protel應(yīng)用課程設(shè)計-二十三進(jìn)制計數(shù)器設(shè)計

武漢理工大學(xué)《Protel應(yīng)用實踐》課程設(shè)計說明書PAGE24武漢理工大學(xué)《Protel應(yīng)用實踐》課程設(shè)計說明書課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：工作單位：題目:Protel應(yīng)用實踐——二十三進(jìn)制計數(shù)器設(shè)計初始條件：Protel99se及以上版本如protelDXP要求完成的主要任務(wù):繪制具有一定規(guī)模、一定復(fù)雜程度的電路原理圖*.sch（自選）?？梢陨婕澳M、數(shù)字、高頻、單片機(jī)、或者一個具有完備功能的電路系統(tǒng)。繪制相應(yīng)電路原理圖的雙面印刷版圖*.pcb對電路原理圖進(jìn)行仿真，給出仿真結(jié)果（如波形*.sdf、數(shù)據(jù)）并說明是否達(dá)到設(shè)計意圖。時間安排：序號階段內(nèi)容時間1安排任務(wù)第17周2電路選擇與繪制第18周3撰寫報告第18周4答辯第18周合計2周指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日摘要本次課程設(shè)計，是為了練習(xí)使用Protel軟件繪制原理圖，制作PCB，并對原理圖進(jìn)行仿真。在這次課程設(shè)計中，我選擇以555定時器電路來產(chǎn)生矩形脈沖波，作為計數(shù)器的脈沖輸入。555定時器應(yīng)用非常廣泛，可以由555定時器來構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器。為了得到可調(diào)的矩形脈沖波形，選擇用555定時器構(gòu)成的占空比可調(diào)的矩形脈沖。原理圖包括兩部分，555定時器產(chǎn)生矩形脈沖波形電路，和計數(shù)部分電路。并繪制出PCB電路，熟悉電子電路設(shè)計的過程。對原理圖進(jìn)行仿真，由于對Protel的仿真功能不是很熟悉，因此選擇部分電路仿真，仿真555定時器組成的脈沖電路。關(guān)鍵字555定時器計數(shù)器Protel99seAbstractThiscourseisdesigned,inordertopracticeusingProtelsoftwaredrawingschematics,PCBandschematicdiagramforemulation.Inthiscourse,Ichooseto555timercircuittogeneraterectangularpulsewave,asacounterofpulseinput.555timerapplicationcanbeverybroad,toformthe555timer,Schmitttrigger,thetriggermonostablemultivibrator.Inordertogetadjustablerectangularpulsewaveforms,selectuse555Timercomponent'sdutyfactoradjustablerectangularpulses.Schematicdiagramconsistsoftwoparts,the555timercircuitofrectangularpulsewaveformgeneration,andcountssomecircuits.AnddrawoutthePCBcircuit,familiarwithelectroniccircuitdesignprocess.Ontheschematicdiagramforsimulation,simulationofProtelfeatureisnotveryfamiliarwith,soselectpartsofthecircuitsimulation,simulationof555timercircuitofpulse.

