cad电子时钟的设计学年论文157016095.docx
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cad电子时钟的设计学年论文157016095
《电气与电子线路CAD》
课程设计（学年论文）
说明书
课题名称：
电子时钟的设计
一、课程设计任务和基本要求：
1、功能要求
以单片机控制器件实现时钟的显示，调整设置以及具有定时等功能，定时时间到后使扬声器发出声音。
2、绘图设计要求:
（1）画出完整的原理图。
（2）ERC电气规则检测。
（3）创建项目元件库文件，生产网络表及元件清单。
（4）画出所设计电路的PCB图,包括规划PCB板子大小、元器件布局以及布线，布线方法则可根据具体情况使用自动布线（手工调整）或者手工布线两种不同方式，生成项目元件封装库。
（5）原理图中至少有3个自建元件符号，PCB中至少有3个自建封装元件。
3、原理图工作原理介绍：
图1-1中所示电子时钟用89C2051单片机作为控制芯片，4个LED数码管分别显示小时和分钟，74LS164作为串行转并行输出芯片，即把单片机串口输出信号转成并行信号分别连接到数码管的段码，4个LED数码管采用动态显示方法实现，单片机的P1.0～P1.3作为数码管的片选信号，4个9013晶体管VT1～VT4作为片选信号的电流驱动，当单片机的P1.0～P1.3输出高电平时，相应9013晶体管导通，该数码管被选中点亮，按键SB1、SB2、SB3分别对应时钟、分钟以及定时时间的设置，这些设置通过软件实现，当定时时间到达后引起中断，P3.7置1，经过音乐芯片9300及晶体管进行电流放大，驱动扬声器发出声音。
4、参考图：
图1-1电子时钟原理图
二、进度安排：
11月5号：
下达设计任务。
11月5号～11月6号：
设计原理图。
11月7号：
确定PCB板参数和元件封装类型。
11月8号～11月9号：
设计PCB版图。
11月10号～11月11号：
撰写报告
11月12号：
答辩。
三、主要参考资料及主要参考文献：
[1]邵群涛.电气制图与电子线路CAD[M].北京：
机械工业出版社，2005
[2]老虎工作室.电路设计与制版--Protel99入门与提高[M].北京：
人民邮电出版社,2001
[3]老虎工作室.电路设计与制板--Protel99SE高级应用[M].北京：
人民邮电出版社,2001
四、答辩记录：
1、在设计过程中遇到的问题及解决方案（至少2个）。
2、
2014年月日
课程设计评审标准（指导教师用）
评价内容
具体要求
权重
调查论证
能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。
0.1
实践能力
能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究工作。
如装置安装、调试、操作。
0.2
分析解决问题能力
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。
0.2
工作量、工作态度
按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。
0.2
质量
综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。
0.2
创新
工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解。
0.1
摘要
液晶显示电话防盗报警器是将数字技术、计算机技术、通讯技术、安全报警技术结合起来，利用家庭电话线进行报警的综合报警系统.系统的主要功能是当盗贼进入室内触动报警触发开关时，立即启动电话拨号报警程序，向主人告警。
系统集成了IIC总线器件—AT24C01、扫描键盘、16*2字符型液晶显示等子模块，并利用AT89S51单片机作为系统控制核心，负责控制检测输入/输出显示，模拟摘机、拨号报警、挂机、驱动液晶显示、读写EEPROM等一些列的程序动作，使整个系统操作简便并且充满人性化。
系统利用功能强大的C语言开发，并在软硬件设计中分别使用了Protel99se、keilC51开发平台。
结果表明，该产品具有有性价比高、操作简便、可视化操作等优点，并且该系统功能指标可以已经达到行业级标准。
关键词：
单片机；液晶显示；脉冲拨号；IIC总线；C语言
1方案论证
1.1设计内容及要求……………………………………………………….1
1.2电路原理分析……………………………………………………….1
2项目元件库
2.1项目元件库……………………………………………………….2
2.2项目封装……………………………………………………….3
3原理图设计
3.1原理图设计……………………………………………………….5
3.2ERC电气检查……………………………………………………….11
3.3原理图网络表及元件清单…………………………………………….………..13
4PCB图设计
4.1装入网络表及元件……………………………………………………...17
4.2布线布局规则……………………………………………………...18
