EDA课程实训报告完整版.docx
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EDA课程实训报告完整版
EDA课程实训报告
学院：
职业技术学院
专业班级：
检测0931
姓名：
巩铁昌（03）
指导教师：
严兵牟淑杰
实训时间：
2011年12月12日至2011年12月23日
成绩:
评阅人：
2011年12月
前言
20世纪90年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。
在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。
这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。
这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。
EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。
EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。
利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成
。
现在对EDA的概念或范畴用得很宽。
包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。
目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。
例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。
目录
1电路原理图设计1
1.1认识EDA1
1.1.1EDA的概念1
1.1.2EDA技术的历史与发展1
1.1.3EDA的应用1
1.1.4EDA的常用软件2
1.1.5protel99se综合设计2
1.2电子时钟的介绍6
1.2.1数字电子钟的背景6
1.2.2数字电子钟的意义6
1.2.3数字电子钟的应用7
1.3单元电路设计7
1.3.1最小系统简介7
1.3.2闹铃显示部分9
1.3.3电路控制部分9
1.3.4电源部分10
1.3.5显示部分10
2印刷电路板12
2.1认识了解PCB12
2.1.1印刷电路板的简介12
2.1.2PCB制造原理13
2.1.3PCB的生产过程13
2.1.4PCB的发展简史14
2.1.5进程控制快PCB简介15
2.2PCB印刷电路板要求15
2.3PCB电路图16
总结18
参考文献19
附录120
附录221
1电路设计
1.1EDA
1.1.1protel99简介
电子设计自动化EDA（ElectronicDesignAutomation）就是将电路设计中的各种工作由计算机来协助完成，它是现代电子工业产品设计中不可缺少的一项技术,如今已成为时势所趋、不可逆转的潮流。
为什么许多大公司在招聘电子设计人才时常要求会使用PROTEL？
因为Protel设计系统是世界上第一套将EDA环境引入Windows环境的开发工具,是建立在PC机环境下的EDA电路集成设计系统,是功能强大、使用广泛的电子设计CAD软件。
它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，尽管Protel的发展经历了，ProtelforDos、ProtelforWindows、Protel98、Protel99/Protel99se、ProtelDxp和AltiumDesigner6.x诸多版本，然而所有的Protel软件后续版本都有向前兼容性。
另外，无论后续版本或者其它类似的EDA软件功能有多么强大，PCB制板生产公司都要转换成Protel99版本进行生产，由于设备只支持Protel99版本。
所以PROTEL在电子行业的CAD软件中，当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件。
1.1.2EDA技术的历史与发展
EDA技术发展历程大致可分为三个阶段。
20世纪70年代为计算机辅助设计（CAD）阶段，人们开始用计算机取代手工操作进行IC版图编辑、PCB布局布线。
80年代为计算机辅助工程（CAE）阶段。
与CAD相比，CAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能分析和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。
20世纪90年代为电子系统设计自动化（EDA）阶段，同时又出现了计算机辅助工艺（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）等。
1.1.3EDA的应用
现在EDA技术应用广泛，包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。
目前EDA技术已在各大公司、科研和教学部门广泛使用。
在产品设计与制造方面，EDA技术可实现前期的计算机仿真、系统级模拟及测试环境的仿真、PCB的制作、电路板的焊接、ASIC的设计等。
在教学方面，我国高校是从九十年代中期开始EDA教育的，现在几乎所有理工科类高校都开设了EDA课程。
这些课程主要是让学生了解EDA的基本概念和原理，使用EDA软件进行电子电路课程的实验及从事简单系统的设计。
1.1.4EDA的常用软件
EDA工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有：
multiSIM7（原EWB的最新版本）、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim等等。
这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同进还可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。
1.1.5protel99se综合设计
<1>电路原理图设计
进入protel99se，在E盘建立一个文件夹，创建一个数据库，执行菜单file/new命令选择schematicdocument图标，双击该图标，建立原理图设计文档，执行菜单Design/Options和Tool/Preferences，设置图纸大小A4、捕捉栅格、电气栅格等。
<2>新建与放置元件
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，按住tap键，对元件属性进行设置，名称，标号。
标称值或元件型号以及元件封装，单击ok键即可，再根据元件之间的走线把元件调整好。
对于该原理图中的元件要求新建一个元件，单击design生成方案库，再单击tools选择新建元件，命名。
在新建元件界面的第四象限进行绘制新元件，这里得注意管脚的编号与之后封装的焊盘号要一致最后单击updateschematics就可以应用到原理图中，如图1-1所示。
图1-1自制的光敏电阻
<3>元件封装的定义与设定
所示原理图中要求自制封装scr，microphone，bridge和光敏电阻。
这里所需注意的是封装要在topoverly层中。
单击file-new，选择PCBlibrarydocument主要是要看元件所示管脚,有几个管脚即放置几个焊盘。
画完后单击updatepcb即可应用，画出的相应封装如下图所示
.
图1-2Scr封装
.
