【Browse】选项的下拉式选框中,选中【Libraries】项。
然后单击列表框中的滚动条,找出元件所在的元件库文件名,单击鼠标左键选中所需的元件库;再在该文件库中选中所需的元件。
2.4.2元件的删除
可以执行菜单命令【Edit】/【Delete】,当光标变为十字形状后,将光标移到想要删除的元件上,单击鼠标左键,即可将该元件从工作平面上删除。
选中所要删除的多个元件,然后执行菜单命令【Edit】/【Clear】。
2.4.3元件的调整
一、元件移动方法
直接用鼠标拖动。
执行菜单【Edit】/【Move】/【Move】命令,再用鼠标移动。
用鼠标单击选中再移动。
用鼠标拖动选择多个元件,再移动。
用【Edit】/【Move】/【MoveSelection】命令移动。
二、元件方向的调整
【Space】键(空格键):
每按一次,被选中的元件逆时针旋转90°。
【X】键:
使元件左右对调。
【Y】键:
使元件上下对调。
2.4.4改变元件属性
【Attributes】选项卡中的内容较为常用,它包括以下选项。
LibRef:
在元件库中定义的元件名称,不会显示在绘图页中。
Footprint:
封装形式,应该输入该元件在PCB库里的名称。
Designator:
流水序号。
PartType:
显示在绘图页中的元件名称,默认值与元件库中名称“LibR一致。
SheetPath:
成为绘图页元件时,定义下层绘图页的路径。
Part:
定义子元件序号,如与门电路的第一个逻辑门为1,第二个为2等。
Selection:
切换选取状态。
HiddenPins:
是否显示元件的隐藏引脚。
HiddenFields:
是否显示“PartFields1-8”“PartFields9-16”选项卡中的元件数据栏。
FieldName:
是否显示元件的数据栏名称。
在元件的某一属性上双击鼠标左键,则会打开一个针对该属性的对话框。
在Footprint里面填入相应的封装,在Designator里面填入相应的流水号。
在PartType里面填入元件的名称。
2.5绘制原理图
2.5.1画导线
单击画原理图工具栏中的画导线按钮或按快捷键【P】均可以画导线。
2.5.2利用网络标号实现电气连接
在电路图中,有些本该连接的元件之间是悬空的,取而带之的是有标号的引出线段,这实际上是一种利用网络标号实现电气连接的方法。
网络标号实际意义就是一个电气节点,具有相同网络标号的元件引脚、导线、电源及接地符号等具有电气意义的图件,在电气关系上是连接在一起的。
2.5.3放置电路节点
单击画原理图工具栏上的或按快捷键【P】/【J】均可以放置节点。
2.5.4放置电源及接地符号
电源元件及接地元件有别于一般的电气元件,用电路图绘制工具栏上的按钮来调用,这时,工作区中会出现随着十字光标移动的电源符号。
按TAB键后可以选择VCC或者GND,选VCC时将Stvle属性改为Bar,选GND时将Stvle属性改为PowerGround再放置VCC或GND。
2.5.5画总线
为了简化原理图,可以用一条导线来代表数条并行的导线,这条线就是总线。
从另一角度来看,总线是由数条性质相同的导线所组成的线束。
在图上,总线比导线要粗。
但是总线与导线有根本性的不同:
总线本身并不具备电气意义,而需要由总线接出的各单一导线上的网络名称来完成电气意义上的连接。
在总线本身不一定需要放置网络的名称,但由总线接出的各单一导线必须放置网络名称。
2.5.6绘制总线分支线
单击画原理图工具栏的按钮或执行菜单命令【Place】/【BusEntry】。
2.5.7放置输入/输出端口
单击原理图工具栏中的按钮或执行菜单命令【Place】/【Port】。
2.5.8调整线路
将初步绘制好的电路图作进一步的调整和修改,使得原理图更加美观。
最终得到电路原理图,见附录一所示。
2.5.9元件清单输出
通过Protel99/Schematic,单击【Report】工具栏,选择【BillofMaterial】选项就可生成元件清单。
最终得到元件清单,见附录二所示。
2.5.10报表输出
通过Protel99/Schematic提供的各种报表工具生成各种报表,其中最重要的报表是网络表,通过网络表为后续的电路板设计作准备。
