电子线路CAD课程设计报告.docx
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电子线路CAD课程设计报告.docx
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电子线路CAD课程设计报告
电子线路CAD课程设计
一.实训目的:
1.熟悉原理图编辑器的功能与使用方法;掌握原理图元件及元件库的使用,元件的放置与编辑、电路原理图的设计以及报表、原理图输出等技巧与方法。
2.熟悉印制电路板的设计流程,掌握元件封装库的使用和元件封装的放置方法。
3.掌握PCB绘图工具的操作使用方法和PCB设计规则。
4.掌握布局和布线等印制电路板的设计知识。
5.掌握PCB报表的生成和PCB图打印输出方法。
6.掌握印刷电路板的设计流程。
2.实训内容
本次设计选择单片机控制系统,主要是熟练运用DXP作出最小单片机系统的电路图,以下通过介绍最小系统的各部分电路的电路图及原理,通过在DXP上绘制原理图,检查并修改错误,最后生成完整PCB板。
3.设计原理和思路
1.最小系统的结构
单片机即单片微控制器,是在一块芯片中集成了CPU(中央处理器)、RAM(数据存储器)、ROM(程序存储器)、定时器/计数器和多种功能的I/O(输入和输出)接口等一台计算机所需要的基本功能部件,从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。
单片机最小系统电路主要集合了串口电路、USB接口电路、蜂鸣器与继电器电路、AD&DA转换电路、数码管电路、复位电路、晶振电路和4*4矩阵键盘等电路。
如下介绍几种简单的电路设计。
下图是本次设计的的几个有关电路图总体框图:
Max232
图1总体设计框图
2各电路的原理分析
(1)串口电路设计
51系列单片机片内有一个串行I/O端口,通过引脚RXD(P3.0)和TXD(P3.1)可与外设电路进行全双工的串行异步通信。
串行端口的基本特点8051单片机的串行端口有4种基本工作方式,通过编程设置,可以使其工作在任一方式,以满足不同应用场合的需要。
其中,方式0主要用于外接移位寄存器,以扩展单片机的I/O电路;方式1多用于双机之间或与外设电路的通信;方式2,3除有方式l的功能外,还可用作多机通信,以构成分布式多微机系统。
串行端口有两个控制寄存器,用来设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送的波特率(每秒传送的位数)以及作为中断标志等。
在一定条件下,向阳UF写入数据就启动了发送过程;读SBUf就启动了接收过程。
串行通信的波特率可以程控设定。
在不同工作方式中,由时钟振荡频率的分频值或由定时器Tl的定时溢出时间确定,使用十分方便灵活。
串口电路设计主要是采用RS232与上位机PC相连,驱动串口电路则使用MAX232芯片进行设计,九孔串针用Dconnector代替处理。
电路设计如图1所示。
图1串口电路设计
(2)蜂鸣器设计
蜂鸣器一般作为报警功能使用,结构比较简单,使用起来很方便。
蜂鸣器设计电路如图2所示。
图2Bell设计电路
(3).AD&DA转换器设计
AD转换器也就是模数(AnalogtoDigital)转换器,即将模拟量(如电压、电流等)转换成数字量显示。
设计采用了TI公司的AD芯片AD-TLC5649,这是一种低价位、高性能的8位AD转换器,是以8位开关电容逐次逼近的方法实现A/D转换。
DA转换器就是数模(DigitaltoAnalog)转换器,即将数字信号转换成模拟信号,选用TLC5620,自己制作元件库。
AD&DA转换电路如图3所示。
图3AD&DA转换电路
(4).待扩展四位8段数码管的设计
数码管电路设计如图4所示。
图4数码管的电路设计
(5).4*4矩阵键盘的设计
在按键数量较多的场合,矩阵键盘与独立按键键盘相比,要节省很多的I/O口。
矩阵键盘的按键设置在行、列线的交点上,行、列线分别连接到按键开关的两端。
列线通过上拉电阻接到+5V。
平时无按键动作时,列线处于高电平状态,而当由按键按下时,列线电平状态将由与此列线相连的行线电平决定。
行线电平如果为低,则列线电平为低;行线电平如果为高,则列线电平亦为高。
这一点是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。
该电路中还有一个与门,这个与门用来产生中断信号,当键盘中没有键按下时,所有行线的输出都应为低电平,以区别于列线状态,当矩阵键盘中任何一只键按下时,与门输出由高电平变为低电平,向CPU申请中断,由于矩阵键盘中行、列线为多键共用,各按键均影响该键所在行和列的电平。
因此各按键彼此将相互发生影响,所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理,才能确定闭合键的位置。
矩阵键盘的电路设计如图5所示。
图5矩阵键盘
3.总电路设计
原理图如图6
图6
4.电路原理图和PCB设计图绘制
1.元器件的绘制准备工作
原理图的绘制之前都需要装载元器件库,选择“元器件“,在如下窗口中找到自己需要的元器件安装。
由于元器件库里大部分的元器件都没有,所以大部分都需要绘制,建立自己的组件库。
绘制元器件的过程如下:
打开DXP软件,在文件菜单栏里面创建原理图元件库,就会产生一个以Schlib为后缀的文件,在编辑区的中心有一个十字坐标轴将元件编辑区分成4个象限,但是我们一般在第四象限绘制。
