1、Guizhou Minzu Univei'sity電子電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)數(shù)碼管電子鐘設(shè)計(jì) 學(xué) 院：信息工程學(xué)院學(xué)生：盧勇學(xué) 號(hào)：201307080045專業(yè)年級(jí)：光電信息科學(xué)與工程 2013級(jí)指導(dǎo)教師：凱琳2015年6月20日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目基于單片數(shù)碼管電子鐘設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)類型應(yīng)用型導(dǎo)師 完成電路板原理圖及其PCB板圖的設(shè)計(jì)； 完成電路原理圖元器件庫(kù)的設(shè)計(jì)，PCB板圖封裝庫(kù)設(shè)計(jì)； 提交ER*查報(bào)告、網(wǎng)絡(luò)表、材料清單； 完成相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告計(jì)算機(jī)及Protel 99SE軟件。1、從接題開(kāi)始收集資料、準(zhǔn)備設(shè)計(jì)2、學(xué)習(xí)電路原理圖的繪制及 PCB板圖制作方法3、完成

2、設(shè)計(jì)任務(wù)，同時(shí)編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告參 考 文 獻(xiàn)1.建忠主編，單片機(jī)原理及應(yīng)用，電子科技大學(xué)2偉編著，單片機(jī)C語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例，電子工業(yè)3. 江曉安等編著，數(shù)字電子技術(shù)（第三版），電子科技大學(xué)4. MAXIM. NEW RELEASES DATA BOOVOLUME丸 AMERICA5. 樓然苗，光飛，MC& 51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例，航天航空大學(xué)6. 永雄沙河編著，電子線路CAD使用教程，電子科技大學(xué)7. 唐繼賢編著，51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，科學(xué)8. 國(guó)榮，單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)，機(jī)械工業(yè)9. 周慧，微機(jī)接口與控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)，工程學(xué)院出版10. Hei nrech Meyc Marc

3、Mo nen eclaey.Digital Com mun icatio n Receivers. JOH S INC N WILE Y&SON.目錄0摘要 11緒論 21.1 PROTE99SE 軟件簡(jiǎn)介 21.2設(shè)計(jì)目的 31.3 AT89C2051 介紹 42設(shè)計(jì)原理 72.1原理圖設(shè)計(jì) 72.1.1 制作原件與創(chuàng)建元件庫(kù) 設(shè)計(jì)具體步驟 72.1.2原理圖 82.1.3元器件清單的生成 102.2 PCB設(shè)計(jì) 122.2.1 封裝元件庫(kù) 122.2.2創(chuàng)建PCB步驟 132.2.3 PCB 圖形 133課程學(xué)習(xí)心得 14基于單片機(jī)數(shù)碼管電子鐘設(shè)計(jì)0摘要基于單片機(jī)

4、的定時(shí)和控制裝置在許多行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，而數(shù)字鐘是其中最基本的，也是最具有代表性的一個(gè)例子。在基于單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字鐘電路中， 除了基本的單片機(jī)系統(tǒng)和外圍電路外， 還需要 外部的控制和顯示裝置。本電路主要以單片機(jī) AT89C2051或者STC12C2052為核心而設(shè) 計(jì)的，通過(guò)單片機(jī)對(duì)信息的分析與處理，控制外圍設(shè)備。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89C205偽切入點(diǎn)，通過(guò)使用AT89C205啲部的可編程定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器，結(jié)合對(duì)外接晶振的調(diào)節(jié)來(lái)確定一個(gè)合適的振蕩周期，從而確定出部的機(jī)器周期。 再通過(guò)對(duì)部中斷程序的設(shè)置來(lái)設(shè)計(jì)出時(shí)鐘程序，即設(shè)計(jì)出了電子時(shí)鐘的核心。然后在核心電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的擴(kuò)展電路，使

5、本設(shè)計(jì)更加實(shí)用。運(yùn)用Protel 99 SE 及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換電路的PCB板設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)碼顯示；PCB;AT89C2051;1緒論1.1 Protel99se軟件簡(jiǎn)介Protel99SE是PROTE公司在80年代末推出的EDA軟件,應(yīng)用廣泛功能強(qiáng)大，是個(gè) 完整的板級(jí)全方位電子設(shè)計(jì)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(hào)仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動(dòng)布線）、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖 表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能?？梢?jiàn)Protel99SE不僅在繪制原理圖、PCB 板布局布線等方面功能更加完善，而且為用戶提供功能強(qiáng)大、使用方便的仿真器，它可

