基于protel 99 se的电冰箱过压保护装置.docx

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基于protel99se的电冰箱过压保护装置

成绩评定表

学生姓名

班级学号

专业

通信工程

课程设计题目

基于protel的电冰箱过压保护装置

评

语

组长签字：

成绩

日期

2016年12月16日

课程设计任务书

学院

信息科学与工程学院

专业

通信工程

学生姓名

班级学号

课程设计题目

基于protel的电冰箱过压保护装置

实践教学要求与任务:

1.认真完成protel软件学习，熟练掌握基本操作。

2.绘制电冰箱过压保护电路原理图，要求布局符合电器规范、制图美观、可读性好。

3.绘制电冰箱过压保护电路原理图相应的双面印刷版图。

2.

4.提交课程设计报告，要求条理清楚、图文并茂，体现制图的必要过程。

工作计划与进度安排:

12月10日-11日：

分析题目、查阅课题相关资料、学习Protel99se相关知识。

12月12日-14日：

进行电路图绘制、PCB设计。

12月15日-16日：

撰写课程设计报告及答辩。

指导教师：

2016年12月16日

专业负责人：

2016年12月16日

学院教学副院长：

2016年12月16日

摘要

Protel99SE提供了一个集成的设计环境，包括原理图设计和PCB布线工具，集成的设计文档管理，支持通过网络进行工作组协同设计功能。

本设计的方案是利用电路电流的变化，使NE555定时器触发效果，从而达到对电冰箱电路进行保护，提高了对protel的应用和掌握水平。

关键字：

电路保护；NE555；Protel；Protel99SE

目录

1简单原理分析1

2Protel简介2

2.1电路工程设计部分2

2.2电路仿真与PLD部分2

3电路原理图的设计及绘制3

3.1电路原理图的设计3

3.1.1参数的选择计算3

3.1.2创建原理图设计文件5

3.1.3设置原理图绘制的工作环境6

3.2电路原理图的绘制7

3.2.1元件库的调用7

3.2.2原理图放置元件8

3.2.3连接电路方法8

3.2.4原理图的布线8

3.2.5元件参数设置和ERC测试9

3.2.6设置各个元件的封装10

3.2.7网络表11

4印刷电路板（PCB）设计，绘制12

4.1印刷电路板设计12

4.1.1创建印刷电路板设计文件12

4.1.2打开印刷电路板设计文件13

4.2印刷电路板（PCB）的生成13

4.2.1参数设置13

4.2.2元器件布局14

1简单原理分析

从目前我国供电情况来看，供电电压还不太稳定。

当电网电压

240V时，电动机绕组会因电流过载而出现发热导致破坏绝缘层的现象。

而当电网电压

180V时，会因启动转矩不足，造成压缩机启动困难，势必迫使电动机的启动电流成倍增长，超过设计的允许的限度，使压缩机受到损害。

由电冰箱的压缩机的工作原理可知，在电冰箱的压缩机处于工作状态时，不允许在电源突然中断后的短时间内重新接通电源，而应使电冰箱必须经过5分钟后才能恢复供电，才不会影响电冰箱的正常工作和人们的日常生活。

本设计通过利用对电路并联在供电电路中，由220V经变压器经过整理滤波得到电压，再经过电阻稳压二极管取得的过程，再经过LM339或LM393做电压比较器，用三极管做电子开关，用555组成定时器,它可以直接驱动继电器。

整体工作过程为：

由变压器把外界的电压变为家庭延迟保护电路工作所需的电压，此时的电压仍然是交流电压，首先经过整流桥进行半波整流，然后一部分信号输入到R8，另外一部分经过电容C3和C5进行滤波，然后经过78L12进行稳压、经过C6和C4进行再次滤波。

第二部分为稳定的电压进入比较器进行比较，通过调节R9和R7的阻值大小来确定输出，然后经过Q2进行放大，在经过D2然后输入到NE555中，若输入的电压小于180V或者大于240V时此时继电器的开关断开D5亮，说明此时的电压不正常，通过一定的外接的电路来控制冰箱的开关，当电压正常后，NE555有一定时间的延迟作用通过设计滑线变阻器的大小以及R5、C2、C7的大小来控制延迟时间的大小，比如本例中设计的时间为5分钟，当电压正常后D1灯亮，此时说明外界的电压正常，电冰箱可以正常工作，通过一定的外接电路控制使电冰箱工作。

