电子线路CAD课程设计报告.docx
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电子线路CAD课程设计报告
第1章绪论………………………………………………………………………2
设计目的及要求…………………………………………………………2
设计流程………………………………………………………………...2
第二章原理分析…………………………………………………………………3
最小系统的结构……………………………………………………….3
各电路的原理分析…………………………………………………….3
第三章原理图绘制……………………………………………………………8
原理图设计的一般步骤………………………………………………8
元件库的设计…………………………………………………………..8
第四章PCB图的绘制……………………………………………………………12
创建该项目下的PCB文件……………………………………….…..12
绘制PCB………………………………………………………………12
总结……………………………………………………………………………15
参考文献…………………………………………………………………………16
附录………………………………………………………………………………17
第一章绪论
设计目的及要求
电子线路CAD是以电为主的机电一体化工科专业的专业基础课，作为通信工程专业，要通过学习一种典型电子线路CAD软件altiumdesigner，掌握计算机绘制包括电路（原理）图、印刷电路板图在内的电气图制图技能和相应的计算机仿真技能。
通过本次设计，达到了解DXP软件的运用，认识51单片机的最小系统的构成以及学会改正制图过程中遇到的问题。
根据课程设计的题目，独立设计、绘制和仿真电路，实现51单片机的最最小系统。
要求如下：
（1）设计出原理图自己绘制51单片机最小系统的电路图，分析电路图中各小电路的工作原理；
（2）用DXP软件画出原理图；
（3）用DXP软件仿真出PCB板，熟悉电路板的加工工艺；
设计流程
本次设计主要是熟练运用DXP作出最小单片机系统的电路图，以下通过介绍最小系统的各部分电路的电路图及原理，通过在DXP上绘制原理图，检查并修改错误，最后生成完整PCB板。
第二章原理分析
最小系统的结构
单片机单片微控制器，是在一块芯片中集成了CPU（中央处理器）、RAM（数据存储器）、ROM（程序存储器）、定时器/计数器和多种功能的I/O（输入和输出）接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。
单片机最小系统电路主要集合了串口电路、USB接口电路、蜂鸣器与继电器电路、AD&DA转换电路、数码管电路、复位电路、晶振电路和4*4矩阵键盘等电路。
如下介绍几种简单的电路设计。
下图是本次设计的的几个有关电路图总体框图：
4*4矩阵键盘
（SW_BP16）
蜂鸣器
（Bell）
串口电路
（MAX232）
显示电路
（8SEG）
AD&DA转换
复位电路
时钟晶振电路
51
单
片
机
2.
图2-1总体设计框图
各电路的原理分析
晶振电路+按键复位电路设计
图2-2
串口电路设计
51系列单片机片内有一个串行I／O端口，通过引脚RXD（P3．0）和TXD（P3．1）可与外设电路进行全双工的串行异步通信。
8051单片机的串行端口有4种基本工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任一方式，以满足不同应用场合的需要。
其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以扩展单片机的I／O电路；方式1多用于双机之间或与外设电路的通信；方式2，3除有方式l的功能外，还可用作多机通信，以构成分布式多微机系统。
串行端口有两个控制寄存器，用来设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送的波特率（每秒传送的位数）以及作为中断标志等。
在一定条件下，向阳UF写入数据就启动了发送过程；读SBUf就启动了接收过程。
串行通信的波特率可以程控设定。
在不同工作方式中，由时钟振荡频率的分频值或由定时器Tl的定时溢出时间确定，使用十分方便灵活。
串口电路设计主要是采用RS232与上位机PC相连，驱动串口电路则使用MAX232芯片进行设计，电路设计如图2-3所示。
图2-3串口电路设计
蜂鸣器设计
蜂鸣器一般作为报警功能使用，结构比较简单，使用起来很方便。
蜂鸣器设计电路如图2-2-2所示。
图2-4Bell设计电路
&DA转换器设计
AD转换器也就是模数（AnalogtoDigital）转换器，即将模拟量（如电压、电流等）转换成数字量显示。
设计采用了TI公司的AD芯片TLC549，这是一种低价位、高性能的8位AD转换器，是以8位开关电容逐次逼近的方法实现A/D转换。
DA转换器就是数模（DigitaltoAnalog）转换器，即将数字信号转换成模拟信号。
AD&DA转换电路如图2-5所示。
