市電電壓雙向越限報(bào)警保護(hù)器設(shè)計(jì)

1、沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 成績(jī)?cè)u(píng)定表成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)生姓名王鋒班級(jí)學(xué)號(hào)1203060131專 業(yè)通信工程課程設(shè)計(jì)題目市電電壓雙向越限報(bào)警保護(hù)器設(shè)計(jì)評(píng)語組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?20 年 月 日沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院信息科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè)通信工程學(xué)生姓名王鋒班級(jí)學(xué)號(hào)1203060131課程設(shè)計(jì)題目市電電壓雙向越限報(bào)警保護(hù)器電路的設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù)實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù)1. 繪制市電電壓雙向越限報(bào)警保護(hù)器設(shè)計(jì)的電路圖，用以完成電壓的 越限報(bào)警。2.采用 Protel 軟件進(jìn)行電路圖的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行雙面印刷版設(shè)計(jì)。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排工作計(jì)劃與進(jìn)度安排本學(xué)期第 20 周

2、：1.分析題目，查閱相關(guān)資料。2.采用 protel 繪圖軟件繪制市電電壓雙向越限報(bào)警保護(hù)器電路原理圖。3.繪制市電電壓雙向越限報(bào)警保護(hù)器電路的雙層印刷版圖。4.撰寫課設(shè)報(bào)告，進(jìn)行答辯驗(yàn)收。指導(dǎo)教師：劉洋、梁英 2015 年 1 月 5 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：2015 年 1 月 5 日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：2015 年 1 月 5 日沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 摘 要Protel 99 SE 主要有兩大部分組成，每一部分各有幾個(gè)模塊。第一部分是電路設(shè)計(jì)部分，主要有：原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括用于設(shè)計(jì)原理圖的原理圖編輯器 Sch，用于修改和生成原理圖元件的元件編輯器，以及各種報(bào)表的生成器 Schlib。印刷電路板

3、設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括用于設(shè)計(jì)電路板的電路板編輯器 PCB 以及用于修改，生成元件封裝的元件封裝編輯器 PCBLib。第二部分是電路仿真與可編程邏輯器件設(shè)計(jì)，主要有：電路仿真系統(tǒng)，包括一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)/?；旌闲盘?hào)電路仿真器，能在原理圖基礎(chǔ)上進(jìn)行連續(xù)的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)仿真?？删幊踢壿嬈骷O(shè)計(jì)，包括一個(gè)文本編輯器，用于編譯和仿真設(shè)計(jì)結(jié)果的 PLD 設(shè)計(jì)以及觀察仿真結(jié)果的波形。 本次實(shí)驗(yàn)我使用 Proter99SE 將模擬市電電壓雙向越限報(bào)警保護(hù)器制作電路原理圖，并生成 PCB 板，進(jìn)行 ewb 仿真電路設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)換電 PCB 板其步驟有：、創(chuàng)建schematic Document 文件畫出原理圖，檢驗(yàn)原理

4、圖、生成網(wǎng)表，建立 PCB Document 文件載入網(wǎng)表、修改封裝，元件布局、自動(dòng)布線、手工調(diào)整布線、PCB 板和仿真電路設(shè)計(jì)：同上建立仿真原理圖（使用 SIM 庫(kù)） ，設(shè)置仿真（需加入初始條件）生成仿真時(shí)序圖。在 Protel 99 SE 電路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)過程中，基本概念的理解和掌握是重中之重，只有這樣，設(shè)計(jì)思路才能清晰，設(shè)計(jì)才能規(guī)范。本設(shè)計(jì)以能顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間計(jì)數(shù)器為例來介紹 Protel 99 se 的使用方法。關(guān)鍵詞：Protel 99 SE；Sch；PCB；市電電壓；報(bào)警保護(hù)器沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 目 錄1設(shè)計(jì)目的與要求.12電路原理分析與設(shè)計(jì).12.1 市電電壓雙向越限報(bào)