Keyword555timercounterProtel99se目錄摘要 IAbstract II目錄 III1引言 12二十三進(jìn)制計數(shù)器原理 22.1555定時器產(chǎn)生多諧振蕩器 22.2二十三進(jìn)制計數(shù)器原理 33Protel原理圖繪制 43.1準(zhǔn)備畫圖 43.3原理圖放置元件 53.4連接電路 63.5元器件的封裝 73.5.1封裝元器件 73.5.2創(chuàng)建PCB元器件 84PCB板制作 94.1生成網(wǎng)絡(luò)表 94.2創(chuàng)建PCB文件 94.3導(dǎo)入器件 104.4元件的手動布局 104.5元件的手動布線 104.6電路板覆銅 125Protel電路仿真 145.1放置電源及信號源 145.2設(shè)置仿真參數(shù) 155.3查看仿真波形 155.4仿真結(jié)果與分析 166心得體會 177參考文獻(xiàn) 19附錄 201元件清單 202完整原理圖 213PCB板最后完成圖 221引言電子設(shè)計自動化（ElectronicDesignAutomation,EDA）技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域的一門新技術(shù)，它提供了基于計算機(jī)和信息技術(shù)的電路系統(tǒng)設(shè)計方法。EDA技術(shù)的發(fā)展和推廣極大地推動了電子工業(yè)的發(fā)展。電路及印制電路板（PCB）設(shè)計是EDA技術(shù)的一個重要內(nèi)容，Protel是其中比較杰出的一個軟件。Protel99SE較以前的版本功能更加強(qiáng)大，它是桌面環(huán)境下以設(shè)計管理和協(xié)作技術(shù)為核心的一個優(yōu)秀的印制電路板設(shè)計系統(tǒng)。Protel99SE是Protel公司近10年來致力于Windows平臺開發(fā)的最新結(jié)晶，能實現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗證和設(shè)計數(shù)據(jù)管理。因而今天的Protel最新產(chǎn)品已不是單純的PCB（印制電路板）設(shè)計工具，而是一個系統(tǒng)工具，覆蓋了以PCB為核心的整個物理設(shè)計。Protel設(shè)計系統(tǒng)是一套建立在IBM兼容PC環(huán)境下的EDA電路集成設(shè)計系統(tǒng)，由于其高度的集成性與擴(kuò)展性，一經(jīng)推出，立即為廣大用戶所接受，很快就成為世界PC平臺上最流行的電子設(shè)計自動化軟件。Protel99SE共有5個模塊，分別是原理圖設(shè)計、電路板設(shè)計（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設(shè)計。這是一個易于使用的含有大量元件庫的原理圖編輯器，主要用于原理圖的設(shè)計。它可以為印制電路板設(shè)計提供網(wǎng)絡(luò)表。該編輯器除了具有強(qiáng)大的原理圖編輯功能以外，其分層組織設(shè)計功能、設(shè)計同步器、豐富的電氣設(shè)計檢驗功能及強(qiáng)大而完善的打印輸出功能，并具有一定的仿真功能，使用戶可以輕松完成所需的設(shè)計任務(wù)。2二十三進(jìn)制計數(shù)器原理2.1555定時器產(chǎn)生多諧振蕩器圖1用555定時器構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器當(dāng)電路與電源接通瞬間，C2兩端沒有存儲電荷，兩端電壓為零，555定時器2、6端輸入電壓為零，出現(xiàn)6端輸入電壓小于EQEQEQ\F(2,3)Vcc,2端輸入電壓小于EQ\F(1,3)Vcc，集成運算發(fā)大器A1輸出高電平，A2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器處于置“1”工作狀態(tài)，輸出信號Vo為高電平，使晶體管截止，電源Vcc給電容C2充電。利用二極管的單向?qū)щ娦?，電容充電時將經(jīng)歷Vcc→R5→Rw的上半部（Rw1）→D1→C2→公共端。一直維持到C2兩端的電壓略超過EQ\F(2,3)Vcc。當(dāng)C2兩端的電壓略超過EQ\F(,)EQ\F(2,3)Vcc時，出現(xiàn)6端輸入電壓大于EQ\F(,)EQ\F(2,3)Vcc，2端輸入電壓大于EQ\F(,)EQ\F(1,3)Vcc的情況，集成運算放大器的A1輸出低電平，A2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器清零工作狀態(tài)，輸出信號Vo為低電平，使晶體管導(dǎo)通，電容放電。電容放電時將經(jīng)歷C2→D2→R6→Rw的下半部（Rw2）→三極管T→公共端。這種情況一直維持到C2的兩端電壓略低于EQ\F(,)EQ\F(1,3)Vcc。