附总组成原理实验图如图1.1所示。

图1.1组成原理实验图

2Protel简介

2.1电路工程设计部分

（1）电路原理设计部分（AdvancedSchematic99）：

电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。

本系统的主要功能是：

绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。

（2）印刷电路板设计系统（AdvancedPCB99）：

印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。

本系统的主要功能是：

绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。

（3）自动布线系统（AdvancedRoute99）：

本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。

2.2电路仿真与PLD部分

（1）电路模拟仿真系统（AdvancedSIM99）：

电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。

（2）可编程逻辑设计系统（AdvancedPLD99）：

可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。

本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。

利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。

（3）高级信号完整性分析系统（AdvancedIntegrity99）：

信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。

3电路原理图的设计及绘制

3.1电路原理图的设计

电路原理图是整个电路的设计基础，因此电路原理图的设计好坏，直接影响到最终印刷电路板的设计质量，一般来说，电路原理图的设计有以下几个步骤：

1.设置原理图绘制的工作环境；

2.放置所需要的电气元件；

3.原理图布线；

4.设置各个元器件的参数；

5.检查原理图和电气法则测试（ERC）；

6.设置各个元器件的封装。

电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在是正确性和布局合理的前提下力求美观。

3.1.1参数的选择计算

1、直流稳压电源部分元器件的选择

稳压器选用78L12，滤波电容C3取100uf，C6为进一步滤波的电容取470uf，经过78L12的稳压作用后再用C4和C5进行再次的滤波取C4的值为220uf，C5的值为100uf。

2、比较器的元器件的选用

两个比较器都用EL218电阻R3取10k，滑线变阻器的示值根据所需的电压大小的不同而不同，R4的取值为4.7k。

3、定时器IC的选择

555定时器选用NE555，其管脚外形图如下图所示。

工作电压

=11V。

定时器是一种产生时间延迟和多脉冲信号的控制电路，555定时器是用途极广的精密定时电路。

它的电源电压范围宽（5～18v），输出电流最大值可达200mA，能直接驱动大电流负载，最高工作频率可达300Khz,如图3.1所示。

555定时器IC的工作原理如图3.2所示。

图3.1555时基引脚功能图

图3.2555定时器内部原理图

上图为555时基集成电路的内部方框图，可以看出555时基电路由两个比较器

和

，一个晶体管，三个分压电阻，一个R-S触发器和一个功率输出电路构成。

上限比较器

的同相输入端6脚称为复位端R，当R端的点位高于

的反相输入端的点位

=（2/3）

时，

输出为“1”，使后随R-S触发器复位，输出端3脚

为逻辑“0”，电路处于复位状态。

下限比较器的反相输入端2脚称为置位触发端

，当

的电位低于

同相端的电位

=（1/3）

时，

输出为“1”，电路处于置位状态。

R-S触发器处于置位状态时，

=“1”，BG管截止，7脚对地断开，允许外部电容充电；当R-S触发器处于复位状态时，

=“0”，BG管导通，7脚对地相当于短路，外部电容通过BG管放电。

5脚为外部电压控制端，用于施加控制电压。

4脚

是R-S触发器的优先复位端，只要

为“0”，实际上

<0.7V时，无论R和S端处于什么点位,输出端

都为“0”，电路处于强制复位状态。

3.1.2创建原理图设计文件

打开protel99se，进入如图3.3所示界面。

设计之前，先创建一个以个人名称命名的数据库文件。

执行菜单File/New命令，从弹出的对话框中选择原理图服务器（SchematicDocument）图标，如图3.4所示，双击该图标，就创建了一个空白的原理图设计文档，双击该文档，就进入了原理图设计工作窗，如图3.5所示。

图3.3protel99se界面

图3.4新建文件

图3.5原理图设计文档

3.1.3设置原理图绘制的工作环境

执行菜单Design/Options，弹出如图3.6所示对话框，设置图纸大小、捕捉栅格、电气栅格等。

在这里我们为了便于打印输出，纸张尺寸设置为A4，其他选择默认设置。

图3.6原理图工作环境设置

3.2电路原理图的绘制

3.2.1元件库的调用

我们发现，左边多了一个BrowseSCH的选项卡。

单击则进入了原理图管理器，如图3.7所示，Libraries即所使用的元件库。

一般来说，默认元件库MiscellaneousDevices.lib即可满足需要。

如需使用其他元件库，则可按照以下步骤选择新的库文件，如图3.8所示。

图3.7默认元件库

图3.8元件库列表

3.2.2原理图放置元件

（1）电容、电阻等常用元件也在MiscellaneousDevices.Lib库里，该应该已经在Libraries面板中被选择。

（2）在Libraries面板的元件过滤器栏键入cap或res。

（3）在元件列表中点击元件选择它，然后点击Place按钮。

现在在你的光标上悬浮着一个电容符号。

（4）按TAB键编辑电容的属性。

在ComponentProperties对话框的Properties单元，设置Designator，检查PCB封装模型。

（5）规则栏的设置将显示在原理图中。

点击规则列表中的Add显示ParameterProperties对话框，进行相应的设置。

3.2.3连接电路方法

连线起着在电路中的各种元件之间建立连接的作用。

（1）从菜单选择Place»Wire或从WiringTools工具栏点击Wire工具进入连线模式。

光标将变为十字形状。

（2）将光标放在元件一端。

当你放对位置时，一个红色的连接标记会出现在光标处。

这表示光标在元件的一个电气连接点上。

（3）左击或按ENTER固定第一个导线点。

移动光标你会看见一根导线从光标处延伸到固定点。

（4）将光标称到Q1的基极上，你会看见光标变为一个红色连接标记。

左击或按ENTER连接到Q1的基极。

（5）完成这部分导线的放置。

注意光标仍然为十字形状，表示你准备放置其它导线。

要完全退出放置模式恢复箭头光标，你应该再一次右击或按ESC。

3.2.4原理图的布线

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。

在本设计中，为了使原理图更加简洁，大量使用了网络标号工具进行连接，配合连线工具，最终连接好的原理图如图3.9所示，保存原理图。

图3.9原理图

3.2.5元件参数设置和ERC测试

电路中每个元件都有不同的参数，因此原理图连线完毕之后，就需要进行各个元器件的具体参数，编号等，设置的方法是，双击原理图上的元件，弹出参数设置对话如图3.10所示。

