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计算机辅助设计报告

电子与电气工程学院

设计报告

课程名称

设计题目温度检测与控制电路

所学专业名称

班级

学号

学生姓名

指导教师

2016年12月

电子与电气工程学院

目录

摘要II

1.理论分析1

1.1原理分析1

1.2电路设计及参数计算1

2.电路原理图设计3

2.1设计过程3

2.2原理图的绘制流程3

2.3新建原理图设计库文件3

2.4电路原理图绘制的基本方法6

2.5电路原理图8

2.6ERC电气规则检查8

2.7生成网络表10

3．印制电路板设计11

3.1创建PCB文件11

3.2更改设计规划12

3.3网络表的载人14

3.4自动布线生成PCB16

4.产生元件报表17

4.1生成材料清单17

4.2生成电路板信息报表17

5.个人小结19

参考文献20

摘要

本设计是通过温度监测显示器的电路原理设计，用Protel软件设计电路原理图，并绘制出PCB电路板。

PROTEL软件是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它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，其基于Windows环境的99SE版本,不仅提供了功能完备的电路设计工具,而且具备强大的电路仿真能力。

《Protel课程设计》旨在让同学们熟练使用Protel99SE（或ProtelDXP）印制板设计系统，使用PROTEL软件，新建和加载原理图项目文件及原理图设计环境的设置，熟练掌握如何进行原理图设计、原理图仿真的方法，设计原理图并生成网络表。

要求具有较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力，对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备电子电路的基本设计能力及基本调试能力。

温度检测在我们生活中是到处都要用到的，各种自动温控装置都包含着温度检测的知识,浴室水温自动检测控制系统等等一些生活中的小事都离不开温度的检测，因此，检测温度将是一项很重要的工作。

本次课程设计便要通过所学的模拟电路知识运用运算放大器和热敏电阻来实现简单的温度检测，并利用发光二极管来显示不同区段的温度，制成一个简易的温度检测显示装置。

并且以温度检测及显示电路为例叙述电路原理图的设计、印制电路板（PCB）的制作。

关键词：

课程设计；温度；检测显示器；Protel；PCB

1理论分析

1.1原理分析

温度检测显示器的原理很复杂，涉及到很多知识，由于本人目前所学有限，无法设计出一个能够检测0-100℃温度范围内所有温度的温度监测显示器，但是我运用目前所学模电知识，能够设计出一个简易电路来实现温度检测并显示出温度区间，此电路的原理是使用电压比较器并通过放大器来放大信号来使发光二极管发光，从而表示不同的温度。

首先是几组电阻跟温敏电阻通过分压实现电位比较，把比较的两种电位输给运算放大器的两输入端子，再通过放大器放大信号输送给发光二级管。

至于放大器我选择了LM358运算放大器，因为该型号市场上比较常见，性能比较好，有关资料易于搜索。

1.2电路设计及参数计算

我们可以把需要检测的温度分为四个区段，通过检测四段区间的温度：

A.0-20℃，B.20-30℃，C.30-40℃，D.>40℃，对每段做出段位显示。

标准检测点为0℃,19℃,29℃,39℃。

为了达到这一目的，便设计了如图1所示电路图：

图1温度检测显示器电路图

如图1所示，电路中运用4个运算放大器和4个发光二极管及电阻、可调电阻组成。

其中，R10为可调电阻，由于protel中没有热敏电阻，所以我用变阻器来代替热敏电阻，LM358用来放大电流信号以便让发光二极管工作，发光二极管用来显示温度所在区段，我们查询了相关参数，得到热敏电阻的部分温度阻值对应表，如表1所示：

表1型号:

Mfh103-3950的NTC热敏电阻部分R/T对照表

T（℃）R（KΩ）

T（℃）R（KΩ）

T（℃）R（KΩ）

0.032.5030

15.015.7049

28.58.5889

6.523.5320

16.014.9944

29.08.4063

7.022.9661

17.014.3198

29.58.2281

7.522.4154

17.513.9954

30.08.0541

8.021.8795

18.013.6792

30.57.8842

8.521.3579

18.513.3710

34.06.8026

9.020.8502

19.013.0705

38.55.6501

9.520.3559

19.512.7777

39.05.5363

根据需要，查出在0℃、19℃、29℃、39℃时温敏电阻的阻值分别为32.5kΩ、13.1kΩ、8.4kΩ、5.5kΩ，将电路图中R1、R2、R3、R4阻值分别设置为这四个阻值即可。

因为从LM358参数中有：

在双电源供电情况下，LM358在正极输入大于负极输入时，输出Vout=Vcc-1.5V，负极输入大于正极输入时输出Vout=VEE+1.2V，其中VCC为正电源，例如VCC=+5V，VEE为负电源，例如VEE=-5V。

