基于Protel99365倒計時器設計

1、 自動化專業(yè)電子線路CAD課程設計 成績課程論文 題 目： 基于Protel99的365倒計時器設計學生姓名： 學生學號： 系 別： 電氣信息工程學院 專 業(yè)： 自 動 化 年 級： 任課教師： 基于Protel99的365倒計時器的設計 摘 要Protel設計系統(tǒng)是世界上第一套將EDA環(huán)境引入到Windows環(huán)境中的EDA開發(fā)工具，是具有強大功能的電子設計CAD軟件，它具有原理圖設計、印刷電路板（PCB）、設計層次原理圖設計、報表制作、電路仿真以及邏輯器件設計等功能，是進行電子設計最有用的軟件之一。是個完整的板級全方位電子設計系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層

2、印制電路板設計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客戶/服務器）體系結構，同時還兼容一些其它設計軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度PCB的100%布通率。在國內PROTEL軟件較易買到，有關PROTEL軟件和使用說明的書也有很多，這為它的普及提供了基礎。想更多地了解PROTEL的軟件功能或者下載PROTEL99的試用版，可以在INTERNET上。單片機全稱為單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）。因為單片機主要用于控

3、制系統(tǒng)中，所以又稱微控制器或嵌入式控制器。它具有嵌入式應用系統(tǒng)所要求的體系結構，微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式、管理模式等。它把計算機的基本部件都微型化集成到一塊芯片上，通常片內部都含有中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM，EPROM，F(xiàn)lsh ROM）、定時器/計數(shù)器和各種輸入/輸出（I/O）接口。本次實驗課設是利用單片機設計一個簡易的365倒計時器，并利用Protel 99 SE對其原理圖進行繪制，PCB圖制作和仿真.關鍵字：Protel設計；單片機；365計數(shù)器；原理圖繪制；PCB制作1倒計時原理總體設計思想倒計時器以AT89C52單片機為核心，起著控制作用。系統(tǒng)

4、包括四位數(shù)碼管顯示電路，按鍵電路，復位電路，時鐘電路。倒計時的總體框圖如下圖所示：按鍵電路模塊復位電路晶振電路模塊AT89C52數(shù)碼管顯示電路模塊倒計時的總體框圖1.1復位電路復位是單片機的初始化操作，只需給AT89C52的復位引腳RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可得單片機復位.復位時，PC初始化為0000H，使單片機從OUT單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，由于程序運行出錯或操作錯誤而使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)。為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復位鍵使得RST腳為高電平，使單片機重新啟動。在系統(tǒng)中，有時會出現(xiàn)顯示不正常。為了調試方便，需要設計一個復位電路。AT89C5

5、2單片機復位電路共有上電復位、按鍵電平復位和按鍵脈沖復位。本系統(tǒng)的復位電路主要完成系統(tǒng)的上電復位和系統(tǒng)在運行時用戶的按鍵復位功能。復位電路可由簡單的RC電路構成，也可使用其它的相對復雜，但功能更完善的電路。本系統(tǒng)采用的電路工作原理是：上電瞬間，RC電路充電，RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET保持10ms以上高電平，就能使單片機有效的復位。當時鐘頻率選用12MHz時，C取10uF，R取10K，上電自動復位電路由上電瞬間C與R構成充電電路，RESET端的電位與電源Vcc相同，隨著充電電流的減少，RESET的電位逐漸下降。RC時間常數(shù)越大，上電時RESET端保持高電平的時間越長，這組參數(shù)足以

6、保證復位操作。若復位電路失效，加電后CPU從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運行。按鍵S5的功能是按鍵復位，按下S5鍵時RST為高電平，只要保持10ms以上的高電平，就可以使單片機復位。按鍵復位用在系統(tǒng)運行時的復位，使系統(tǒng)重新運行。圖1復位電路1.2時鐘電路時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準有條不紊地一拍一拍地工作的。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統(tǒng)得穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。單片機必須在時鐘的驅動下才能工作。在單片機內部有一個時鐘振蕩電路，只要外界一個振蕩源就能產生一定的

7、時鐘信號送到單片機內部的各個單元，決定單片機的工作速度。本系統(tǒng)使用的是內部時鐘方式。一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調。圖2 時鐘電路1.3按鍵電路本系統(tǒng)的按鍵電路的作用是能夠調整倒計時的初始值。用四個按鍵分別設定它們的四種初始狀態(tài)。所達到的效果是按一下對應的鍵時，所對應的值出現(xiàn)。s3對應365的設定，s2對應十位的設定，s1對應個位的設定。另外s1按鍵不但可以設定個位的初值，還可以起到暫停倒計時運行的