图2-5AD&DA转换电路
四位8段数码管的设计
数码管电路设计如图2-6所示。
图2-6数码管的电路设计
矩阵键盘的设计
在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立按键键盘相比，要节省很多的I/O口。
矩阵键盘的按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。
列线通过上拉电阻接到+5V。
平时无按键动作时，列线处于高电平状态，而当由按键按下时，列线电平状态将由与此列线相连的行线电平决定。
行线电平如果为低，则列线电平为低；行线电平如果为高，则列线电平亦为高。
这一点是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。
该电路中还有一个与门，这个与门用来产生中断信号，当键盘中没有键按下时，所有行线的输出都应为低电平，以区别于列线状态，当矩阵键盘中任何一只键按下时，与门输出由高电平变为低电平，向CPU申请中断，由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平。
因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。
矩阵键盘的电路设计如图2-7所示。
图2-7矩阵键盘
第三章原理图绘制
原理图设计的一般步骤
（1）打开altiumdesigner，建立一个项目，并保存为“cad课设”。
（2）下面所有元件设计及PCB的制作都要求在这个项目中进行。
（3）打开文件中创建原理图，点击。
进入原理图界面，此时根据原理图图纸大小及版图选择符合自己的板式。
（4）放置元件。
从元件库中选取所需元件。
（5）原理图布线。
（6）检查原理图是否正确，显示详情。
图3-1检查电路图
元件库的设计
（1）根据所给的原理图，在altiumdesigner上画出图形。
对于元件库里面没有的器件，需要自己查阅芯片数据手册手动画出元件库，然后放在“mydevice”元件库中。
（2）如下图所示。
先点击文件选项中创建，选中库，继续点击原理图库。
根据要求画出元件的引脚图。
手动绘制元件如下
图3-2STC89C52、74574、引脚图
（3）对元件进行封装。
点击文件菜单中的PCB，画出内部封装形式，需要加入焊盘等。
图3-3STC8C52的封装
图3-474ls574封装
（4）封装完成后，对元件进行追加，保存，进而完成元件库中一个芯片的设计。
然后将自己绘制的元件图库和封装图库放置在新建一个集成库“mydevice”中，编译集成库，即可将绘制的元件导入到library中。
（5）画好原理图之后，所有的元器件的标号都没标号，因此需要统一注释，点击工具→注释，会出现如下图形3-5所示。
图3-5原理图注释
（6）然后点击更新变化表，会提示有多少个变化，点击OK即可。
如下图3-6是总原理图：
图3-6总原理图
（7）对生成的原理图进行编译，project中选择的compiledocument...，
如下图3-7
图3-7
出现如上界面，根据消息messages中的错误和警告对原理图进行修改，直到错误和警告全部改好。
四、PCB图的绘制
创建该项目下的PCB文件
点击files，选择PCBBoardWizard，如下图4-1所示。
图4-1创建PCB文件
绘制PCB
在PCB界面，点击design中的ImportChangesfrom，出现如图4-2所示界面。
图4-2导入PCB工程变化订单
依次点击是变化生效、执行变化，如果没有错误显示，就可以关闭了。
若有错误出现，根据错误提示改正，然后重复操作导入步骤，直到没错误为止，最后关闭该窗口。
先自动布局，然后手工调整，尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局。
因为有很多芯片为表贴元件，其焊盘较小，为避免与导线宽度规则相矛盾，修改安全距离Clearance为3mm。
当手动布局完成之后，开始PCB自动布线。
点击自动布线→全部对象。
如果觉得布线不是很理想，可以自己手动布线。
上述步骤无误后，最后得出的PCB图如图4-3所示。
图4-3单片机最小系统PCB图
总结
通过做这次电气制图与电子线路CAD的课程设计，发现自己对altiumdesigner软件还不是很熟悉，导致制图的时候不是那么得心应手。
尤其是刚开始学这个软件的时候，有时候有些原件需要找较长的时间，制图出了问题也不知道该怎么解决。
不过通过这段时间的学习，我对这个软件的兴趣越来越浓厚，我希望在之后的学习中能多学和多用这个软件，以此来填补自己在制图方面的缺陷，并为以后的学习和工作打下坚实的基础。
参考文献
[1]邵群涛主编.电气制图与电子线路CAD.机械工业出版社
[2]郭天祥主编.51单片机C语言教程.电子工业出版社
[3]秦实宏徐春辉主编.MCS-51单片机原理及应用.华中科技大学出版社
附录
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