4.3布局与布线……………………………………………..……....19
5结论…………………………………………………………………………………20
5.1
参考文献…………………………………………………….……...21
附录1系统原理图…………………………………………….....……23
附录2系统PCB图…………………………………………….....……24
附录3自建库图形…………………………………………….....……25
附录4自建封装图……………………………………………………………………26
附录5元件清单……………………………………………………………………27
附录6网络表……………………………………………………………………28
1方案论证
2项目元件库
2.1自建元件：
步骤一：
首先选取菜单命令File/new，新建一个设计数据库文件，并进入数据库文件夹
步骤二：
接着选取菜单命令file/new，在弹出的newdocument对话框中双击schematiclibrarydocoumen图标，创建一个新的原理图符号库文件，默认的文件名为schlib1，lib。
步骤三：
在工作窗口中双击该文件的图标或在项目浏览器中该文件的文件名上单击鼠标左键，即可进入原理图符号库编辑器
2.2加载原理图元件库：
步骤一：
进入原理图制作面，单击add/remove
步骤二：
在查找范围里面找到需要加载的库名称，如miscellaneousdevices.ddb
步骤三：
单击add，可同时添加，最后单击ok即可
2.3自建元件封装：
步骤一：
打开创建的元器件封装库文件pcblib1.lib，启动元器件封装库编辑器。
步骤二：
选取菜单命令tool/newcomponent，系统自动弹出创建元器件封装向导对话框，接下步骤以截图方式呈现
3原理图设计
3.1电路原理图的设计步骤
1.启动Protel99SE，从windows操作系统的开始菜单或桌面快捷图标进入Protel99SE环境，使用菜单File/New或File/NewDesign建立新设计数据库文件，使用菜单File/New,在打开的窗口选择SchematicDocument图标，建立新原理图文件，并将原理图文件打开。
2．设置画图环境
使用菜单Design/Options和Tool/Preferences，设置图纸大小、捕捉栅格、电气栅格等
导入所需的元件库
在设计管理器中选择BrowseSCH页面，在Browse区域中的下拉框中选择Library，然后单击ADD/Remove按钮，在弹出的窗口中寻找Protel99SE子目录，在该目录中选择Library＼SCH路径，在元件库列表中选择所需的元件库，比如Miscellaneousdevices.ddb，TIDatabook库等，单击ADD按钮，即可把元件库增加到元件库管理器中。
3放置元件
根据实际电路的需要，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，再根据元件之间的走线把元件调整好。
元件属性：
LibRef（元件名称）：
元件符号在元件库中的名称。
在放置元件是，必须输入。
Footprint：
元件的外形名称。
一个元件可以有多重外形，也就是多种封装形式。
元件的封装形式主要用于印刷电路板图。
这一属性值在原理图中不显示。
Designator：
元件在原理图中的序号
原理图布线
利用Protel99SE提供的各种工具、指令进行布线，将工作平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的电路原理图。
编辑和调整
利用Protel99SE所提供的各种强大的功能对原理图进一步调整和修改，以保证原理图的美观和正确。
同时对元件的编号、封装进行定义和设定等。
原理图用到的元件：
1．WiringTools工具栏
WiringTools工具栏提供了原理图中电气对象的放置命令。
打开或关闭WiringTools工具栏的方法：
第一种方法：
执行菜单命令View|Toolbars|WiringTools。
第二种方法：
单击主工具栏中的
按钮。
2．DrawingTools工具栏
DrawingTools工具栏提供了绘制原理图所需要的各种图形，如直线、曲线、多边形、文本等。
打开或关闭DrawingTools工具栏的方法：
第一种方法：
执行菜单命令View|Toolbars|DrawingTools。
第二种方法：
单击主工具栏中的
按钮。
3.放置元件
第一种方法：
①按两下P键，系统弹出图3.10PlacePart（放置元件）对话框。
4.移动元件和元件标号等
元件全部调入原理图后，要调整图3.13中元件、元件标号和标注的位置。
移动：
在元件、元件标号或标注上按住鼠标左键，并拖动。
改变方向：
在元件、元件标号或标注上按住鼠标左键，再按空格键旋转、按X键水平翻转或按Y键垂直翻转。
5.删除元件的简单方法：
在元件上单击鼠标左键，使元件周围出现虚线框，按Delete键，即可删除。
对于其他放置对象（如导线、电源符号等），也可按此方法进行删除。
6.绘制导线
1 单击WiringTools工具栏中的
图标，光标变成十字形。
② 单击鼠标左键确定导线的起点。
③ 在导线的终点处单击鼠标左键确定终点。