5、警保護(hù)器電路工作原理簡(jiǎn)介 .12.2 元器件的選擇 .12.3 制作和調(diào)試方法 .12.4 市電電壓雙向越限報(bào)警保護(hù)器電路原理圖. 2 3PROTEL 99SE 繪制圖.23.1 元件庫(kù)的調(diào)用 .23.2 放置元件.33.3 原理圖的布線 .43.3.1 編輯和調(diào)整.53.3.2 檢查原理圖.73.4 生成網(wǎng)絡(luò)表.84PCB 設(shè)計(jì).104.1 圖形界面設(shè)計(jì) .104.2 加載網(wǎng)絡(luò)表.114.3 元器件布局.124.4 自動(dòng)布線.134.5 編輯和調(diào)整.144.6 鋪地.144.7 元器件材料清單的生成.15結(jié) 論.16參考文獻(xiàn).17沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 11 設(shè)計(jì)目的與要求市電電壓雙向越

6、限報(bào)警保護(hù)器的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)一個(gè)電路用來實(shí)現(xiàn)市電電壓雙向越限的報(bào)警。該報(bào)警保護(hù)器能在市電電壓高于或低于規(guī)定值時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)自動(dòng)切斷電器電源，保護(hù)用電器不被損壞。該裝置體積小、功能全、制作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)。2 電路原理分析與設(shè)計(jì)2.1 市電電壓雙向越限報(bào)警保護(hù)器電路工作原理簡(jiǎn)介市電電壓一路由 C3 降壓，DW 穩(wěn)壓，VD6 、VD7、C2 整流濾波輸出 12V 穩(wěn)定的直流電壓供給電路。另一路由 VD1 整流、R1 降壓、C1 濾波，在 RP1、RP2 上產(chǎn)生約 10.5V 電壓檢測(cè)市電電壓變化輸入信號(hào)。門 IC1A、IC1B 組成過壓檢測(cè)電路，IC1C 為欠壓檢測(cè)，IC1D 為開關(guān)，IC1E、

7、IC1F 及壓電陶瓷片 YD 等組成音頻脈沖振蕩器。三極管 VT 和繼電器 J 等組成保護(hù)動(dòng)作電路。紅色 LED1 作市電過壓指示，綠色管 LED2 作市電欠壓指示。市電正常時(shí)，非 IC1A 輸出高電平，IC1B、IC1C 輸出低電平，LED1 、LED2 均截止不 發(fā)光，VT 截止，J 不動(dòng)作，電器正常供電，此時(shí) B 點(diǎn)為高電平，F(xiàn)4 輸出低電平，VD5 導(dǎo)通 ， C 點(diǎn)為低電平，音頻脈沖振蕩器停振， YD 不發(fā)聲。當(dāng)市電過壓或欠壓時(shí)， IC1B、IC1C 其 中有一個(gè)輸出高電平，使 A 點(diǎn)變?yōu)楦唠娢?，VT 飽和導(dǎo)通，J 通電吸合，斷開電器電源，此 時(shí) B 點(diǎn)變?yōu)榈碗娢唬琁C1D 輸出高電平

8、，VD5 截止，反向電阻很大，相當(dāng)于開路，音頻脈沖 振蕩器起振，YD 發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光指示。2.2 元器件的選擇：集成芯片 IC 可選用 CD74HC0 4 六反相器，二極管 VD1VD6 選擇 IN4007，電容 C1 C6 均選擇鋁電解電容，耐壓 400V，穩(wěn)壓管選用 12V 穩(wěn)壓，繼電器 J 選用一般 6V 直流繼電 器即可，電阻選用普通 1/8 或 1/4W 碳膜電阻器，大小可按圖示。2.3 制作和調(diào)試方法調(diào)試時(shí)，用一臺(tái)調(diào)壓器供電，調(diào)節(jié)電壓為正常值（220V） ，用一白熾燈作負(fù)載，使 LED1、 LED2 均熄滅，白熾燈亮，然后將調(diào)壓器調(diào)至上限值或下限值，調(diào) RP1

9、 或 RP2 使 LED1 或 LED2 剛好發(fā)光，白熾燈熄滅，即調(diào)試成功。全部元件可安裝于一個(gè)小塑料盒中，將盒蓋上打兩個(gè)孔固定發(fā)光二極管，打一個(gè)較大一 點(diǎn)的圓孔固定壓電陶瓷片，并用一個(gè)合適的瓶蓋給壓電片作一個(gè)助聲腔，使其有較響的鳴叫聲。沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 22.4 市電電壓雙向越限報(bào)警保護(hù)器電路原理圖市電電壓雙向越限報(bào)警保護(hù)器電路原理圖本設(shè)計(jì)的電路圖 XIN.Sch 如圖 1 所示：沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 3圖 1 原理布線圖 3 Protel 99SE 繪制圖3.1 元件庫(kù)的調(diào)用進(jìn)入 Protel 99 SE 界面，執(zhí)行菜單 File/New 命令，創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，然后再選擇F