最终得到网络表,见附录三所示。
3原理图元件库以及封装元件库的建立
3.1原理图元件库的建立
3.1.1启动元件库编辑器,如图3.1所示
图3-1元件库编辑器
3.1.2 元件库管理器的使用
(1)Component区:
用于选择要编辑的元件,如图3-2所示。
Add按钮:
加入新的同组元件
Del按钮:
删除列表框中选中的元件。
UpdateSchematics按钮:
使用库中新编辑的元件更新原理图中的同名元件。
Description按钮:
单击该按钮,屏幕弹出元件信息编辑对话框,用于设置元的默认标号、封装形式(可以有多个)、元件的描述等信息。
Pins区:
列出在Component区中选中元件的管脚。
SortbyName:
选中则管脚按管脚号由小到大排列。
HiddenPins:
在屏幕的工作区内显示元件的隐藏管脚。
Mode区:
作用是显示元件的三种不同模式,即Normal、De-Morgan和IEEE模式。
图3-2选择编辑的元件
(2)Group区:
用于列出与Component区中选中元件的同组元件,同组元件指外
形相同、管脚号相同、功能相同,但名称不同的一组元件集合,它们的元件封装相同。
如图3-3所示。
图3-3Group区
3.1.3绘制元件工具
(1)常用Tools菜单
NewComponent:
在编辑的元件库中建立新元件。
RemoveComponent:
删除在元件库管理器中选中的元件。
RenameComponent:
修改所选中元件的名称。
CopyComponent:
复制元件。
MoveComponent:
将选中的元件移动到目标元件库中。
RemoveDuplicates:
删除元件库中的同名元件。
(2)绘图工具栏,如图3-4所示
图3-4绘图工具栏的按钮功能
3.1.4 新元件库的建立
(1)新建库元件
1.新建库文件
执行菜单File→New,新建一个元件库,修改元件库名。
在元件库中,系统会自动新建一个名为Component_1的元件,执行菜单Tools→RenameComponent更改元件名。
2.设置栅格尺寸
执行菜单Options→DocumentOptions,打开工作参数设置对话框。
在Grids区中设置捕获栅格(Snap)和可视栅格(Visible)尺寸,一般均设置为10mil。
(2)绘制元件图形与编辑元件管脚
对于规则元件,通常可以使用矩形来定义元件的边框图形;对于不规则的元件则需要使用画线、画多边形等方式进行绘制。
元件图形绘制完毕,就可以在图形上添加管脚。
执行菜单Place→Pins或单击画图工具栏上【PlacePin】按钮进入放置元件管脚状态。
按【Table】进入管脚属性设置界面,如图3-5所示。
图3-5管脚属性设置
Name:
设置管脚的名称。
Number:
设置管脚号。
Orientation下拉列表框:
设置管脚的放置方向。
DotSymbol复选框:
选中后管脚末端出现一个小圆圈,代表该管脚为低电平有效。
ClkSymbol复选框:
选中后管脚末端出现一个小三角形,代表该管脚为时钟信号管脚。
ElectricalType下拉列表框:
设置管脚的类型,共有八种管脚类型,即Input输入型、I/O输入/输出型、Output输出型、OpenCollector集电极开路输出型、Passive无源型、Hiz三态输出型、OpenEmitter发射极开路输出型、Power电源型。
Hidden复选框:
选中后管脚具有隐藏特性,管脚不显示。
PinLength:
设置管脚的长度。
(3)添加元件描述信息
选择菜单中【Tools】/【Description】选项,进入元件描述对话框,可以对所设计的元件信息进行设置。
DefaultDesignator:
设置默认标号类型。
FootPrint:
用于设置元件封装形式。
Description:
用于说明元件的属性。
3.2封装库的建立
3.2.1元件封装库编辑器
(1)启动元件封装库编辑器
1.执行菜单命令File|New,系统弹出新建文件对话框。
2.在新建文件对话框中,选择PCBLibraryDocument(PCB库文件)图标,单击OK按钮。
3.在工作窗口中,用鼠标左键双击该元件库文件图标,就可进入元件封装编辑器的工作界面,如图3-6所示。