图1-3Microphone封装
图1-4Bridge的封装
图1-5光敏电阻的封装
<4>完成原理图
各元器件放好后，进行相关的设置后，对于一些自制的封装，回到原理图写入footprint,然后连接电路图
图1-6电路图
<5>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，执行菜单命令Design/CreateNetlist可以生成具有元件名、元件封装、参数及元件之间连接关系的网络表。
图1-7网络表
<6>印制路板的设计
1.执行菜单File/New命令，从框中选择（PCBDocument）图标，选择wizards,选取第一个，根据下列要求确定电路板的尺寸及相关设置（使用双层版）
要求：
（1）电路板大小为100mm×150mm.
（2）电源、地线铜膜线的宽度为50mil；
（3）一般布线的宽度为12mil；
（4）布线的线间距离为12mil；
（5）布线拐角模式为45°转角；
（6）元器件排列整齐、面板美观、使用方便。
2.设置参数
执行菜单命令Design/Rules，左键单击Routing按钮，根据设计要求，在规则类（RulesClasses）中设置参数.
选择WidthConstraint，对地线线宽进行设置：
左键单击Add按钮，进入线宽规则设置界面，首先在RuleScope区域的FilterKind选择框中选择Net，然后在Net下拉框中选择GND，再在RuleAttributes区域将Minimumwidth、Maximumwidth和Preferred三个输入框的线宽设置为50mil；
电源线宽的设置：
在Net下拉框中选择VCC，其他与地线线宽设置相同；
整板线宽设置：
在FilterKind选择框中选择WholeBoard，然后将Minimumwidth，Maximumwidth和Preferred三个输入框的线宽设置为12mil。
3.装入网络表
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（扩展名为Net），若出现错误提示，必须更改错误，如果没有错误，单击Execute。
4.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。
5.自动布线
执行菜单命令AutoRouting/All，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。
只要设置有关参数，元件布局合理，自动布线的成功率几乎是100%。
6.手工调整自动布线
经过自动布线，可得PCB版图
图1-8PCB图
1.2电子时钟的介绍
1.2.1数字电子钟的背景
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。
忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。
但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。
目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。
下面是单片机的主要发展趋势。
单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。
从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。
这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。
单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。
1.2.2数字电子钟的意义
数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。
因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。
1.2.3数字电子钟的应用
数字钟已成为人们日常生活中：
必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。
1.3单元电路设计
1.3.1最小系统简介
51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。
51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。
最小系统电路图
图1-9单片机最小系统
单片机的最小系统是由电源、复位、晶振、/EA=1组成，下面介绍一下每一个组成部分。
1.电源引脚
Vcc 电源端
GND 接地端
工作电压为5V，另有AT89LV51工作电压则是2.7-6V,引脚功能一样。
2.外接晶体引脚
XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。
内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。
晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。
电容取30PF左右。
系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。
AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。
引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。
外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。
对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。
因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22μF。
在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。
3.复位 RST 9
在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。
复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。
当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。
复位是由外部的复位电路来实现的。
片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是按钮复位电路。
4.输入输出引脚
（1）P0端口[P0.0-P0.7]P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。
作为输出口时能驱动8个TTL。
对内部Flash程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。
在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址（低8位）/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。
（2）P1端口[P1.0－P1.7]P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。
输出时可驱动4个TTL。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。
（3）P2端口[P2.0－P2.7]P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。
