大连大学 电子课程设计论文.docx
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大连大学电子课程设计论文
课程名称:
电子系统设计
班级:
姓名
学号
指导老师:
刘春玲李泽光
前言:
随着电子产品的飞速发展,社会对电子设计人才的需求非常强烈,电子设计课程和电子设计软件的应用就显得尤为重要。
protel99SE软件是电子线路设计的佼佼者,其具有操作方便、设计效率高等特点,成为电子线路设计和印制电路板设计的首选。
本文首先对protel99se进行了介绍,其次对电路原理图进行绘制,选择合适的元器件,并填写好封装,然后生成网络报表,接着设计板子大小,设置参数,加载网络表和元器件封装,规划PCB版图,在规划区域内摆放元器件,最后布线。
对于自动布线不理想的部分,还要通过手动来修改。
此课程还设计了单片机的最小系统和LED系统。
另外,课程还进行了大板实验,大板的主控芯片是8279和12887。
文章还会进行对8279和12887芯片的介绍以及应用。
由于需要编程者可以对该芯片进行即时编程,实际实验的时候用到的是单片机仿真器,该仿真器内部存在有单片机及其最小系统电路,因此该仿真器可以完全替代单片机并接入集成电路板中,通过仿真器可以实现电脑与集成电路板的连接,以便于编程者随时修改程序并且可以随时观察到实现的实验现象。
第1章系统概述
1.1单片机的概述
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。
1.2protel99se的概述
随着计算机的飞速发展,许多原来人工从事的工作被计算机所代替在这种大趋势下,计算机辅助设计成为当前电子线路设计及印刷电路板(PCB)设计的极其重要的手段,并受到广泛的重视。
Protel99SE软件是电子线路设计与制板方面的佼佼者。
Protel99SE是一个32位的Windows软件,期编辑环境采用了视图风格,利用鼠标和键盘就可轻松进行设计工作,操作起来非常方便,极大地提高了设计工作的效率。
PROTEL99SE是应用于Windows9X/2000/NT/XP操作系统下的EDA设计软件,集成了电路图原理设计、PCB设计、PLD可编程逻辑器件和电路仿真等功能,具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能。
PROTEL99SE与PROTEUS和QUARTUS其他EDA软件相比,其具有强大的印
刷电路板(PCB)功能,PROTEL99SE不仅能完成自身的原理图设计和PCB设计,还能在别的EDA软件的网络表上,生成实用、精美的印刷电路板。
本课程设计使用PROTEL99SE制作一AT89C51的最小单片机系统PCB,系统集成时钟电路、复位电路、存储器扩展电路等。
第2章单元电路设计与分析
2.1单片机复位电路
复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号,只要保证电容的充放电时间大于2US,即可实现复位,所以电路中的电容值是可以改变的。
按键按下系统复位,是电容处于一个短路电路中,释放了所有的电能,电阻两端的电压增加引起的。
复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式。
本设计使用上电复位方式。
2.2单片机晶振电路
单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,它的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。
这两个引脚跨接石英晶体和微调电容,构成一个稳定的自激振荡器。
2.3地址锁存器电路
单片机的I/O口上需要外接地址锁存器。
当单片机连接片外存储器时,要接上锁存器,这是为了实现地址的复用。
假设,MCU端口其中的8路的I/O管脚既要用于地址信号又要用于数据信号,这时就可以用锁存器先将地址锁存起
来。
8051访问外部存储器时P0口和P2口共同做为地址总线,P0口常接锁存器再接存储器。
以防止总线间的冲突。
而P2口直接接存储器。
因为单片机内部时序只能锁住P2口的地址,如果用P0口传输数据时不用锁存器的话,地址就改变了。
本设计才用74LS573地址锁存器。
2.4译码电路
译码电路中用译码法扩展外部数据存储器的接口电路。
数据存储器62128,该芯片地址线为A0--A13,这样AT89C51单片机剩余地址线可以采用译码器进行扩展。
2.5外部存储器扩展电路
8051单片机片内集成4KB程序存储器和128B数据存储器,但是在许多情况下,片内的存储器资源还不能够满足需要,为此需要对单片机进行外部程序存储器和数据存储器扩展。
本设计用的是6264和2764存储器芯片。
2.6时钟电路DS12887
时钟电路DS12887,采用DS12887芯片设计的时钟电路勿需任何外围电路并具有良好的微机接口。
DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点由振荡电路、分频电路、周期中断/方波选择电路、14字节时钟和控制单元、114字节用户非易失RAM、十进制/二进制计数器、总线接口电路、电源开关写保护单元和内部锂电池等部分组成。
2.78279键盘、显示器接口电路
8279芯片是一种通用可编程键盘/显示器接口电路芯片,它能完成监视键盘输入和显示控制两种功能。
8279对键盘部分提供一种扫描工作方式,能对64个按键键盘阵列不断扫描,自动消抖,自动识别出闭合的键并得到键号,能对双键或N键同时按下进行处理。