图3-6元件封装库编辑器的工作界面
(2)元件封装库编辑器
从图12.1可以看出,刚打开的元件封装库文件的工作窗口呈现出一个十字线(在不执行任何放大、缩小屏幕操作的情况下),十字线的中心即是坐标原点,通常在坐标原点附近进行元件封装的编辑。
3.2.2手工创建新的元件封装
(1)建立新元件画面
单击PCB元件库管理器中的Add按钮,或执行主菜单中【Tools】/【NewComponent】选项,系统弹出ComponentWizard对话框,单击Cancel按钮,则建立了一个新的编辑画面,新元件的默认名是PCBCOMPONENT_1。
(注:
如果是新建一个PCB元件库,系统自动打开一个新的画面,可以省略这一步)。
(2)放置焊盘
1.执行菜单中【Place】/【Pad】选项,或单击放置工具栏的
按钮。
2.光标变成十字形,并带有一个焊盘。
移动光标到坐标原点,单击鼠标左键放置第一个焊盘。
3.双击该焊盘,在弹出的焊盘属性设置对话框中,设置Designator的值为1。
4.按照焊盘的间距要求,放置其它13个焊盘。
5.利用焊盘属性对话框中的全局编辑功能,统一修改焊盘的尺寸。
设焊盘的直径设为50mil,通孔直径设为32mil。
设置方法如图3-7所示。
6.将焊盘1的焊盘形状设置为矩形(Rectangle),以标识它为元件的起始焊盘。
图3-7设置所有焊盘的参数
(3)绘制外形轮廓
放置完焊盘后,下面开始绘制元件封装的外形轮廓。
操作步骤如下:
1.将工作层切换为顶层丝印层(TopOverLay)。
2.因为圆弧半径为25mil,将捕获栅格从20mil设为5mil,以便于捕获位置。
单击主工具栏的按钮,在弹出的对话框输入5mil即可。
3.利用中心法绘制圆弧。
圆心坐标为(150,50),半径为25mil,圆弧形状为半圆。
执行菜单命令Place|Arc(Center),或单击放置工具栏的
按钮即可绘制圆弧。
4.执行菜单命令Place|Track,或单击放置工具栏的
按钮,开始绘制元件的边框。
以圆弧为起点,边框长为700mil,宽为200mil,每边距焊盘50mil。
(4)设置元件参考坐标
执行菜单命令Edit|SetReference|Pin1,选择引脚1为参考点。
完成绘制外形轮廓的元件封装的效果如图3-8所示。
图3-8完成元件封装的效果
(5)命名与保存
1.用鼠标左键单击PCB元件库管理器中的Rename按钮,弹出重命名元件对话框,在对话框中输入新建元件封装的名称,单击OK按钮即可。
2.单击保存按钮。
3.2.3使用向导创建元件封装
1.在元件封装库编辑器中,执行菜单命令Tools|NewComponent,或在PCB元件库管理器中单击Add按钮,系统弹出如图3-9所示的元件封装生成向导。
图3-9元件封装生成向导
2.单击Next按钮,弹出如图3-10所示的元件封装样式列表框。
选择DIP封装类型。
图3-10元件封装样式列表框
3.单击Next按钮,弹出如图3-11所示的设置焊盘尺寸的对话框。
对需要修改的数值,在数值上单击鼠标左键,然后输入数值即可。
这里将焊盘直径该为50mil,通孔直径该为32mil。
图3-11设置焊盘尺寸
4.单击Next按钮,弹出设置引脚间距对话框,如图3-12所示。
修改方法同3。
这里设置水平间距为300mil,垂直间距为100mil。
图3-12设置引脚间距
5.单击Next按钮,弹出设置元件外形轮廓线宽对话框,如图3-13所示。
这里我们设为10mil。
图3-13设置元件的轮廓线宽
6.单击Next按钮,弹出设置元件引脚数量的对话框,如图3-14所示。
这里设置为14。
图3-14设置元件的引脚数量
7.单击Next按钮,弹出设置元件封装名称对话框,这里设置为1488,如图3-15所示。
图3-15设置元件封装名称
8.单击Next按钮,系统弹出完成对话框,单击Finish按钮,完成元件封装的创建。
生成的新元件封装如图3-16所示。
最后,将其保存到元件库中。
最终得到自制元件封装的元件图,见附录五所示。
图3-16新生成的元件封装1488
4印制版电路设计
4.1印制电路板基础
4.1.1PCB环境设置