输出时可驱动4个TTL。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。
在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。
而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。
（4）P3端口[P3.0－P3.7]P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。
输出时可驱动4个TTL。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
对内部Flash程序存储器编程时，接控制信息。
除此之外P3端口还用于一些专门功能，具体请看下表。
P3引脚
兼用功能
P3.0
串行通讯输入（RXD）
P3.1
串行通讯输出（TXD）
P3.2
外部中断0（INT0）
P3.3
外部中断1（INT1）
P3.4
定时器0输入（T0）
P3.5
定时器1输入（T1）
P3.6
外部数据存储器写选通WR
P3.7
外部数据存储器写选通RD
表1-10P3端口引脚兼用功能表
1.3.2闹铃显示部分
通过AT89C51的P3.6口来控制闹铃的通断。
这样我们可以由程序设置时间。
闹铃电路图如1-11所示。
图1-11闹铃电路
1.3.3电路控制部分
P3.0选择键 P3.1为加控制键 P3.2减控制键 P3.4为日期时间切换显示按键。
利用发光二极管作为显示定时用，当定时时间到，从P3.3输出一低电平点亮发红光二极管。
P3.3为发光二极管闪烁。
如下图1-12所示。
图1-12电路控制部分
1.3.4电源部分
系统图我们省略了电源部分。
通过下图1-13所示接口我们5V把电源接入电路，这样也可以省下地方，而且使图看起来简单明了。
图1-13电源接口电路
1.3.5显示部分
此次电路显示部分我们选用了LCD液晶显示。
液晶显示器显示原理与CRT显示器迥然不同。
相对CRT显示器来说，液晶显示器天生有拥有以下绝对优势：
1零辐射，低耗能，散热小。
液晶显示器的显示原理是通过扭转液晶像素中的液晶分子偏转角度来背景光而实现还原画面的，其不存在象CRT那样内部具有超高压元器件，不至于出现由于高压导致的x射线超标。
而且机器结构电路简单，模块化以及芯片的高集成化足以把电路工作时候产生的电磁辐射降到最低。
这样的设计直接降低了电路的功耗，发热量也非常小。
液晶显示器虽然在工作时候可能产生轻微的电磁辐射，但是很容易通过屏蔽电路解决。
而CRT显示器由于考虑到散热，不得以在屏蔽罩上钻孔导致辐射的泄露。
2、纤薄轻巧。
正是液晶显示器的出现，才令手提电脑的发明成为可能。
同样，桌式液晶显示器虽然在体积以及重量上要比手提电脑的都要大一些，但是，相对那又笨又重的CRT显示器来说就是小巫见大巫了。
以15英寸的显示器比较，CRT显示器的深度一般接近50厘米，而大白鲨最新推出的液晶显示器NF-1500MA的深度却不到5厘米！
随着消费观点以及居住环境的改变，人们对家用电器产品的体积以及重量要求越来越高。
液晶显示器以其纤薄轻巧的天生优势成为最有可能打破CRT显示器垄断地位的显示器件。
3、精确还原图像。
液晶显示器采用的是直接数码寻址的显示方式，它能够将显卡输出的视频信号经过AD转换之后，根据信号电平中的"地址"信号，直接将视频信号一一对应的在屏幕上的液晶像素上显示出来。
而CRT显示器是靠偏转线圈产生电磁场来控制电子束在屏幕上周期性的扫描来达到显示图像的目的的。
由于电子束的运动轨迹容易受到环境磁场或者地磁的影响，无法做到电子束在屏幕上的绝对定位。
所以CRT显示器容易出现画面的几何失真，线性失真等无法根本消除的现象。
而液晶显示器则不存在这一可能。
液晶显示器可以把画面完美的在屏幕上呈现出来，而不会出现任何的几何失真，线性失真。
4、显示字符锐利。
画面稳定不闪烁。
液晶显示独特的显示原理决定了其屏幕上各个像素发光均匀，而且红绿蓝三基色像素紧密排列，视频信号直接送到像素背后的以驱动像素发光，因此不会出现传统的CRT显示器固有的会聚以及聚焦不良的弊病。
所以，液晶显示器上的文本显示效果与传统的CRT显示器相比有着天渊之别。
液晶显示器的字体非常锐利，完全没有CRT显示器显示文本时候出现的字体模糊，字体泛色等现象。
而且，由于液晶显示器在通电之后就一直在发光，背光灯工作在高频下，显示画面稳定而不闪烁，有利于长时间的使用电脑。
而CRT显示器是靠电子束重复撞击到荧光粉来达到发光的，这样会导致亮度周期性闪烁。
长时间使用之后容易造成人眼的不适。
5、屏幕调节方便。
液晶显示器的直接寻址显示方式，使得液晶显示器的屏幕调节不需要太多的几何调节和线性调节以及显示内容的位置调节。
液晶显示器的可以很方便的通过芯片计算后自动把屏幕调节到最佳位置，这个步骤你只需要按一下"Auto"键就可以完成。
省却了CRT显示器那而烦琐的调节。
你只需要手动调节一下屏幕的亮度和对比度就可以使机器工作在最佳状态了。
图1-14液晶显示电路部分
2印刷电路板
2.1认识了解PCB
2.1.1印刷电路板的简介
PCB（PrintedCircuieBoard）印制线路板的简称，通常把在绝缘材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。
而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。
这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。
标准的PCB上头没有零件，也常被称为“印刷线路板PrintedWiringBoard（PWB）”．
PCB几乎我们能见到的电子设备都离不开它，小到电子手表、计算器、通用电脑，大到计算机、通迅电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子无器件，它们之间电气互连都要用到PCB。
除了固定各种小零件外，它提供集成电路等各种电子元器件固定装配的机械支撑、实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘、提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。
同时为自动锡焊提供阻焊图形；为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。
随着电子设备越来越复杂，需要的零件越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了．
2.1.2PCB制造原理
我们打开通用电脑的健盘就能看到一张软性薄膜（挠性的绝缘基材），印上有银白色（银浆）的导电图形与健位图形。
因为通用丝网漏印方法得到这种图形，所以我们称这种印制线路板为挠性银浆印制线路板。
而我们去电脑城看到的各种电脑主机板、显卡、网卡、调制解调器、声卡及家用电器上的印制电路板就不同了。
它所用的基材是由纸基（常用于单面）或玻璃布基（常用于双面及多层），预浸酚醛或环氧树脂，表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成。
这种线路板覆铜簿板材，我们就称它为刚性板。
再制成印制线路板，我们就称它为刚性印制线路板。
单面有印制线路图形我们称单面印制线路板，双面有印制线路图形，再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板，我们就称其为双面板。
如果用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印制线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层、六层印制电路板了，也称为多层印制线路板。
现在已有超过100层的实用印制线路板了。
2.1
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