图3.10元件参数设置

根据实际要求，修改各个参数。

修改完成后，执行TOOL/ERC菜单命令,弹出ERC设置对话框。

在生成网络表的图纸（sheetstonetlist）选项中，选择第一项当前激活的项目（activesheet），在网络标号的有效范围（netidentifierscope）选项中,选择第一项网络标号和IO端口全局有效（netlabelsandportsglobal）其它选择默认选项。

确认后，生成REC报告文件

如图3.11所示,报告文件现实，原理图连接没有错误。

图3.11ERC测试

3.2.6设置各个元件的封装

封装就是元器件的实际形状，它是元器件在印刷电路板上的装配形式，决定着印刷电路板制成后的大小，形状，以及电路板上的布线策略。

所以选择好元器件的封装非常重要。

设置元件封装的方式与元件的参数设置方式相同，在参数设置对话框的footprint栏中设置各个元件的封装。

在在本设计中所用到的元件封装形式，如下图3.12。

图3.12元件封装表

3.2.7网络表

生成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，如图3.13所示，保存网络表。

图3.13网络表

4印刷电路板（PCB）设计，绘制

4.1印刷电路板设计

印刷电路板的设计是从电路原理图变成一个具体产品的必经之路,因此,印刷电路板设计是电路设计中最重要、最关键的一步。

通常，印刷电路板设计的具体步骤如下：

1.参数设置

2.规划电路板

3.导入网络表和元器件

4.布线和调整

5.DRC检验

6.打印输出

电路设计的最终目的是为了设计出电子产品，而电子产品的物理结构是通过印刷电路板来实现的。

Protel99SE为设计者提供了一个完整的电路板设计环境，使电路设计更加方便有效。

4.1.1创建印刷电路板设计文件

执行菜单File/New命令，从框中选择PCB设计服务器（PCBDocument）图标，如图4.1所示，双击该图标，就建立了一个PCB设计文档。

图4.1新建PCB文档

4.1.2打开印刷电路板设计文件

双击文档图标，进入PCB设计工作窗口，如图4.2所示。

图4.2PCB设计文档

4.2印刷电路板（PCB）的生成

4.2.1参数设置

参数设置是电路板设计非常重要的环节，它关系到电路板设计的质量好坏。

执行菜单design/layerstackmanager命令，打开板层设置管理器，如图4.3所示。

在此，可以设置绘制的印刷电路板的板层数量，在本次设计中，选择为默认的双面板。

图4.3面板设置

4.2.2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。

在本次设计中，采取自动布局和手动布局相结合的方法，布局完成后的设计文件如图4.4所示。

图4.4布线后的印刷电路板（PCB）

结论

随着电子工业的飞速发展，电路设计越来越复杂，手工设计越来越难以适应形势发展的需要，Protel99SE以其强大的功能、快捷实用的操作界面及良好的开放性，为设计者提供了现代电子设计手段，使设计者能快捷、准确地设计出满意的电路原理图和印刷电路板，不愧是从事电路设计的一个良好的工具。

通过本次电子电路的设计，我学到了很多东西，最重要的是去做好一个东西的心态，也许在选择题目时会觉得困难，但是只要充满信心，一步一个脚印去实现它，就会完成的。

设计时最麻烦的就是仿真了，由于PROTEL软件不是很完美，有时候画的线和其它线重要合时会看常常不到，有时又会明明连接的是这个端点，一移动时却联到任外一个端点了，再加上电路大，显示器的界面宽度有限，所以操作起来有些麻烦，一但出现问题就要重新来，在绘制模拟电路图和PCB时我重复好几次，但是这个时候只要有足够的耐心，成功就在前方。

在这个过程中我既体会到失败的懊恼，又体会到成功的喜悦。

经过为期五天的实训使我对protel有了更深层次的了解，在巩固以前知识的同时又学到了很多的新知识。

提高了自学的能力，学会了做PCB板的技术。

参考文献

1.雪茗斋研究室《ProtelDXP电路设计制版100例》人民邮电出版社，2003

2.余周军《ProtelDXP入门与提高》.中国铁道出版社，2007

3.孙江宏《ProtelDXP电路设计与仿真应用》机械工业出版社，2004

4.林春方《电子线路学习指导与实训》北京电子工业出版社，2001

5.杨宝清宋文贵主编《实用电路手册》机械工业出版社，2006

6.罗先觉《电路》高等教育出版社，2007

附录：

附表1元件列表