此后重新回到上述的充電過程，如此周而復(fù)始，形成振蕩，產(chǎn)生矩形脈沖波輸出。充電過程的方程式（2.1.1）充電所用時間（2.1.2）放電過程的方程式（2.1.3）放電所用時間（2.1.4）取R5=R6，改Rw的值就能實現(xiàn)占空比可調(diào)的多諧振蕩器了2.2二十三進(jìn)制計數(shù)器原理圖2二十三進(jìn)制計數(shù)器電路圖十位的進(jìn)位信號由個位計數(shù)器提供，將個位計數(shù)器的輸出端CO控制十位計數(shù)器的脈沖信號，個位計數(shù)器接收到第10個脈沖時向十進(jìn)位。十位計數(shù)器的輸出端Q2與個位計數(shù)器的輸出端Q2和Q1經(jīng)與非門控制兩片計數(shù)器的清零端CLR，當(dāng)計數(shù)器的輸出狀態(tài)為00100011時，立即反饋為零，實現(xiàn)23進(jìn)制遞增計數(shù)。3Protel原理圖繪制3.1準(zhǔn)備畫圖進(jìn)入Protel99SE，創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行菜單File/New命令，系統(tǒng)彈出文件類型的對話框，從框中選擇原理圖服務(wù)器（SchematicDocument）圖標(biāo)，雙擊該圖標(biāo)，在空白處右擊，在彈出來的快捷菜單中，單擊“New…”命令，彈出“NewDocuments”對話框，如圖3所示。圖3NewDocument對話框雙擊圖標(biāo)，在文件夾窗口會出現(xiàn)一個原理圖文件的圖標(biāo)，建立了一個原理圖。雙擊原理圖圖標(biāo)，進(jìn)入原理圖設(shè)計服務(wù)器界面，開始畫原理圖。

3.2定位元件和加載元件庫本次課設(shè)要做仿真圖，因此直接用仿真元器件庫中的元件來做原理圖，需要添加仿真庫。點擊BrowseSch下的Add/Remove,彈出如圖4所示對話框。在對話框中找到Sim.ddb文件，點擊Add,用Remove按鈕移除其他的元件庫，只加載仿真元件庫。只用在仿真庫中找到的元件才能進(jìn)行仿真，仿真元件庫中有大量的元件，一般的電路圖都能夠畫出。如果加載的元件庫過多，就有可能導(dǎo)致原理圖的有些元件不是仿真庫中的，導(dǎo)致仿真時出現(xiàn)錯誤。圖4加載元件庫對話框3.3原理圖放置元件根據(jù)實際電路的需要，到元件庫中找出所需的元件，然后用元件管理器Place按鈕將元件放置在工作平面上，根據(jù)元件之間的走線把元件調(diào)整好。

擺放元件的基本操作移動元件：用鼠標(biāo)左鍵點中元件，并按住不放，然后移動元件。元件的旋轉(zhuǎn)：就是改變元件的放置方向。用鼠標(biāo)左鍵點中元件后，按住不放，此時可以使用功能鍵，就可以實現(xiàn)元件的旋轉(zhuǎn)。SPACE鍵：讓元件旋轉(zhuǎn)90°。Ctrl+X鍵：使元件左右對掉，即是自光標(biāo)為軸作水平對調(diào)。Ctrl+Y鍵：使元件上下對掉，即是自光標(biāo)為軸作垂直對調(diào)。3.4連接電路此時一定要選用工具條中的進(jìn)行連線，因為只用此線才是具有電氣性質(zhì)，當(dāng)預(yù)拉線的指針移動到元件的引腳或其它電氣特性線時，指針的中心將會出現(xiàn)一個黑點，它提示我們在當(dāng)前狀態(tài)下單機(jī)鼠標(biāo)左鍵就會形成一個有效的電氣連接。繪制好的原理圖如圖5和圖6所示。Protel原理圖中具有相同節(jié)點標(biāo)號的節(jié)點電氣連接。圖5所示的555定時器構(gòu)成的占空比可調(diào)的多諧振蕩器和圖6所示的二十三進(jìn)制計數(shù)器是通過相同的節(jié)點【OUT】連接在一起的。在電路連接完成后，可進(jìn)行ERC檢查。ERC主要是檢查電路圖中是否有電氣特性不一致的情況，根據(jù)問題的嚴(yán)重性分別以錯誤（Error）或警告(Warning)信息來提示用戶。選擇Tools菜單下的ERC項，在彈出的對話框中，直接點擊OK鍵即可進(jìn)行ERC檢查。如果有錯誤，改正錯誤后可再進(jìn)行ERC檢查。圖5555定時器構(gòu)成的脈沖電路繪制的原理圖圖6計數(shù)器電路繪制的原理圖3.5元器件的封裝3.5.1封裝元器件在繪制PCB的界面中，點擊Browse的下拉菜單，選中Libraries文件夾，在Libraries中找到原理圖中元器件相應(yīng)的封裝。在數(shù)字芯片中一個可能包含幾個元器件，因此可以將相同的元器件封裝到一個芯片里面。