在这种条件下，只要使放大器正输入端电位大于负输入端即可让发光二级管发光，当负输入端电位大于正输入端电位时发光二极管无法发光。

因此只要满足R1>R10时，第一个发光二极管即可发光，所以可直接取临界条件R1=32.5kΩ。

因此可以直接取R1=32.5k、R2=13.1kΩ、R3=8.4kΩ、R4=5.5kΩ即可满足条件

2电路原理图设计

2.1设计过程

（1）设计图纸大小

打开Protel99SE后，首先要构思好零件图，设计好图纸大小。

图纸大小是按电路复杂程度和规模来定的，设置合适的图纸大小是设计好原理图的第一步。

（2）设置环境

设置Protel99SE的设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型等等，大多数参数也可以使用系统默认值。

（3）旋转零件

用户根据电路图的需要，将零件从零件库里取出放置到图纸上，并且对放置零件的序号、零件封装进行定义和设定工作。

（4）原理图布线

利用Protel99SE提供的各种工具，将图纸上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。

（5）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。

（6）报表输出

通过Protel99SE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做准备。

（7）文件保存及打印输出，最后的步骤是文件保存和打印输出。

2.2原理图的绘制流程

新建原理图设计库文件→载入元件库→元件放置与布局→原理图的绘制→元件属性的编辑→电气规则检查→生成网络表

2.3新建原理图设计库文件

（1）启动Protel99SE软件，选择菜单“File/New”,弹出如图2所示的对话框。

建立名为“温度检测显示器电路.ddb”的原理图库文件如下。

随即，这个库文件名将显示在左栏explore子目录下。

图2创建原理图库文件界面

（2）双击打开库文件，选择菜单“File/New”，弹出如图7所示的对话框。

单击“SchematicDocument”,建立温度监测显示器的原理图文件sheet1.sch。

图3创建原理图文件界面

（3）设置电路图纸绘制原理图，首先是设置电路图纸。

在主菜单上找Design设计，下拉菜单上找选项子菜单。

设定图纸对话框如图4所示，设定图纸型号为“A”。

图4设定图纸对话框

（4）双击原理图文件，进入原理图编辑界面。

（5）载入元件库点击界面左侧Browse对话框中的“Add/Remove”按钮，屏幕上会出现如下图5所示的“元件库添加/删除”对话框；选中常用的元件库MiscellaneousDevices.ddb、ProtelDOSSchematicLibraries.点击“Add”按钮即可。

