目 录

第一章  设计概述 …………………………………………………………………2

    1.1 ProtelDXP简介 ………………………………………………………….2

    1.2 设计目的及要求 ………………………………………………………….2

    1.3 设计流程 ……………………………………………………………….…2

第二章  原理分析 …………………………………………………………………3

    2.1  最小系统的结构 ……………………………………………………….3

    2.2  各电路的原理分析 …………………………………………………….3

第三章  原理图绘制 ………………………………………………………………8

    3.1  原理图设计的一般步骤 ……………………………………………….8

    3.2 元件库的设计 …………………………………………………………….8

第四章 PCB图的绘制………………………………………………………………12

    4.1  创建该项目下的PCB文件 ……………………………………….……12

    4.2  绘制PCB ………………………………………………………………. 12

    4.3  设计规则检查 ………………………………………………………….13

总 结…………………………………………………………………………………15

参考文献 ……………………………………………………………………………16

    第一章 设计概述

1.1 ProtelDXP简介

Protel DXP2004是Altium公司于20##年推出的最新版本的电路设计软件，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。当前比较流行的Protel 98、Protel 99 SE，就是它的前期版本。

Protel DXP 2004已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、Auto Router（自动布线器）和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。

　　与较早的版本——Protel99相比，Protel DXP 2004不仅在外观上显得更加豪华、人性化，而且极大地强化了电路设计的同步化，同时整合了VHDL和FPGA设计系统，其功能大大加强了。现代电子技术设计通常采用层次化设计的方法，一般分为四个层次，即系统级设计、电路级设计、芯片级设计和应刷电路板设计。相应地对于电气制图与电子线路CAD课程设计，从提出设计方案到完成系统设计方案，实验步骤可以分为五步：查阅资料、方案设计、电路设计、系统仿真和印刷电路板的设计。51单片机最小系统的设计通过硬件和软件结合的方法，实现一些扩展功能的应用，硬件电路实现显示和实际功能的应用。

   

1.2 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，作为测控技术与仪器专业，要通过学习一种典型电子线路CAD软件Protel DXP，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；

1.3 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

2.1 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：

 

                                               

2.                   Max232                                                                                                              

 

图1-1-1 总体设计框图

2.2 各电路的原理分析

2.2.1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。串行端口的基本特点
8031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1-2-1所示。

图2-2-1 串口电路设计

2.2.2.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2-2-2 Bell设计电路

2.2.3.AD&DA转换器设计

   AD转换器也就是模数(Analog to Digital)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(Digital to Analog)转换器，即将数字信号转换成模拟信号。

   AD&DA转换电路如图2-2-3所示。

图2-2-3 AD&DA转换电路

2.2.4.四位8段数码管的设计

   数码管电路设计如图2-2-4所示。

图2-2-4 数码管的电路设计

2.2.5.4*4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2-2-5所示。

                   

图2-2-5 矩阵键盘

第三章原理图绘制

3.1原理图设计的一般步骤

（1）打开Protel DXP2004 ，建立一个项目，并保存为“单片机最小系统”。一（2）下所有元件设计及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3-1-1 检查电路图

    

3.2 元件库的设计

   （1）根据所给的原理图，在DXP2004上画出图形。对于元件库里面没有的器件，需要自己先手动画出元件库，然后放在“最小系统及扩展”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。

     引脚图如下3-2-1：

图3-2-1 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3-2-2 封装内部图

  （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。

图3-2-3 封装追加图

  （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2-3-1所示。

图3-2-4 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3-2-3是总原理图：

图3-2-3 总原理图

四、PCB图的绘制

4.1创建该项目下的PCB文件

  点击文件菜单，选择创建中的PCB文件，所示。

        

 图4-1-1 创建PCB文件

4.2绘制PCB

    在PCB界面，点击设计中的Import Changes from PCB_Project1.PRJPCB，出现如图4-2-1所示界面。

图4-2-1  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。

    点击设计→规则→Routing→Width，右击添加规则，添加三个规则分别设置GND、VCC、和其它网络的线宽，设置图形如图4-2-2所示。

图4-2-2  PCB设计规则

   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8mm。

   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。

4.3设计规则检查(DRC)

   最后进行DRC检查。点击菜单栏工具→设计规则检查，会自动弹出设计规则检查器，点击运行设计规则检查即可，出现如图3-2-3所示图形，说明没有错误。若有错误，根据错误提示查找并改正，直到没有错误为止。

图4-3-1  DRC检查结果

图4-3-2 执行变化图

  

上述步骤无误后，最后得出的PCB图如图4-3-3所示。

图4-3-3  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Protel DXP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，主要是发现这个软件比较好用，可以直接在软件上看到仿真结果，这对我们在做实际的电路起一个指导作用。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

第二篇：电子线路CAD课程设计报告

电子线路CAD课程设计报告

院、  系：     信息工程学院      

专    业：        电子信息       

学    号：                         

姓    名：                        

指导教师：                         

 