以把兩個運放封裝到一個芯片為例，雙擊元件，打開元件對話框，如圖7所示。使兩個元器件的型號相同，都填LM358，然后再將一個的Part填1，另外一個填2，點擊OK，兩個運放就封裝到一個芯片里了。圖7運放參數(shù)設(shè)置對話框3.5.2創(chuàng)建PCB元器件由于PCB的封裝庫中沒有數(shù)碼管的封裝，這時就需要自己繪制一個元器件的封裝。與新建原理圖操作相同，彈出“NewDocuments”對話框后，雙擊對話框中的PcbLibraryDocuments圖標(biāo)，在文件夾窗口會出現(xiàn)一個元器件封裝庫文件的圖標(biāo)，默認(rèn)文件名為“PCBLIB.LIB”,啟動元器件封裝編輯器，給數(shù)碼管的封裝改名為SHUMAGUAN。然后在編輯界面繪制數(shù)碼管的封裝。注意焊盤的編號和原理圖里的引腳編號一樣，最后在絲印層繪制元件的邊框。畫好后保存并更新庫文件，用的時候?qū)脒@個庫文件就行了。圖8數(shù)碼管封裝模型4PCB板制作4.1生成網(wǎng)絡(luò)表網(wǎng)絡(luò)表非常重要，它是PCB（電路板）布線的依據(jù)，也是原理圖設(shè)計軟件SCH與印刷電路板軟件PCB之間的接口。選取設(shè)計菜單下的createnetlist選項則彈出如圖9所示對話框，點擊OK鍵就可生成網(wǎng)絡(luò)表文件。圖9生成網(wǎng)絡(luò)表對話框4.2創(chuàng)建PCB文件打開Documents文件夾，在空白處右擊，在彈出來的快捷菜單中，單擊“New…”命令，彈出“NewDocuments”對話框。如圖2選擇圖標(biāo)點擊OK，在文件夾窗口會出現(xiàn)一個元器件PCB文件的圖標(biāo)。雙擊圖標(biāo)，進(jìn)入PCB設(shè)計主界面。4.3導(dǎo)入器件選擇菜單欄中的Design∣LoadNets...,彈出如下對話框。圖10加載網(wǎng)絡(luò)表對話框單擊Browse…，在彈出的下拉菜單中選擇原理圖所生成的網(wǎng)絡(luò)表，再單擊Execute,網(wǎng)絡(luò)表加載成功。4.4元件的手動布局先把重疊的元件拖開，Protel雖然具有自動布局的功能，但是并不能完全適合電路工作的需要，有時也需要人工調(diào)整。因為我做的原理圖也不算太復(fù)雜，而且也可以對Protel操作更加熟練，我選擇手動的對元件進(jìn)行布局。依據(jù)電路的功能及元件的大小，適當(dāng)?shù)臄[放元件。4.5元件的手動布線Protel的自動布線功能也不是盡善盡美，我選擇手動布線。手動布線設(shè)置布線的參數(shù)，選擇Design|rule,彈出如圖13所示對話框，選擇Widthconstraint，設(shè)置電源布線參數(shù)。手動布線時要注意分層布線，在TopLayer布線為紅色，在BottomLayer布線為藍(lán)色，為雙層布線板。布線時選用工具欄中的圖標(biāo)，在導(dǎo)線不能穿過的地方用過孔。刪除不理想的布線，點擊Edit|Delete選項，光標(biāo)變成了十字光標(biāo)，左鍵點擊要刪除的導(dǎo)線，即可刪除。布線完畢后，執(zhí)行菜單命令Tools/DesignRulesCheck…，對短路情況和沒有布置的連線進(jìn)行檢查，如果不存在錯誤，那么對電路板的設(shè)計就完成了。圖11布線參數(shù)設(shè)置對話框手動布線結(jié)果如圖所示圖12PCB布線電路圖4.6電路板覆銅在TopLayer和BottomLayer層分別進(jìn)行覆銅。覆銅時左擊工具欄的按鈕操作會彈出如下對話圖13覆銅參數(shù)設(shè)置對話框在對話框中設(shè)置合適的參數(shù)，覆銅節(jié)點選擇GND。RemoveDeadConnect是去死銅，一般選上。如果電路板實現(xiàn)整面覆銅，則GridSize和TrackWidth選擇相同的大小的值，如果選擇網(wǎng)格覆銅，則GridSize和Trackwidth選擇不用大小的值，并可以在hatchingstyle選項中選擇調(diào)整網(wǎng)格覆銅的角度，對接地進(jìn)行覆銅可以讓信號穩(wěn)定，點擊OK后，選擇覆銅區(qū)域，即可對電路板進(jìn)行覆銅。圖14TopLayer層放置網(wǎng)絡(luò)名稱為GND的覆銅5Protel電路仿真由于對數(shù)碼管的仿真不熟悉，并不能對完整的原理圖進(jìn)行仿真，因此選擇對部分電路進(jìn)行仿真。通過網(wǎng)上查閱資料。