图5“元件库添加/删除”对话框

2.4电路原理图绘制的基本方法

（1）元件放置与布局

加载元件库后，在元件浏览器中可浏览到各种元件库元件列表及图形。

选中绘制原理图所需的元件，点击“Place”按钮，将选中的元件放置到原理图中的合适位置。

可单击鼠标左键多次，进行同类元件的多个放置，以单击鼠标右键结束放置。

为了使元件位置布局合理，原理图整体效果规范和美观，可以对元件位置进行调整。

选中目标不放，将其拖拽到合适的位置，即可完成移动；选中目标后，点击“Space”键，还可以使元件做90˚旋转。

（2）原理图的绘制①绘制导线。

选择视图/工具栏中的wiring工具栏，点击电气线图标连接原理图中每个元件；②添加电源及接地符号；③放置电路节点和端口，以及总线和网络标号等。

（3）元件属性的编辑

双击某一元件，或者左键单击选中元件，按Tab设置元件属性，进入该元件属性设置的窗口。

图6是原件的属性设置对话框，通常需要设置的项目有元件的封装形式Footprint，元件标号Designation和元件标称值Part。

不同元件的封装形式不同，需要特别注意。

以下是常用元件的封装形式：

（1）运放LM358的封装号（Footprint）为DIP8,称号（Designator）依次设为U1,U2,U3,U4；

（2）电阻RES2封装号（Footprint）为AXIAL0.3，标示值（part）为阻值，称号（Designator）依次设为R1-R14；

（3）滑动变阻器POT2封装号（Footprint）为VR5，标示值（Part）为总阻值，称号（Designator）设为R10；

（4）发光二极管LED的封装号（Footprint）为DIODE0.4，称号（Designator）依次设为D1,D2,D3,D4。

图6元件属性设置对话框

2.5电路原理图

图7电路原理图

2.6.ERC电气规则检查

当整个电路设计完成后，进行ERC检查。

选择“Tools”下设的“ERC”，弹出如下对话框，点击OK即可。

图8ERC界面

图9电气规则检查结果

2.7生成网络表

网络表是原理图与印制电路板之间的一座桥梁，是印制电路板自动布线的依据。

网络表提供了电路的元件清单以及元件之间的互联关系。

使用菜单命令【Design】/【CreateNetlist】，在弹出的对话框中，单击OK即可生成与原理图同名的网络表文件*.net。

图10原理图生成的网络表

3印制电路板设计

3.1创建PCB文件

（1）执行“File\New”命令，选择创建PCB文件。

图11创建PCB文件

（2）双击PCB文件图标，进入PCB设计界面。

图12PCB设计界面

3.2更改设计规划

此界面同SCH设计主界面相似，但底部增加了板层标签，用来在设计时快速的选择板层。

布线规则设置项，选择【Design】菜单下的Options子选项，具体设置如下所示。

（1）布线规则设置

图13布线规则设置项图

（2）布线层确定，顶层禁止使用，如图14，15所示；

（3）走线宽度设置为30mil，如图16所示。

图14布线层的确定

图15布线规则设置图

图16走线宽度设置图

3.3网络表的载入

（1）定义边框在设计工作区的板层标签选择keepoutlayer,执行“Place\Track”命令，移动光标绘制电路板的边框（边框的颜色默认是紫色的）。

此时画的边框只是一个粗略的边框，画好后双击线条把线宽改为30mil。

（2）选择“Design”菜单下的“CreatNetlist”，在弹出的“NetlistFile”对话框中浏览并选中网络表文件，单击“Execute”按钮，即可加载网络表格。

在网络表文件载入时，常常会出现两种错误：

FootprintNotFound（封装元件遗漏）、NodeNotFound（引脚遗漏）。

在加载的时候，应该注意改正错误，得到正确的网络表。

（3）更改所有焊盘的参数，双击某一个焊盘，打开焊盘设置对话框，将焊盘参数改为80mil,80mil,50mil。

图17导入网络表后界面

（3）网络表正确载入后原件的PCB图如下

图18网络表正确载入后的PCB原始图

3.4自动布线生成PCB图

将元件按照电关系布置好后自动布线，自动布线的运行结果如图所示（导线的总数量，布线时间，完成度）

图19自动布线结果图

图20PCB图

4产生元件报表

4.1生成材料清单

生成PCB板后，执行菜单命令【REPORT】/【BILLOFMATERIAL】出现新的对话框选择“project”点击下一步，其他默认直到倒数第二步将ProtelFormat、CSVFormat、ClientSpreadsheet全部选中点击下一步和Finish就生成了材料清单。

4.2生成电路板信息报表

打开PCB设计文件，选择Report/BoardInformation命令弹出对话框，一直单击默认值到如图所示的界面后单击全部，如图22,最后形成的电路板信息报表如图23所示。

图21BoardReport对话框

图22电路板信息报表

5个人总结

经过此次Protel应用课程设计，我初步了解了其基本操作过程，并成功地完成了温度检测显示器的电路原理图和PCB的设计。

我刚开始做的时候并不是一帆风顺，很多基本操作都不会，比如添加元件，连线，移动元件等等，并且某些特殊元件都是在网上搜索其各种信息，花费好多时间在各个元件库里查找才发现的，如LM358芯片花费了不少功夫才找到的。

在生成PCB前的加载网络表也不断出错，最要命的是封装号的问题，陌生的元件只能借助于网络，虽然借了诸多书籍，但查找基本上都没有。

在仿真时元件参数的设置中，我深深得体会到了细节的重要性。

一些小细节如果淡化了，就真的会导致全盘皆输。

Protel这款软件是一款很经典的电路图绘制软件，虽然和后起之秀proteus,mutisim比较起来，protel有其不足之处，但是通过学习protel这款软件我学到了不少东西，一些很经典的知识，一些对我以后从事我这个专业的工作的重要知识。

为了完成这次课程设计，我从图书馆借了几本关于protel方面的书籍，李东生、张勇等编著的《Protel99SE电路设计教程》以及由本书编写组编写的《Protel99SE电路设计案例精解》等书。

我以前从没有像这样认真的学过一个软件，也没有像这样认真的做过一门课程设计。

这次的经历，让我坚定了自己的信念。

作为一名电信的学生，我应该多去尝试各种专业软件的使用，多去动手设计制作各种电路模型，这对于我自己今后的发展很有益处。

总之，从这次Protel课程设计，我学到了很多东西，不仅能够熟练运用Protel绘制电路图，也可以绘制电路的PCB图。

我感觉我对学习这个专业的知识越来越有感觉了，我相信我可以在这个专业取得一定的成就的！

参考文献

[1]李东生，张勇.Protel99SE电路设计教程.电子工业出版社，2007

[2]本书编写组.Protel99SE电路设计案例精解.机械工业出版社，2010

[3]吴友宇.模拟电子技术基础.清华大学出版社，2007

[4]康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）.高等教育出版社，2006

[5]徐少华.电工电子实习指导书.武汉理工大学出版社

[6]王庆.Protel99SE&DXP电路设计教程.电子工业出版社，2011