根据原理图上面器件的形状,在放置一栏中放置元件的外形,再依次放置引脚,引脚的标注根据需要而修改,并且设置管脚属性,最后设置元件的属性,其中包括元件的封装和仿真参数。
图7创建器件库
这里还要介绍一下元件的封装。
也是在文件菜单栏中创建PCB库,在工具一栏中选择新元件,在元件封装向导的指引下规定封装的形式和引脚规格,这包括封装的类型和各引脚之间的距离,引脚的大小等等,最后保存。
同时要在之前画的元件的图中找到此封装,将两者关联起来。
这才算完成一个元器件的绘制。
这里列举两个元器件图:
1、AD转换部分:
TLC5649和5620都是AD转换部分使用到的芯片,这里是自己绘制的,包括封装。
2.接着按照上面设计思路绘制原理图。
编译结果如图8
图8
3.PCB图的绘制
原理图的“项目管理”菜单栏中选择“追加新文件到项目中”的“PCB文件”,就打开了PCB文件,首先要保存。
最初要设置PCB板子的规则,包括导线的宽度、板子的层数、孔的大小等。
然后,在机械层画出板子的大小,并且以能放进所有元件切板子小而优,导入网络表和元器件封装,这就要检查其中是否有错误,我们发现有几处的封装做的不是很完整,所以进行了修改(如果看不见原理图,可缩小再看),将其移近所画范围中,我们可以看见其中的飞线,那是说明这其中的连接。
然后手动布局,将所有器件移到最适合的位置,根据最初的设计规则,在一层或者两层连线(注意连线的过程中在转折处不要形成直角,否则会尖端放电,并且连线之前要考虑全局,不要给自己造成无路可走的局面),也可自动布局。
当所有的连线完成,调整布线的布局使其更加美观。
(执行变化情况)
布局完成后,进行布线规则设置,线宽设置10英寸,新建power设置15英寸,再进行其他设置
布线规则设置好之后,进行自动布线操作,再进行加泪滴,手动布线修改,最终完成PCB板如下
(最终覆铜加泪滴)
最后进行DRC检查。
点击菜单栏工具→设计规则检查,会自动弹出设计规则检查器,点击运行设计规则检查即可,出现如下图所示图形,说明还有错误。
若有错误,根据错误提示查找并改正,直到没有错误为止,本人新手暂时还不太会改正,希望以后多加练习。
修改完成后
图11DRC检查结果
最后在查看里面看下3D效果
5.思考题
1.试述PCB图的设计流程。
一般PCB基本设计流程如下:
前期准备(包括元件封装等)->PCB结构设计->PCB布局->布线->布线优化和丝印->网络和DRC检查和结构检查->制版.
2.电路的元件自动布局要做那些准备工作?
执行自动布局的命令有那些?
元件自动布局有那些局限性?
准备主要是设定自动布局的设计规则,把原理图布局做好,电源线自己画最好。
元件自动布局效果比较差。
3.电路的自动布线要做那些准备工作?
执行自动布线的命令有哪些?
自动布线有哪些局限性?
若需局部手动布线,应如何操作?
准备:
1)设定自动布线的设计规则,使自动布线按照自己的要;2)锁定已经完成的布线和不需要改动的网络。
3)设置自动布线的参数。
命令:
首先Design/Option/Layers中选定信号层(SignalLayers),一般选底层和顶层;然后执行菜单命令Design/Rules,出现DesignRules对话框可在其中设置布线规则,每一项参数包括布线范围(Rulescope)和布线属性(RuleAttributes)
局限性:
自动布线很强大,在布线规则设置很好的情况下,软件可以严格按照规则布线,是可以达到预想要求的。
但是Allegro的布线规则太多了,要自动布线,在布线之前得进行繁琐的规则设置,有时候元件位置安排不合理,导致无法完成布线。
设置板层、线宽等参数就可以布线了。
也可以直接在PCB图纸中直接放入元件,手工布线,但是器件间没有预拉线---常说的飞线(也就是没有网络关系)很容易出错,布线一定要小心错漏。
有预拉线可以避免出错。
4.简述敷铜的意义,在PCB图中如何放置敷铜?
敷铜的意义:
1)减小地线阻抗,提高抗干扰能力;2)降低压降,提高电源效率;3)与地线相连,还可以减小环路面积。
4)也出于让PCB焊接时尽可能不变形的目的,大部分PCB生产厂家也会要求PCB设计者在PCB的空旷区域填充铜皮或者网格状的地线。
方法:
(1)首先就是调整PCB板(比如修改物理层和禁止布线层),合理地分布元件,达到最佳利用效果。
(2)在PCB界面点“放置”“覆铜”,出现覆铜的对话框,根据你自己的要求,在里面选择填充模式(除特殊要求外,一般的电路都选择实心填充,适用于高热工作环境的电路板应选择影像化填充)。
6.心得体会
冰冻之尺,非一日之寒,真的需要很多的练习,才能熟练掌握这门课程。
通过做这次电气制图与电子线路CAD的课程设计,发现自己对ProtelDXP软件还不是很熟悉,导致制图的时候不是那么得心应手。
尤其是刚开始学这个软件的时候,有时候有些原件需要找较长的时间,制图出了问题也不知道该怎么解决。
不过通过这段时间的学习,我对这个软件的兴趣越来越浓厚,主要是发现这个软件比较好用,可以直接在软件上看到仿真结果,这对我们在做实际的电路起一个指导作用。
我希望在之后的学习中能多学和多用这个软件,以此来填补自己在制图方面的缺陷,并为以后的学习和工作打下坚实的基础
附件:
元件清单截图(电子版已有)
网络报表截图
(网络报表电子版已经有生成)
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