8、作用；即當系統(tǒng)在運行時，按s1鍵，系統(tǒng)暫停，如果繼續(xù)按s1鍵，則數(shù)的值增加，完成的是設定9的功能。同樣，s4也有兩個功能：一個是設定三位數(shù)的初值，一個是起到開啟系統(tǒng)的作用，即當系統(tǒng)處于暫停時，按s4鍵，則系統(tǒng)開始運行，如果繼續(xù)按s4鍵，則完成的是設定天的初值的功能。1.4數(shù)碼管顯示電路通常在顯示上采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，另一種是動態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多，所耗得電能較大；動態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復雜，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。本系統(tǒng)的倒計時時間的最大范圍是365。從格式可知數(shù)碼管顯示電路要用到3位數(shù)

9、碼管。本系統(tǒng)選了三個數(shù)碼管有段選和位選控制，在此電路中有8個位選，8個段選，分別用單片機的P0口和P1進行8個位的控制。2. Protel原理圖繪制2.1 創(chuàng)建文件 1.打開protel 99se程序，點擊file，new選擇路徑建立一個工程圖 3建立工程2.點擊ok，下一步，新建一個SCH文件，也就是電路圖設計項目，選擇schematic Document圖4新建SCH文件3.初始界面形成以后，可以更改圖紙，點擊design-Option圖5更改圖紙4.如果原始元件庫中沒有自己選擇需要的原件所在的庫，點擊對話框下方的add，再點擊OK圖6添加原理庫2.2 原理圖繪制 2.2.1選取原件點擊左

10、邊工具欄的Browse Sch，在元件庫中找到所需要的原件，雙擊后仿真設計圖紙中。圖7選取原價圖2.2.2.擺放原件，設置屬性1.雙擊原件后，按tab鍵設計元件的屬性，如圖1.6如圖更改原件屬性，更改原件名稱，注意名稱每個原件不能相同，更改封裝（footprint），每種元器件對應一種封裝.，如圖是開關原件的屬性。 圖8屬性圖如圖為單片機89C52的屬性對話框圖9屬性圖表1原件清單表物理原件標識注釋封裝 AT89C52U1AT89C52DIP-402N3904Q12N3904TO-522N3904Q12N3904TO-522N3904Q12N3904TO-52普通電容C1普通電容RAD0.1普

11、通電容C2普通電容RAD0.1CRYSTALC3CRYSTALAXIAL0.4電解電容C4電解電容RAD0.1SW-PBS1SW-PBSW-0.4SW-PBS1SW-PBSW-0.4SW-PBS1SW-PBSW-0.4SW-PBS1SW-PBSW-0.4RES1R1RES1AXIAL0.4RES1R2RES1AXIAL0.4RES1R3RES1AXIAL0.4RES1R4RES1AXIAL0.4RES1R5RES1AXIAL0.4RES1R6RES1AXIAL0.4RES1R7RES1AXIAL0.4Dpy Red-CCDS1Dpy Red-CCMO-00410Dpy Red-CCDS2Dpy

12、 Red-CCMO-00410Dpy Red-CCDS3Dpy Red-CCMO-004102.將原件按照電路要求擺放好，注意要給連線做好準備。圖10 擺放原件2.2.3元件連線使用WiringTools中的連線工具對電路圖中的原件進行連線。要注意該線是否有電氣性質。當預拉線的指針移動到元件的引腳或其他電氣特性線時，指針的中心將會出現(xiàn)一個黑點，它提示我們在當前狀態(tài)下單擊鼠標左鍵就會形成一個有效的電氣連接。連接好的原理圖。圖11 365倒計時原理圖2.3電氣規(guī)則檢查當整個電路設計完成后，可以進行電氣規(guī)則檢查。主要是檢查電路圖中是否有電氣性質不一致的情況。電氣規(guī)則檢查依據(jù)問題的嚴重性分別以錯誤或警

13、告信息來提示用戶。ERC檢查報告無錯后進行下一步。圖12電氣規(guī)則檢測2.4生成網絡表網絡表非常重要，它是PCB中自動布線的靈魂，也是原理圖設計軟件SCH與印刷電路板軟件PCB之間的接口。所以必須生成網絡表。選取設計菜單下的create netlist選項，點擊OK后生成網點擊OK后生成網絡表.圖13生成網絡表2.5生成材料清單執(zhí)行菜單命令Report/BILL OF MATERIAL出現(xiàn)新的對話框選擇sheet點擊下一步，其他默認直到倒數(shù)第二步將Protel Format、CSV Format、Client Spreadsheet全部選中點擊下