第3章系统电路的设计与调试、软件编程与调试
Protel99SE中主要功能模块:
⑴AdvancedSchematic99SE(原理图设计系统)
该模块主要用于电路原理图设计、原理图元件设计和各种原理图报表生成等。
⑵AdvancedPCB99SE(印刷电路板设计系统)
该模块提供了一个功能强大和交互友好的PCB设计环境,主要用于PCB设计、元件封装设计、报表形成及PCB输出。
⑶AdvancedRoute99SE(自动布线系统)
⑷AdvancedIntegrity99SE(PCB信号完整性分析)
⑸AdvancedSIM99SE(电路仿真系统)
⑹AdvancedPLD99SE(可编程逻辑器件设计系统)
3.1最小统原理图的绘制
设计电路原理图是进行电路设计的第一步,也是做重要的一步。
电路原理图设计最基本的要求是正确性,其次是布局合理,最后是在正确性和布局合理的前提下力求美观。
一般包括如下步骤
3.1.1创建新的设计数据库
执行菜单【File】→【New】可以建立一个新的设计数据库,屏幕弹出下图所示的新建文件对话框,在【DatabaseFileName】框中可以输入新的数据库文件名,系统默认为“MyDesign.ddb”,点击【Browse...】按钮可以修改文件的保存位置;单击【Password】选项卡可进行密码设置。
启动SCH99SE编辑器:
在指定Documents下,执行【File】→【New】,屏幕弹出NewDocument对话框,即双击
图标,新建原理图文件,如图2-1所示,系统默认文件名为Sheet1,此时可以直接修改文件名。
双击文件图标,进入编辑器。
3.1.2装入元器件库
在放置元件之前,必须先将元件所在的元件库载入内存。
装载元件库的步骤如下。
⑴打开设计管理器,选择BrowseSch选项卡,单击【Add/Remove】按钮添加元件库,如图2-6所示。
⑵在DesignExplorer99\Library\Sch文件夹下选中元件库文件,单击【Add】按钮,将元件库文件添加到库列表中,添加库后单击【OK】按钮结束添加工作,此时元件库的详细信息将显示在设计管理器中。
3.1.3放置元器件
装入元件库后,在元件库浏览器中可以看到元件库、元件列表及元件外观,选中所需元件库,则该元件库中的元件将出现在元件列表中,双击元件名称(如CAP)或单击元件名称后按Place按钮。
最小系统原理图中用到的元器件主要是:
“8051”,“74ALS573”,“2764”,“6264”“CRYSTAL(晶振)”,“CAP(电容)”,“RES2(电阻)”,“SWSPST(开关)”等。
3.1.4元件布局
放置元件后,在连线前必须先调整元件布局。
(1)元件的选中与取消选中:
利用工具栏按钮选中元件。
单击主工具栏上的
按钮,拉框选中框内图件或直接用鼠标点取。
(2)移动元件:
常用的方法是用鼠标左键点中要移动的元件,并按住鼠标左键不放,将元件拖到要放置的位置。
单击主工具栏上的
按钮,可以移动已选取的对象。
执行菜单Edit→Move→Drag,可以连线与元件一起拖动。
执行菜单Edit→Move→Move,只可以移动元件。
(3)元件的旋转:
用鼠标左键点住要旋转的元件不放,按键逆时针90度旋转,按键水平方向翻转,按键垂直方向翻转。
(4)元件的删除:
要删除某个元件,可用鼠标左键单击要删除的元件,按键删除该元件,也可执行Edit→Delete,用鼠标单击要删除的元件进行删除。
3.1.5连线
元件的位置调整好后,下一步是对各元件进行线路连线。
单击画电气连线按钮
光标变为“十”字状,将光标移至所需位置,单击鼠标左键,定义导线起点,将光标移至下一位置,再次单击鼠标左键,完成两点间的连线,单击鼠标右键,结束此条连线。
这时仍处于连线状态,可继续进行线路连接,若双击鼠标右键,则退出画线状态。
3.1.6总线和网络标号的使用
(1)绘制总线:
执行菜单Place→Bus或单击工具栏上
按钮,进入放置总线状态,将光标移至合适的位置,单击鼠标的左键,定义总线起点,将光标移至另一位置,单击鼠标左键,定义总线的下一点。
连线完毕,单击鼠标的右键退出放置状态。
在画线状态时,按键,屏幕弹出总线属性对话框,可以修改线宽和颜色。
(2)放置总线分支:
执行菜单Place→BusEntry,或单击
按钮,进入放置总线分支的状态,此时光标上带着悬浮的总线分支线,将光标移至总线和管脚引出线之间,按空格键变换倾斜角度,单击鼠标左键放置总线分支线。
(3)放置网络标号:
放置网络标号可以通过执行菜单Place→NetLabel实现,或单击
按钮进入放置网络标号状态,此时光标处带有一个虚线框,将虚线框移动至需要放置网络标号的图件上,当虚线框和图件相连处出现一个小园点时,表明与该导线建立电气连接,单击鼠标左键放下网络标号,将光标移至其它位置可继续放置。
3.1.7电气规则检查与网络表生成
实验中产生的列表有:
网络报表、材料清单列表。
在打开的电路原理图界面,依次用鼠标左键单击“Design设计—>CreateNetlist...创建网络表”,用默认的设置参数,点击OK按钮,即可产生网络报表。
在打开的电路原理图界面,依次用鼠标左键单击“Reports报告—>BillofMaterial材料清单”,用默认的设置参数一步步确认,即可产生材料清单列表。
执行菜单Tools→ERC电器规则检查”,按默认的设置,单击OK按钮后,出现一个报表,里面可以显示出原理图中的错误。
回到原理图中,凡是打叉的地方,都有一定的错误,则需进行修改。
3.1.8元器件的封装
元件封装库管理器:
PCB元件库编辑