④ 单击鼠标右键，则完成了一段导线的绘制，如图3.17所示。
⑤此时仍为绘制状态，将光标移到新导线的起点，单击鼠标左键，按前面的步骤绘制另一条导线，最后单击鼠标右键两次退出绘制状态。
7．放置电源/接地符号
第一种方法：
1单击WiringTools工具栏中的
图标。
②此时光标变成十字形，电源/接地符号处于浮动状态，与光标一起移动。
③可按空格键旋转、按X键水平翻转或Y键垂直翻转。
④单击鼠标左键放置电源（接地）符号，如图3.22所示。
⑤系统仍为放置状态，可继续放置，也可单击鼠标右键退出放置状态。
本电路原理图没有用到总线这里就不作讲述。
3.2ERC电气检查
使用Protel99SE的电气规则，即执行菜单命令Tool/REC对画好的电路原理图进行电气规则检查。
若有错误，根据错误情况进行改正。
ERC电气检查步骤：
执行菜单命令Tool/REC如图设置。
点OK执行
ERC电气检查结果：
如图，出现了三个错误，在ErrorMarkers找到错误的位置，找出错误原因，并修正。
修正后再进行ERC电气检查，
结果如下：
3.3原理图网络表及元件清单
网络表：
执行菜单design/createNetlists，弹出Netlistscreate选项卡
执行结果：
可以输出原理图网络表。
如图：
元件清单：
执行菜单命令Reports/BillofMaterial,弹出BomWizzard选项卡。
执行结果
如图：
4PCB图设计
4.1规划PCB板
使用向导创建PCB：
在项目文件的Document文件夹下右键单击，选择New，新建Wizards，选择PrintedCiruitBoardWizaid，建立双层PCB板，尺寸改为7000mil*4000mil，过孔类型选择穿透式过孔，元件选择针脚式元件。
1、进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，板层参数，布线参数等等。
大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。
2、规划电路版，主要是确定电路板的边框，包括电路板的尺寸大小等等。
在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。
对于3mm 的螺丝可用6.5~8mm 的外径和3.2~3.5mm 内径的焊盘。
4.2装入网络表及元件
打开所有要用到的PCB库文件后，调入网络表文件和修改零件封装，这一步是非常重要的一个环节，网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计与电路版设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路板的布线。
在原理图设计时，零件的封装可能被遗忘，但可以在引进网络表时根据设计情况来修改或补充零件的封装。
4.3布局布线规则
布线规则是设置布线的各个规范（象使用层面、各组线宽、过孔间距、布线的拓朴结构等部分规则，可通过Design-Rules的Menu处从其它板导出后，再导入这块板）这个步骤不必每次都要设置，设置一次就行。
4.4布局与布线
1、点击菜单命令AutoRoute/Setup对自动布线功能进行设置
选中除了AddTestpoints以外的所有项，特别是选中其中的LockAllPre-Route选项，RoutingGrid可选1mil等。
自动布线开始前PROTEL会给你一个推荐值可不去理它或改为它的推荐值，此值越小板越容易100%布通，但布线难度和所花时间越大。
2、点击菜单命令AutoRoute/All开始自动布线
假如不能完全布通则可手工继续完成或UNDO一次（千万不要用撤消全部布线功能，它会删除所有的预布线和自由焊盘、过孔）后调整一下布局或布线规则，再重新布线。
完成后做一次DRC，有错则改正。
布局和布线过程中，若发现原理图有错则应及时更新原理图和网络表，手工更改网络表（同第一步），并重装网络表后再布。
3、对布线进行手工初步调整
需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗，某几根绕得太多的线重布一下，消除部分不必要的过孔，再次用VIEW3D功能察看实际效果。
手工调整中可选Tools-DensityMap查看布线密度，红色为最密，黄色次之，绿色为较松，看完后可按键盘上的End键刷新屏幕。
红色部分一般应将走线调整得松一些，直到变成黄色或绿色。
5结论
经过一周的课程设计我们在老师的指导下,顺利的完成了cad课程设计。
在过去CAD的学习过程中，我们学习了很多制图方面的知识,在最后的课程设计中，我们的任务是抄画道路改造工程图，是需要结合的前面的知识然后进行综合运用的，整个图形的绘制也离不开前面的基础。
伴随着cad课程设计的结束，我们又进行了为期一星期的CAD的实训，在老师的认真指导下。
认真完成老师布置的任务，并对CAD这门课有了更进一步的了解，也更加熟悉了对CAD的操作。
通过一周的课程设计我们达到了课程实习的目的：
把握AutoCAD用于工程制图的基本操作，了解工程图纸绘制的格式和要求，能够用AutoCAD绘制二维的工程图纸。