6、以對(duì)當(dāng)前所畫(huà)的電路原理圖進(jìn)行即時(shí)仿真，因此在電路的整個(gè)設(shè)計(jì)周期都可以仿真查看 和分析其性能指標(biāo)，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題并加以改正，從而更好的完成電路設(shè)計(jì)。具體特點(diǎn)如下：（a）強(qiáng)大的分析功能用戶可以根據(jù)Protel99SE電路仿真器所提供的功能，分析設(shè)計(jì)電路的各方面性能 如電路的交直流特性、溫度漂移、噪聲、失真、容差、最壞情況等特性。（b）豐富的信號(hào)源其中包括基本信號(hào)源：主流源、正弦源、脈沖源、指數(shù)源、單頻調(diào)頻源、分段線性 源，同時(shí)還提供了齊全的線性和非線性受控源。（c）充分的仿真模型庫(kù)Protel99SE提供了 20多個(gè)模擬和數(shù)字仿真元件庫(kù)，共包含6000多個(gè)常用元器件。 這些組件庫(kù)包

7、括了常用二極管、三極管、單結(jié)晶體管、變壓器，晶閘管、雙向晶閘管等 分立組件，還有大量的數(shù)字器件和其它集成電路器件.同時(shí)Protel99SE提供了一個(gè)開(kāi)放 的庫(kù)維護(hù)環(huán)境，允許設(shè)計(jì)者改變?cè)衅骷Ｐ?，也可?chuàng)建新器件模型(d) 友好的操作界面無(wú)需手工編寫(xiě)電路網(wǎng)表義件.系統(tǒng)將根據(jù)所畫(huà)電路原理圖自動(dòng)生網(wǎng)表文件并進(jìn)行 仿真。通過(guò)對(duì)話框完成電路分析各參數(shù)設(shè)置。方便地觀察波形信號(hào)?？赏瑫r(shí)顯示多個(gè)波形，也可單獨(dú)顯示某個(gè)波形；可對(duì)波形進(jìn)行多次局部放大，也可將兩個(gè)波形放置于 同一單元格進(jìn)行顯示并分析比較兩者的差別。強(qiáng)大的波形信號(hào)后處理，可利用各種數(shù)學(xué)函數(shù)對(duì)波形進(jìn)行各種分析運(yùn)算并創(chuàng)建一個(gè)新的波形。方便地測(cè)量輸出波形。

8、Protel99SE提供了兩個(gè)測(cè)量光標(biāo)，打開(kāi)它們可測(cè)量波形數(shù)據(jù)。1.2設(shè)計(jì)目的本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)了解熟悉 Protel99軟件界面，進(jìn)行數(shù)字電子鐘電路原理圖的設(shè) 計(jì)、創(chuàng)建原理圖元件、電路板的設(shè)計(jì)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)表的載入、印刷電路板(PCB)的編輯、創(chuàng)建元件封裝、報(bào)表生成與電路板輸出。了解rotel 99 SE軟件的功能及其使用說(shuō)明，對(duì)軟件基本操作能夠熟練掌握，熟悉原理圖的設(shè)計(jì)步驟，掌握繪制原理圖的方法，并 對(duì)網(wǎng)絡(luò)表及元件清單的生成，雙面印制電路板 (PCB)的布線流程，創(chuàng)建原理圖元件庫(kù)及 其PCB元件庫(kù)的編輯。通過(guò)電子電路CAD課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，了解它是采用的客戶、服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，起主要 應(yīng)用程序Clie

9、nt.exe提供了一個(gè)基本的框架窗口和相應(yīng)的 Protel99組件之間的用戶接 口。對(duì)于用戶來(lái)講，使用它不需要了解是如何工作的。從實(shí)際角度出發(fā)，按照循序漸 進(jìn)、理論聯(lián)系實(shí)際的原則，根據(jù)電子電路設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，結(jié)合典型實(shí)例系統(tǒng)地介紹電路 原理圖的設(shè)計(jì)及印刷電路板的設(shè)計(jì)方法，并其備完善靈活的設(shè)計(jì)管理方式1.3 AT89C2051 介紹1）程序AT89C2051隸屬美國(guó)ATMEI公司，AT89C2051設(shè)計(jì)有2個(gè)程序位，位1被編程之后，程序存儲(chǔ)器不能再被編程除非做一次擦除，位2被編程之后，程序不能被讀出。2）軟硬件的開(kāi)發(fā)AT89C2051可以采用下面兩種方法開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。1、由于89C2051部程序存貯