了解到Protel可以對555定時器電路仿真，在數(shù)碼管方面的仿真不常見，故選擇對555定時器組成的占空比可調(diào)的多諧振蕩器進(jìn)行仿真。5.1放置電源及信號源在仿真庫中找到合適的電源及信號源，設(shè)置參數(shù)。在由555定時器組成的多諧振蕩器中，有兩個電源，Vcc1和Vcc2。雙擊電源圖標(biāo)，打開電源參數(shù)設(shè)置對話窗口，如圖15所示，選擇合適的電源參數(shù)。圖15電源參數(shù)設(shè)置對話框5.2設(shè)置仿真參數(shù)執(zhí)行菜單命令Simulation∣Setup...,彈出如圖16的對話框圖16仿真參數(shù)設(shè)置對話框在General標(biāo)簽中的SelectAnalysestoRun欄下，選擇仿真分析的方法。這里選擇OperatingPointAnalysis（直流工作點分析）和Transient/FourierAnalysis（瞬態(tài)分析/傅里葉分析）。在對話框中的CollectDataFor下拉表中，有5個不同的數(shù)據(jù)存儲類型。這里選擇“NodeVoltages,SupplyCurrents,DeviceCurrentsandPowers”(存儲每個節(jié)點的電壓、每個供電電源的電流以及每個元件上的電流和功耗)。接著指定所要顯示數(shù)據(jù)的節(jié)點，直接雙擊AvailableSignals列表總需要的節(jié)點，就會在ActiveSignals列表欄中列出。5.3查看仿真波形在仿真的過程中改變滑動變阻器的值，可以改變多諧振蕩器的矩形脈沖周期。該電路可調(diào)節(jié)滑阻值得到占空比為0.5的波形圖，如圖17所示，這是一般的555定時器所構(gòu)成的多諧振蕩器所部能實現(xiàn)的，調(diào)節(jié)滑阻的比值又可得到各種占空比的波形，圖18所示波形正是其中的一種。圖17占空比為0.5的波形圖圖18改變滑阻比值得到的另一組矩形波5.4仿真結(jié)果與分析仿真結(jié)果是占空比可調(diào)的矩形脈沖波，改變滑組的比值得到兩組占空比不同的矩形脈沖波，與原理圖功能是一樣的，達(dá)到了電路設(shè)計的目的。改變滑組的比值時會改變充放電時間常數(shù)，這樣就能實現(xiàn)占空比的調(diào)節(jié)。6心得體會Protel是一款功能很強(qiáng)大的軟件，能夠畫原理圖，制作PCB，還兼有仿真的功能。剛開始聽說要做Protel課設(shè)的時候并沒有覺得有什么難度，我們在大二上學(xué)期的實習(xí)中就接觸過Protel，對這個軟件有點熟悉?？墒窃谧稣n設(shè)的過程中，才了解到我們以前使用Protel做PCB，完全是依葫蘆畫瓢，一步一步照著書上做，只要最后做PCB的自動布線的條數(shù)和老師所要求的一樣，就算完成任務(wù)了，根本就不了解這樣做的原理。通過這次課設(shè)對Protel有了更深層次的了解。開始做課設(shè)的時候，由于不了解這款軟件的仿真功能，認(rèn)為只要原理圖夠復(fù)雜就可以了，嘗試畫過很多電路圖。單片機(jī)就是其中的一個，因為元器件庫中沒有單片機(jī)相應(yīng)的模型，自己手動畫了一個單片機(jī)的模型，學(xué)會了自己添加元器件庫。在選擇好電路圖后，就嘗試著仿真。我以前對Protel的仿真一無所知，通過上網(wǎng)查資料，去圖書館查閱書籍，才漸漸對它的仿真有點了解。元件只有在Protel的仿真庫中，才能進(jìn)行仿真。仿真庫里沒有單片機(jī)，我決定換個電路圖。在網(wǎng)上搜了一些以往關(guān)于Protel課設(shè)的資料，覺得做555電路可行。我選擇了做555定時器構(gòu)成的占空比可調(diào)的多諧振蕩器，仿真是個大難題，就開始做仿真。剛開始做仿真遇到很多問題，仿真時總是說有錯誤，而那些錯誤我又看不懂，做了好多次后真是有點心灰意冷了。但是這些問題不解決又不行，只有硬著頭皮做下去。終于在我不懈的努力之下，有波形出來了，雖然只是一些橫線，但是也是對我的一個很大的鼓勵。在我改了電路的一些參數(shù)后，也基本上能夠仿真出來了。做完這次仿真后，我也幾乎能看懂Protel仿真會出現(xiàn)的那些問題了，雖然不一定都能解決。仿真做好之后，我就開始做PCB了。雖然大二那次實習(xí)時也做過PCB，但是那時候完全沒理解封裝的意義。我這次的原理圖中很多元件是實習(xí)時沒用到過的，需要到網(wǎng)上查資料。在看一個視頻教程時，知道一個元件的封裝型號是與封裝庫中的封裝模型相對應(yīng)的。二極管的元件的管腳編號和封裝的焊盤編號對不上，改過之后才能將二極