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