10、ile 菜單下的 new.，則彈出如下圖 2 所示對(duì)話框，從框中選擇原理圖服務(wù)器：圖 2 選擇原理圖服務(wù)器對(duì)話框窗口找到（Schematic Document）圖標(biāo)，雙擊該圖標(biāo)，建立原理圖設(shè)計(jì)文檔。雙擊文檔圖標(biāo)(設(shè)計(jì)所設(shè)的文件名為 XIN.Sch)，進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)主界面。執(zhí)行菜單Design/Options 和 Tool/Preferences，設(shè)置圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格等。沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 43.2 放置元件在設(shè)計(jì)管理器中選擇 Browse SCH 頁面，在 Browse 區(qū)域中的下拉框中選擇Library，然后單擊 ADD/Remove 按鈕，彈出的如圖 3 所示窗口，在窗

11、口中尋找 Protel 99 SE 子目錄，在該目錄中選擇 LibrarySCH 路徑，在元件庫(kù)列表中選擇所需的元件庫(kù)，比如 Miscellaneous devices ddb，TI Databook 庫(kù)等，單擊 ADD 按鈕，即可把元件庫(kù)增加到元件庫(kù)管理器中。為便于仿真，此設(shè)計(jì)選擇 Sim 元件庫(kù)。根據(jù)此實(shí)驗(yàn)電路的需要，到元件庫(kù)中找出所需的元件，然后用元件管理器的 Place 按鈕將元件放置在工作平面上（在擺放的過程中，可以通過 SPACE、X、Y）圖 3 元件庫(kù)增加窗口沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 5三種鍵來改變?cè)姆胖梦恢?，其?SPACE 鍵是讓元件作 90的旋轉(zhuǎn)，X 鍵使元件左右對(duì)調(diào)

12、，即以自光標(biāo)為軸作水平對(duì)調(diào)，Y 鍵使元件上下對(duì)調(diào)，即以自光標(biāo)為軸作垂直對(duì)調(diào)），再根據(jù)元件之間的走線把元件調(diào)整好。根據(jù)市電電壓雙向越限報(bào)警保護(hù)器的需要，實(shí)驗(yàn)從 Sim 元件庫(kù)中集成芯片 IC 可選用 CD74HC0 4 六反相器，二極管 VD1VD6 選擇 IN4007，電容 C1 C6 均選擇鋁電解電容，耐壓 400V，穩(wěn)壓管選用 12V 穩(wěn)壓，繼電器 J 選用一般 6V 直流繼電 器即可，電阻選用普通 1/8 或 1/4W 碳膜電阻器，在電源實(shí)體 Power Objects 中選擇 （地線）。3.3 原理圖的布線利用 Protel 99 SE 提供的各種工具指令進(jìn)行布線，將平面上的器件用具有

13、電氣意義的導(dǎo)線、符號(hào)連接起來，構(gòu)成一個(gè)完整的電路原理圖。本設(shè)計(jì)的電路圖 XIN.Sch 如圖4 所示：圖 4 原理布線圖 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 63.3.1 編輯和調(diào)整利用 Protel 99 SE 所提供的各種強(qiáng)大的功能對(duì)原理圖進(jìn)一步調(diào)整和修改，以保證原理圖的美觀和正確。同時(shí)對(duì)元件的編號(hào)、封裝進(jìn)行定義和設(shè)定，更改元件屬性等。由于相同元件較多，可選擇 Tools /Annotate(注釋)，彈出如下圖 5 所示對(duì)話框：沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 7圖 5 調(diào)整對(duì)話框選擇你想要的排序方式對(duì)元件進(jìn)行自動(dòng)編號(hào)。用鼠標(biāo)雙擊任一個(gè)元件都會(huì)彈出元件的屬性對(duì)話框。Lib Ref：元件樣本，修改此項(xiàng)將直