14、一步和Finish就生成了材料清單圖14生成材料清單16淮南師范學院電氣信息工程學院10級自動化電子線路CAD課程設計3PCB圖的制做3.1創(chuàng)建PCB文件創(chuàng)建PCB文件同創(chuàng)建sch電路圖文件一樣，雙擊進入document，執(zhí)行菜單命令/【NEW】，雙擊 即可創(chuàng)建PCB文件。在生成PCB文件之前應保證原理圖沒有錯誤，文件生成后將所需要的庫文件導入到PCB，否則即使原理圖無錯誤系統(tǒng)也會報錯。圖15創(chuàng)建PCB3.2規(guī)劃PCB版并導入網絡表1.設定工作層面：執(zhí)行菜單命令Design/Options后， Design/Options頁面基本工作層面說明： 信號層（Signa

15、l Layers）：用來放置元件、導線等與電氣信號有關的電氣元素。對于制作雙面板而言，要選中頂層銅膜布線面（Top Layers）和底層銅膜布線面（Bottom Layers）。絲印層（Silkscreen）：用于繪制元件的外形輪廓，元件序號和標注字符等。一般選中頂層（Top overlay）即可。防護層（Mask）：自動生成，不選。禁止布線層（Keep Out Layer）：用于規(guī)定放置元件和布線的區(qū)域。多層面（Multi layer）：用于快速把對象（例如，焊盤和過孔）加入到所有的信號層，選中即可。其它的選項使用默認設置

16、即可。2.規(guī)劃電氣邊界：在禁止布線層（Keep Out layer）進行。首先點擊相應的層面標簽：然后在此層面上繪制一個區(qū)域（一般為方形）。在*.Sch文件界面下，執(zhí)行菜單命令Design/Update PCB,會出現(xiàn)一個界面。全部使用默認值。然后單擊按鈕進入Update Design對話框的Changes選項卡，可以發(fā)現(xiàn)更新過程是否存在錯誤。如果沒有錯誤，單擊對話框的按鈕Execute即可將本次更新的變動反映在PCB文件中。3.在PCB狀態(tài)下執(zhí)行菜單命令【Design】/【Netlist……】,在出現(xiàn)的對話框中點

17、擊標簽  然后選擇之前創(chuàng)建好的后綴名為.net的網絡表。若元件封裝、原理圖均無錯誤后即可在PCB版上生成元器件。在網絡表文件載入時，常常會出現(xiàn)兩種錯誤：Footprint Not Available(封裝元件遺漏)、Node Not Found(引腳遺漏)。在加載的時候，應該注意改正錯誤，得到正確的網絡表。生成的PCB圖16 生成的PCB4.定義邊框。在設計工作區(qū)的版層標簽上選擇keepOut layer，選取工具條上的放置銅膜走線，畫一個邊框。只要圈住所有器件就行，不用太大。圖17 PCB邊框3.3元器件的擺放及布自動布線 Prot

18、el PCB 內集成了一個功能強大而品質高超的自動布線程序，能自動地設計出最佳的自動布線策略。選擇自動布線菜單中的All，在彈出的對話框中選RouteAll便開始自動布線程序，布線完成后在彈出的對話框中選擇OK便完成了自動布線。自動布線圖18 PCB自動布線圖4.總結.通過本次Protel課程設計，自己更加熟悉了該軟件的操作，了解了Protel在電路原理圖的繪制和PCB板制作上的強大功能。通過一個星期的課程設計，發(fā)現(xiàn)自己的實踐經驗還比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力需要提高。本次課設是制作了365倒計時器，在課設過程中，鞏固了數(shù)字電路方面的理論知識，通過這次課程設計，我掌握了做課程設計的基本思路和方法，在腦海里形成了基本的設計理念和設計技巧，鍛煉了自己的思維能力與動手能力。本次設計實驗在原理圖倒成PCB因為封裝不對，在經過查詢各種資料，和咨詢網絡，最終做成了，小有成就感。這也啟示自己遇到困難不輕易言棄。參考文獻1 謝自美，電子線路設計 實驗 測試（第三版），武漢：華中科技大學