同时也完成了课程实习的任务：
1.学习AutoCAD的基本绘图操作。
2.抄绘道路改造工程图
在这实训的过程中，让我进一步熟悉了CAD的基本操作，在绘图前必须要以基本的操作进行各方面的设置是非常必要的，只有各项设置合理了，才为我们接下来的绘图工作打下良好的基础，才有可能使接下来“清晰”、“准确”、“高效”。
如选项卡的设置,即背景颜色要设置成白色，单位控制设置要根据图上的要求,符合图的标注，图形界限的设置在这次的实习过程中采用的是A4图幅。
线型的加载，全局线型比例设置，在图层设置的过程中，需要按图上要求设置，图层的设置应遵循在够用的基础上越少越好。
此外还有颜色、线型、线宽等等设置都随层，这样会简单很多，但都需按照要求进行。
通过这几天的学习，使我对CAD有了进一步的了解，一开始觉得它不是一个轻易学好的软件，觉得用处不是很大。
但几天的学习下来，使我对这个软件的看法彻底改变了。
由于版本低，电脑经常出现问题，有时候文件库到不进来。
可以考虑用AD。
参考文献
[1]邵群涛.电气制图与电子线路CAD[M].北京：
机械工业出版社，2005
[2]老虎工作室.电路设计与制版--Protel99入门与提高[M].北京：
人民邮电出版社,2001
附录一
原理图
附录二
PCB
附录三
自建元件图
附录四
自建封装图
附录五
元件清单
附录六
网络表
[
SIP4
J1
]
[
C1
RAD0.2
CAP
]
[
C2
RAD0.2
CAP
]
[
C3
RAD0.2
CAP
]
[
D3
DIP14
9300
]
[
J1
DIP16
A
]
[
J2
DIP16
A
]
[
J3
DIP16
A
]
[
J4
DIP16
A
]
[
R1
AXIAL0.4
]
[
R2
AXIAL0.4
]
[
R3
AXIAL0.4
]
[
R4
AXIAL0.4
]
[
R5
AXIAL0.4
]
[
R6
AXIAL0.4
]
[
R7
AXIAL0.4
]
[
R8
AXIAL0.4
]
[
R9
AXIAL0.4
]
[
R10
AXIAL0.4
]
[
R11
AXIAL0.4
]
[
R12
AXIAL0.4
]
[
SB1
AXIAL0.3
]
[
SB2
AXIAL0.3
]
[
SB3
AXIAL0.3
]
[
SPEAKER
RAD0.1
]
[
U1
DIP-14
74ALS164
]
[
U2
DIP22
89C2051
]
[
VT1
TO-18
]
[
VT2
TO-18
]
[
VT3
TO-18
]
[
VT4
TO-18
]
[
VT5
TO-18
]
[
Y1
XTAL1
]
（
GND
U1-7
）
（
NetC1_2
C1-2
R6-2
U2-1
）
（
NetC2_2
C2-2
U2-4
Y1-2
）
（
NetC3_2
C3-2
U2-5
Y1-1
）
（
NetD3_2
D3-2
U2-11
）
（
NetD3_3
D3-3
VT5-1
）
（
NetD3_4
D3-4
SPEAKER-1
VT5-3
）
（
NetJ1_1
J1-1
J1-6
VT1-3
）
（
NetJ2_1
J2-1
J2-6
VT2-3
）
（
NetJ3_1
J3-1
J3-6
VT3-3
）
（
NetJ4_1
J4-1
J4-6
VT4-3
）
（
NetR2_2
R2-2
VT1-1
）
（
NetR3_2
R3-2
VT2-1
）
（
NetR4_2
R4-2
VT3-1
）
（
NetR5_2
R5-2
VT4-1
）
（
NetSB1_2
R12-2
SB1-2
U2-18
）
（
NetSB2_2
R11-2
SB2-2
U2-17
）
（
NetSB3_2
R10-2
SB3-2
U2-16
）
（
NetU1_1
U1-1
U1-2
U2-2
）
（
NetU1_3
J1-10
J2-10
J3-10
J4-10
U1-3
）
（
NetU1_4
J1-9
J2-9
J3-9
J4-9
U1-4
）
（
NetU1_5
J1-8
J2-8
J3-8
J4-8
U1-5
）
（
NetU1_6
J1-5
J2-5
J3-5
J4-5
U1-6
）
（
NetU1_8
U1-8
U2-3
）
（
NetU1_10
J1-4
J2-4
J3-4
J4-4
U1-10
）
（
NetU1_11
J1-2
J2-2
J3-2
J4-2
U1-11
）
（
NetU1_12
J1-3
J2-3
J3-3
J4-3
U1-12
）
（
NetU1_13
J1-7
J2-7
J3-7
J4-7
U1-13
）
（
NetU2_12
R5-1
R9-1
U2-12
）
（
NetU2_13
R4-1
R8-1
U2-13
）
（
NetU2_14
R3-1
R7-1
U2-14
）
（
NetU2_15
R1-1
R2-1
U2-15
）
（
Net_2
-1
-2
C2-1
C3-1
D3-5
R6-1
R10-1
R11-1
R12-1
VT5-2
）
（
VCC
-3
-4
C1-1
D3-1
R1-2
R7-2
R8-2
R9-2
SB1-1
SB2-1
SB3-1
SPEAKER-2
U1-9
U1-14
VT1-2
VT2-2
VT3-2
VT4-2
）
升级会员 