14、接替換原有的元件，元件樣本名不會(huì)顯示在元件圖上；Footprint：元件的封裝方式（元件的封裝是指設(shè)計(jì) PCB 時(shí)，根據(jù)實(shí)際元件尺而定義的焊點(diǎn)，另外還附加一些屬性和元件外觀的符號(hào)，需要注意的是每個(gè)元件的 Footprint 必須要添上相應(yīng)的封裝號(hào)）；Designator:設(shè)置元件的序號(hào)；Part Type:設(shè)置元件參數(shù)值。3.3.2 檢查原理圖使用 Protel 99 SE 的電氣規(guī)則，即執(zhí)行菜單命令 Tools/ERC 對(duì)畫好的電路原理圖進(jìn)行電氣規(guī)則檢查。主要是檢查電路中是否有電氣特性不一致的情況（如元件的序列號(hào)重復(fù)），ERC 檢查依據(jù)問題的嚴(yán)重性分別以錯(cuò)誤（Error）或警告（Warnin

15、g）信息來提示用戶。選擇 Tools 菜單下的 ERC 項(xiàng)，則彈出如圖 6 對(duì)話框：沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 8圖 6 ERC 選項(xiàng)直接點(diǎn)擊 OK 即可進(jìn)行 ERC 檢查。ERC 檢查文件時(shí)，如果有問題將用坐標(biāo)標(biāo)注重名元件的位置。返回電路原理圖，改正錯(cuò)誤的元件屬性后，再次進(jìn)行 ERC 檢查。正確結(jié)果如圖 7 所示：圖 7 ERC 檢查正確3.4 生成網(wǎng)絡(luò)表網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計(jì)和印刷電路板設(shè)計(jì)之間的橋梁,是 PCB 中自動(dòng)布線的靈魂。所以必須生成網(wǎng)絡(luò)表。選取 Design 設(shè)計(jì)菜單下的 Create Netlist 選項(xiàng)則會(huì)彈出如下圖 8 對(duì)話框：沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 9圖 8 Cre

16、ate Netlist 選項(xiàng)卡點(diǎn)擊 OK 就可生成網(wǎng)絡(luò)表文件 XIN.NET,如下圖 9 所示：沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 10圖 9 網(wǎng)絡(luò)表文件網(wǎng)絡(luò)表文件包含兩種內(nèi)容：一對(duì)方括號(hào)之間表示一個(gè)元件的屬性，有序號(hào)、封裝號(hào)和參數(shù)；一對(duì)圓括號(hào)之間是通過一個(gè)點(diǎn)的連接線，包括從哪各點(diǎn)出發(fā)，接到哪里。電路圖 XIN.Sch 全部完成。4 PCB 設(shè)計(jì)MFC 的圖形界面程序設(shè)計(jì)可在上述類設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，MFC 的圖形界面程序與 DOS 界面程序的主要不同點(diǎn)是：MFC 圖形界面程序與 DOS 界面程序的輸入輸出方式不同，DOS 界面程序采用字符交互式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入輸出，主要通過 cin，cout 等I/O

17、 流實(shí)現(xiàn)，而 MFC 的圖形程序界面采用標(biāo)準(zhǔn) Windows 窗口和控件實(shí)現(xiàn)輸入輸出，因此必須在 MFC 類的框架下加入上面所設(shè)計(jì)的矩陣和方程組類，并通過圖形界面的輸入輸出改造來完成。4.1 圖形界面設(shè)計(jì)執(zhí)行菜單 File/New 命令，彈出如下對(duì)話框，從框中選擇 PCB 設(shè)計(jì)服務(wù)器（PCB Document）圖標(biāo)，雙擊該圖標(biāo)，建立 PCB 設(shè)計(jì)文檔。雙擊文檔圖標(biāo)，進(jìn)入 PCB 設(shè)計(jì)服務(wù)器界面。如下圖 10 所示：沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 11圖 10 PCB 設(shè)計(jì)服務(wù)器界面此界面同 Sch 設(shè)計(jì)主界面相似，但地步增加了板層標(biāo)簽，用來在設(shè)計(jì)時(shí)快速地選擇板層。板層就是電路文件中可分層顯示的電路

18、板結(jié)構(gòu)圖，不同類板層尤其專用的使用意義。如有些板層可以進(jìn)行實(shí)體銅膜走線，有的板層沒有電氣性質(zhì)，純粹是為了在電路板上標(biāo)注說明文字。板層的概念很重要，制作 PCB 時(shí)一定要對(duì)所用的板層有個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。4.2 加載網(wǎng)絡(luò)表在設(shè)計(jì)工作區(qū)的板層標(biāo)簽上選擇 KeepOutLayer（這是一個(gè)在閉合板框內(nèi)支持自動(dòng)布線的層） ，然后選擇工具條 Placement Tools 上的按鈕，畫邊框（邊框按系統(tǒng)設(shè)定的顏色應(yīng)是紫色） 。此時(shí)畫的只是一個(gè)粗略的邊框，雖然沒必要太精確，但不能太大。待到布線完成后，再來畫精確的邊框。執(zhí)行菜單 Design/Load Nets 命令，然后在彈出的窗口中單擊 Browse 按鈕，再