进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境,包括设置格点大小和类型,光标类型,版层参数,布线参数等等。
大多数参数都可以用系统默认值,而且这些参数经过设置之后,符合个人的习惯,以后无须再去修改。
4.1.2规划电路板
主要是确定电路版的边框,包括电路版的尺寸大小等等。
在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。
对于3mm的螺丝可用6.5~8mm的外径和3.2~3.5mm内径的焊盘对于标准板可从其它板或PCBizard中调入。
4.1.3调入网络表文件和修改零件封装
这一步是非常重要的一个环节,网络表是PCB自动布线的灵魂,也是原理图设计与印象电路版设计的接口,只有将网络表装入后,才能进行电路版的布线。
在原理图设计的过程中,ERC检查不会涉及到零件的封装问题。
因此,原理图设计时,零件的封装可能被遗忘,在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装。
4.1.4布置零件封装的位置,也称零件布局
Protel99可以进行自动布局,也可以进行手动布局。
如果进行自动布局,运行"Tools"下面的"AutoPlace"。
布线的关键是布局,多数设计者采用手动布局的形式。
用鼠标选中一个元件,按住鼠标左键不放,拖住这个元件到达目的地,放开左键,将该元件固定。
Protel99在布局方面新增加了一些技巧。
新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。
使用自动选择方式可以很快地收集相似封装的元件,然后旋转、展开和整理成组,就可以移动到板上所需位置上了。
当简易的布局完成后,使用自动对齐方式整齐地展开或缩紧一组封装相似的元件。
提示:
在自动选择时,使用Shift+X或Y和Ctrl+X或Y可展开和缩紧选定组件的X、Y方向。
注意:
零件布局,应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。
先布置与机械尺寸有关的器件,并锁定这些器件,然后是大的占位置的器件和电路的核心元件,再是外围的小元件。
4.1.5布线规则设置
布线规则是设置布线的各个规范(象使用层面、各组线宽、过孔间距、布线的拓朴结构等部分规则,可通过Design-Rules的Menu处从其它板导出后,再导入这块板)这个步骤不必每次都要设置,按个人的习惯,设定一次就可以。
4.1.6自动布线和手工调整
点击菜单命令AutoRoute/Setup对自动布线功能进行设置。
点击菜单命令AutoRoute/All开始自动布线。
对布线进行手工初步调整:
需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗,某几根绕得太多的线重布一下,消除部分不必要的过孔,再次用VIEW3D功能察看实际效果。
4.1.7最后再做一次DRC检测
选择其中ClearanceConstraintsMax/MinWidthConstraintsShortCircuitConstraints和Un-RoutedNets Constraints这几项,按RunDRC钮,有错则改正。
全部正确后存盘。
4.2端口UART及扫描驱动PCB设计
4.2.1设计原则
从原理图来看,整个电路图较复杂,画PCB的时候遵从尽量减少线的条数和美观为原则。
4.2.2设计方法
由于TL16C554是68脚的贴片封装,选用的是PLCC68,原理图中1488和1489的芯片比较多,选用的是DIP14的封装,则为了美观,将1488和1489放在一起排列,且分布在PLCC68的周围,DB37作为串口,放在板子的边缘较好
4.2.3相关数据
本次试验TL16C554选用的是PLCC68封装,1488和1489选用的是自画的1488和1489封装,电容选用的是RAD-0.2封装,电阻选用的是AXIAL-0.4的封装,晶振选用的是XTAL-1的封装。
4.2.4作品特点
整个
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 端口 UART 扫描 驱动 电路设计