   二0一二年   月    日

目             录

1、课程设计目的……………………………………………………2

2、课程设计题目描述和要求………………………………………2

2.1设计题目…………………………………………………………2

2.2设计要求…………………………………………………………2

3、课程设计报告内容………………………………………………2

3.1设计原理、方案论证…………………………………………2

3.2 protues电路设计原理图………………………………………3

3.3软件仿真方法和结果分析……………………………………4

3.4和仿真过程中出现的问题及解决方法………………………12

4、设计总结和心得体会……………………………………………12

一、    课程设计目的

课程设计以电子线路CAD软件设计原理为基础，重点在硬件设计领域中实用的电子线路设计软件的应用。掌握电子线路设计中使用CAD的方法。为后继课程和设计打下基础。

通过电路设计，掌握硬件设计中原理图设计、功能仿真、器件布局、在线仿真、PCB设计等硬件设计的重要环节。

二、    课程设计题目描述和要求

2.1设计题目：

1、振荡电路设计仿真

2、8051开发板的设计

3、振荡电路PCB设计

2.2设计要求：

1、按照老师所提供的实验指导书，利用proteus软件完成对振荡电路的设计仿真，要求能够按照原理图在软件中实现电路设计，并能够熟悉实验原理。

2、按照实验指导书的要求，在proteus软件中完成8051开发板的设计。要求在开发板中必须有CPU模块、二极管显示模块、蜂鸣器模块、串口通信模块、A/D模块、D/A模块以及键盘显示模块。另外要求能够学生自己动手设计创新两个模块。

3、利用protues软件自带的PCB板开发工具实现模拟振荡电路PCB板的硬件电路设计。

三、课程设计报告内容

3.1设计原理、方案论证

3.1.1振荡电路设计原理

该振荡电路使用555定时器组成多谐振荡器，多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。利用深度正反馈，通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止，从而自激产生方波输出的振荡器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。

3.1.2 8051开发板设计原理

 8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。

1.     中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

2.     数据存储器(RAM) ：8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

3.     程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。

4.     定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

5.     并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。

6.     全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。

7.     中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

8.        时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。

3.2 protues电路设计原理图

3.2.1 振荡电路原理图

3.2.2  8051开发板原理图

3.3 软件仿真方法和结果分析

3.3.1 振荡电路仿真及结果分析

1）振荡电路仿真图：

2）结果分析: V0的波形是通道A显示的图形(黄线)，电容上的电压Vc的波形是通道B显示的图形（蓝线）。

3.3.2  8051各个模块的仿真及结果分析

1）CPU模块

2）二极管显示模块

仿真图：

结果分析：将hex文件输入到cpu之后运行，LED灯会从上到下，在从下向上一次闪亮，表明运行正常。

3）嗡鸣器模块

仿真图：

结果分析：将hex文件输入到cpu中，打开开关，会播放一段音乐，表明运行正常。

4）串口通信模块

仿真图：

结果分析：将hex文件输入到cpu中，打开运行虚拟串口链接软件

打开串口调试助手，选择串口，当串口指示灯闪亮时，点击“手动发送”按钮，结果如图所示：

Virtual Terminal中显示数据成功，证明实验运行正常。

5）定时计数器模块

仿真图：

将hex文件加载到cpu中，运行，每点击一下button按钮计数加1，到9进高位，运行结果如图所示：

6）8255键盘显示模块

仿真图

将hex文件加载到cpu中，运行结果如图所示：

7）8只数码管滚动显示模块

仿真图：

将hex文件加载到cpu中，运行结果如图所示：

3.3.3        振荡电路PCB板的设计

   在震荡电路原理图中点击，生成网表并传输到ARES，将所有的元件放置到PCB板上，自动布线，结果如图所示：

3.4            设计和仿真过程中出现的问题及解决方法

使用protues软件在模拟过程中，首先把对应功能的hex文件加载到CPU中，然后运行。在运行二极管流水灯显示模块时第一次LED灯不会亮，经过检查发现我把二极管接反了，把二极管调过来后发现灯停在等D6处不走，但是把CPU模块和二极管流水灯显示模块单独拉出运行时却是正常的，经过分析得到结论是可能是在一个板子上绘制的模块过多，各个模块之间有一定的干扰，只要CPU模块中的连接二极管灯的部分正常就可以；在运行串口通信模块时，发现在串口调试助手里输入数据后，Virtual Terminal里不能显示，检查后发现Virtual Terminal里的波特率（Baud Rate）和串口调试助手里的不一样，两者的波特率改成一致的2400就运行正常了。

四、    设计总结和心得体会

通过本次课程设计，将课本上的知识与实际应用相结合，使我对于电路，数电，单片机等方面的知识有了更加清晰的认识。同时通过对protues软件的应用，加强了实践动手能力。在实验设计过程中遇到的问题，通过询问辅导老师，上网查找资料，请教同学最后都得到了解决。Protues软件功能的强大不仅仅是我们现在所知道的内容，只有不断的学习才能更加完善自我，掌握更多的知识，为以后的工作学习奠定基础。

参考文献

[1]《电路》，丘关源，高等教育出版社，20##年

[2]《数字电子技术基础》，阎石，高等教育出版社，20##年