19、在彈出的窗口中選擇電路原理圖設(shè)計(jì)生成的網(wǎng)絡(luò)表文件 XIN.Net，如下圖 11 所示：沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 12圖 11 選擇電路原理圖點(diǎn)擊 OK，單擊 Execute 鍵，元件就會(huì)加載到工作區(qū)上。4.3 元器件布局Protel 99 SE 既可以進(jìn)行自動(dòng)布局也可以進(jìn)行手工布局，執(zhí)行菜單命令 Tools/Auto Placement/Auto Placer 可以自動(dòng)布局，結(jié)果如下圖 12 所示。布局是布線關(guān)鍵性的一步，為了使布局更加合理，多數(shù)設(shè)計(jì)者都采用手工布局方式。先把重疊的元件拖開（當(dāng)用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)中任何重疊元件時(shí)，將彈出小的對(duì)話框，表示當(dāng)前點(diǎn)中的地方重疊了幾個(gè)元件）：當(dāng)移動(dòng)鼠標(biāo)到相應(yīng)

20、的字體上，字全變藍(lán)，單擊鼠標(biāo)左鍵，便可獲取一個(gè)元件，然后再將其拖走。依據(jù)電路的功能及元件的大小，適當(dāng)?shù)臄[放元件。沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 13圖 12 元器件布局圖4.4 自動(dòng)布線Protel 99 SE 采用世界最先進(jìn)的無網(wǎng)格、基于形狀的對(duì)角線自動(dòng)布線技術(shù)。執(zhí)行菜單命令 Auto Routing/All，彈出如下圖 13 所示窗口，并在彈出的窗口中單擊 Route all按鈕，程序即對(duì)印刷電路板進(jìn)行自動(dòng)布線。自動(dòng)布線完成后，將彈出如下圖 14 布線信沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 14息對(duì)話框：圖 13 菜單命令窗口圖圖 14 布線信息對(duì)話框它指出了布線的相關(guān)信息，如不先完成的程度、布了多少線

21、、還有幾條沒布完、布線所用的時(shí)間。點(diǎn)擊 OK，則布線完成。若對(duì)布線不滿意，可在工具下拉菜單上選“撤銷布線” ，恢復(fù)飛線狀態(tài)后可重新布線。4.5 編輯和調(diào)整邊框的修改一定要在 KeepOutLayer 來修改。自動(dòng)布線結(jié)束后，可能存在一些令人不滿意的地方，可以手工調(diào)整，把電路板設(shè)計(jì)得盡善盡美。首先，刪除不理想的布線，點(diǎn)擊 Edit/Delete 選項(xiàng)，光標(biāo)變成十字光標(biāo)，左鍵點(diǎn)擊要?jiǎng)h除的導(dǎo)線即可刪除。刪除導(dǎo)沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 15線后，焊點(diǎn)間以飛線連接，然后選取不同的層如 top layer(紅線)、bottom layer(藍(lán)線)，選擇來畫飛線之間連接的導(dǎo)線，注意同一層內(nèi)的導(dǎo)線不能交叉，直到將不滿意的導(dǎo)線改到滿意為止。布線結(jié)束后可適當(dāng)?shù)匦薷脑?shù)的位置，使布局看起來更加美觀。最后可得到下圖 15：圖 15 布線圖4.6 鋪地將設(shè)計(jì)工作區(qū)的板層標(biāo)簽上由 KeepOutLayer 轉(zhuǎn)至 TopLayer，再選擇工具欄上的按沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙 16鈕，將會(huì)彈出如下對(duì)話框，如圖 16 在 Connect to Net 中選擇 GND,點(diǎn)擊 OK，鼠標(biāo)將變成光標(biāo)，用光標(biāo)將邊框在畫一遍。 圖 16 Polygon Plane 對(duì)話框4.7 元器件材料清單的生成元器件材料清單的生成執(zhí)行 Repor