电子CAD课程设计实验报告.docx

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电子CAD课程设计实验报告

一．课程设计的目的

课程设计以电子线路CAD软件设计原理为基础，重点在硬件设计领域中实用的电子线路设计软件的应用。

掌握电子线路设计中使用CAD的方法。

为后继课程和设计打下基础。

通过电路设计，掌握硬件设计中原理图设计、功能仿真、器件布局、在线仿真、PCB设计等硬件设计的重要环节。

二．课程设计题目描述和要求

2.1振荡电路的模拟和仿真。

由555定时器构成多谐波振荡电路，用模拟的示波器观察输出的信号，熟悉555定时器构成多谐波振荡电路的基本原理，熟悉proteus的基本操作，和各元器件的查找。

2.28051单片机

用80c51单片机完成以下功能：

（1）构成流水灯的控制电路，使八个流水灯轮流点亮。

（2）构成音乐播放的简单电路。

（3）构成串口通信电路，完成信息在单片机和串口之间的传播。

（4）构成8255键盘显示模块。

（5）构成A/D和D/A转换模块。

首先用模拟器件构成基本电路，然后在单片机中加入驱动程序，运行仿真，最后对电路进行调整校正，完成相关功能。

熟悉单片机实现相关功能的基本原理，对单片机有个框架的了解。

学习用proteus仿真单片机电路中不同模块间的组合，扩展单片机电路的功能。

三．课程设计报告内容。

3.1设计原理

3.1.1振荡电路仿真的原理

振荡电路原理：

555管脚功能介绍：

　　1脚为地。

2脚为触发输入端；3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。

　　当触发器接受上比较器A1从R脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平；

　　2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于1Ucc/3，此时3脚输出高电平。

6脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入　电压大于2Ucc/3，称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于1Ucc/3时才有效。

3脚在高电位接近电源电压Ucc，输出电流最大可打200mA。

　　4脚是复位端，当4脚电位小于0.4V时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚都输出低电平。

　　5脚是控制端。

7脚称放电端，与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输出电流，所以3脚称为实高（或低）、7脚称为虚高。

接通电源后，电源VDD通过R2’和R3’对电容C充电，当Uc<1/3VDD时，振荡器输出Vo=1，放电管截止。

当Uc充电到≥2/3VDD后，振荡器输出Vo翻转成0，此时放电管导通，使放电端（DIS）接地，电容C通过R2对地放电，使Uc下降。

当Uc下降到≤1/3VDD后，振荡器输出Vo又翻转成1，此时放电管又截止，使放电端（DIS）不接地，电源VDD通过R1和R2又对电容C充电，又使Uc从1/3VDD上升到2/3VDD,触发器又发生翻转，如此周而复始，从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。

脉冲宽度TL≈0.7R2C，由电容C放电时间决定；TH=0.7（R2’+R3’）C，由电容C充电时间决定，脉冲周期T≈TH+TL。

图3.1555振荡器

3.1.28051单片机的原理

3.1.2.1单片机简介：

按照单片机的特点，单片机的应用分为单机应用与多机应用。

在一个应用系统中，只使用一片单片机称为单机应用。

单片机的单机应用的范围包括：

（1）测控系统。

用单片机可以构成各种不太复杂的工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等,达到测量与控制的目的。

（2）智能仪表。

用单片机改造原有的测量、控制仪表,促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展。

（3）机电一体化产品。

单片机与传统的机械产品相结合,使传统机械产品结构简化,控制智能化。

（4）智能接口。

在计算机控制系统,特别是在较大型的工业测、控系统中,用单片机进行接口的控制与管理,加之单片机与主机的并行工作,大大提高了系统的运行速度。

（5）智能民用产品。

如在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备、厨房设备等许多产品中,单片机控制器的引入,不仅使产品的功能大大增强,性能得到提高,而且获得了良好的使用效果。

单片机按应用范围可分成通用型和专用型。

专用型是针对某种特定产品而设计的，例如用于体温计的单片机、用于洗衣机的单片机等等。

在通用型的单片机中，又可按字长分为4位、8位、16/32位，虽然计算机的微处理器在几乎是32/64位的天下，8位、16位的微处理器已趋于萎缩，但单片机情况却不同，8位单片机成本低，价格廉，便于开发，其性能能满足大部分的需要，只有在航天、汽车、机器人等高技术领域，需要高速处理大量数据时，才需要选用16/32位，而在一般工业领域，8位通用型单片机，仍然是目前应用最广的单片机。

3.1.3proteus软件介绍

Proteus是世界上著名的EDA工具仿真软件，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

Proteus基本操作：

1、选择要使用的元件

　　在PickDevice窗口双击相应元件名称，即可将元件添加到主界面左侧的列表中

2、放置元件到绘图区

　　单击列表中的元件，然后在右侧的绘图区单击，即可将元件放置到绘图区。

（每单击一次鼠标就绘制一个元件，在绘图区空白处单击右键结束这种状态）

3、删除元件

　　右击元件一次表示选中（被选中的元件呈红色），选中后再一次右击则是删除。

4、移动元件

　　右击选中，然后用左键拖动。

5、旋转元件

　　左下角旋转工具栏

6、元件连线

　　在引脚上鼠标指针变成X状，单击，移动到目的引脚，再次单击。

7、删除连线

　　同删除元件

8、绘制电源和地

单击工具栏上的左起第8个工具（Inter-SheetTerminal），左侧工具栏显示TERMINALS，可在其中选择POWER或GROUND，像放置元件一样放置到绘图区。

Proteus还提供了丰富的资源：

1．Proteus可提供的仿真元器件资源：

仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。

　　2．Proteus可提供的仿真仪表资源：

示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。

理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。

　　3．除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。

这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。

这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。

4．Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。

这些测试信号包括模拟信号和数字信号

在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：

*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。

3.2proteus电路原理图设计

3.2.1多谐波震荡电路原理图

3.2.28051单片机的仿真原理图

3.3仿真方法和结果分析

3.3.1振荡电路仿真方法和结果分析

图3.3.1振荡电路

操作步骤:

1.搜索—键入battery，找到直流电源，修改属性，为12v。

2.键入ne555，为555定时器。

3.键入POT，找到滑动变阻器，修改属性为1k。

键入相应阻值，找到一般电阻，键入1u，找到电容。

4.按照原理图连接电路。

5.在左侧虚拟仪表模式中找到示波器。

接入信号。

运行结果：

图3.3.1示波器

结果分析：

由555定时器构成多谐波振荡器，可以产生连续矩形脉冲，如上图黄色图像。

在电容的充放电过程中，TH和TR间的电压呈现三角脉冲，如蓝色图像。

仿真结果和事实相符。

3.3.280c51开发板仿真

3.3.2.1CPU模块的仿真

图3.3.2.1CPU模块

操作步骤：

1.新建文档文件—新建设计—LANDSCAPEA3—命名---点击确定

2.点击搜索—键入关键字80c51—双击

3.在左边工具栏中选择“终端”—GROUND，接地。

4.终端—POWER，电源VCC。

5.搜索---button,按钮开关。

键入CAP，找到一般的电容，修改电容的属性，改为22pF.键入10uF,找到相应电容。

键入crystal，找到晶振电容。

6.键入电阻阻值，找到相应电阻。

7.在“终端”中选择default，是输出输入的端口。

8.在左侧选择总线模式，绘制总线。

在连接总线和芯片管脚是，总线端点击ctrl键，画成斜线。

9.对于和一系列连续接线的命名，可以借助“属性分配工具”。

在字符串中键入net=LED#（LED为接线的名称，#代表序号），增量默认为1，动作为“赋予”，应用到为“点击”，确定后，逐次点击需要标注的的接线即可。

3.3.2.1集体标号

3.3.2.2键盘显示模块的仿真

3.3.2.2键盘显示模块

操作步骤：

1.搜索8255a，找到相应芯片。

2.键入DISPLAY，找到四位显示七段数码管。

键入DIPSW-8，找到8位开关。

3.按图连接电路。

3.3.2.3蜂鸣器模块的仿真

图3.3.2.3蜂鸣器模块

运行结果：

在单片机中加入播放音乐的程序后，运行仿真。

蜂鸣器播放音乐《挥着翅膀的女孩》《同一首歌》等等。

3.3.2.4二极管显示模块的仿真

操作步骤：

1.键入LED，选择合适的led灯。

2.键入330R，找到电阻。

3.画总线，用属性分配工具命名接线。

4.点击左侧的“二D图形文本模式”，调节字体大小，添加相应文本。

运行结果：

在单片机中加入流水灯的程序后，运行仿真。

LED灯依次点亮。

图3.3.2.4流水灯

3.3.2.5A/D和D/A模块的仿真

图3.3.2.5A/D转换模块

操作步骤：

1.键入74ls373，adc0808找到相应模块，键入NOR-3，找到三接入的与门。

键入not，找到非门。

图3.3.2.5D/A转换模块

操作步骤：

1.键入74s00，找到与非门。

键入74ls273，dac0808构成D/A转换模块。

3.3.2.5串口通信模块的仿真

图3.3.2.5串口通信模块

操作步骤：

1.键入compim，找到串口。

在虚拟仪表模式中，找到虚拟终端VIRTUALTERMINAL。

2.键入SWITCH，找到单刀双掷开关。

运行结果：

首先创建虚拟串口，进行串口调节，将波特率改为2400，将虚拟终端波特率也改为2400.在串口窗口中输入发送信息，然后手动发送信息。

创建串口

设定波特率为2400，进行串口信息的发送，输入，虚拟窗口输出相同数据。

由单片机发送信息ABCDEFG。

接受区出现相同结果。

3.4设计和仿真过程中出现的问题及解决方法

1.首先是元器件的查找，不熟悉器件的分类，从网上下载了元器件英汉对照表。

有助于效率的提高。

2.总线的绘制及与总线相连的接线的命名。

绘制总显示应先选择总线模式，与总线相连的接线处要画成斜线。

查阅相关资料，得知需借助ctrl键。

接线的命名较为繁琐，可借助属性分配工具，预设接线名，设定步距，逐个点击接线，自动命名。

3.错误的校正。

提示元器件的命名重复。

但是检查后并未发现有重复的。

最后在老师的帮助下发现同一个器件重叠了多个，应该是放置元件是操作失误，点击了多下，导致多个器件重叠，而不易被发现。

蜂鸣器不响。

单片机有输出信号，但蜂鸣器没有接受信息号。

考虑是单片机输出信号有问题。

经检查，输出端口也是重叠了两个。

导致蜂鸣器不发声。

总线的命名，最初以为只要总线命名就可使模块间信息传递。

后来发现不行，于是把接线命名后，问题得以解决。

进行通信模块实验时，串口的调节再按照要求调整后，信息总是无法传递。

经验证是串口的调节出了问题，感觉出啊口的调节不稳定，在重装了串口软件后，调节了软件的兼容性后，问题得以解决。

四.设计总结和心得体会。

首先这是我们第一次接触proteus仿真，也是第一次接触单片机，状况不断是难免的，这在一定程度上也考验我们的学习能力，考验我们处理突发问题的能力。

在实验设计过程中既巩固了数字模拟电路中的知识，也初步了解了单片机实现一些简单功能的方法，大致了解了单片机的工作原理。

同时也掌握了proteus的基本操作，能够熟练掌握运用虚拟器件构建模拟电路的方法，运用虚拟器件的仿真实现一些简单功能的实现。

掌握了用虚拟的仪表检测电路的能力，掌握虚拟仪表如示波器，电压表，电流表等的使用方法。

同时也体会到英语的重要性，英语的障碍也在一定程度上增加了设计的难度。

尤其是在电路仿真出现问题时，电路的校正尤为重要，更是对我们综合分析问题的能力的考验，以及细心和耐心的素质的锻炼。

参考书目：

［1］丘关源，《电路》，高等教育出版社，2004年

[2]阎石，《数字电子技术基础》，高等教育出版社，2006年