10、器為Flash，所以修改它部的程序十分方便快捷，只要配備一個(gè)可以編程89C2051的編程器即可。調(diào)試人員可以采用程序編輯 -編譯-固化-插到 電路板中試驗(yàn)這樣反復(fù)循環(huán)的方法，對(duì)于熟練的MCS-51程序員來(lái)說(shuō)，這種調(diào)試方法并不十分困難。但是做這種調(diào)試不能夠了解片RAM勺容和程序的走向等有關(guān)信息。2、 將普通8031/80C31仿真器的仿真插頭中 P1.0P1.7和P3.0P3.6引出來(lái)仿真2051, 這種方法可以運(yùn)用單步、斷點(diǎn)的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實(shí)，比如，2051的部模擬 比較器功能，P1 口、P3 口的增強(qiáng)下拉能力等等。3）引腳說(shuō)明AT89C2051芯片引腳圖AT89C205啲引腳圖如下

11、圖所示1211C4tr!14申U7対30倔1QiTPDIPJSOICfliTAPC<TKD! K11C 町心匚 TftLlL iiwTilfnsr RF>nnyai r 屮匸：wee m pi和耳J Fl 42#HS JPU3 Pi 1 (Jwxri3 P1 anww WATH9C2n511、VCC:電源電壓2、GND地。3、P1 口 :P1 口是一個(gè)8位雙向I/O 口。口弓I腳P1.2P1.7提供部上拉電阻，P1.0和P1.1 要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片精密模擬比較器的同相輸入 (ANI0)和反 相輸入(AIN1)。P1 口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直

12、接驅(qū)動(dòng)LED顯示。當(dāng)P1 口引 腳寫(xiě)入"1"時(shí)，其可用作輸入端，當(dāng)引腳 P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將 因部的寫(xiě)入"1"時(shí)，其可用作輸入端。當(dāng)引腳 P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它 們將因部的上拉電阻而流出電流。4、P3 口 :P3 口的P3.0P3.5、P3.7是帶有部上拉電阻 的七個(gè)雙向I/O 口引腳。P3.6用于固定輸入片比較器的輸出信號(hào)并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問(wèn)。P3 口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3 口寫(xiě)入"1"時(shí)，它們被部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用 作輸入時(shí)，被外部拉低的P3 口腳

13、將用上拉電阻而流出電流。P3 口還用于實(shí)現(xiàn)AT89C2051的各種第二功能，如下表所列：引腳口功能P3.0RXD串行輸入端口P3.1TXD串行輸出端口P3.2INT0外中斷0P3.3INT1外中斷1P3.4T0定時(shí)器0外部輸入P3.5T1定時(shí)器1外部輸入P3 口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)5、RST復(fù)位輸入。RST 旦變成高電平所有的I/O引腳就復(fù)位到"1"。當(dāng)振蕩器正在運(yùn) 行時(shí)，持續(xù)給出RST引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需 12 個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。& XTAL1作為振蕩器反相器的輸入和部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。7、XTAL2

14、作為振蕩器反相放大器的輸出。3）主要性能1、和MCS-51產(chǎn)品兼容;2、2KB可重編程FLASH存儲(chǔ)器（10000次）;3、2.7-6V電壓圍；4、全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz;5、2級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；& 128*8 位部 RAM;7、15條可編程I/O線；8、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；9、6個(gè)中斷源;10、可編程串行通道;11、高精度電壓比較器（P1.0，P1.1，P3.6）;12、直接驅(qū)動(dòng)LED的輸出端口。2設(shè)計(jì)原理2.1原理圖設(shè)計(jì)2.1.1制作原件與創(chuàng)建元件庫(kù) 設(shè)計(jì)具體步驟創(chuàng)建工程文件命名為（電子鐘.DDB,執(zhí)行“ File ”菜單下的“ NeW命令，在新文檔選擇

15、窗口，雙擊“ Schematic Library Documen”編輯器圖形，重命名為 MYSCH.lib。然后執(zhí)行“ Tools ”菜單下的“ NewComponen”（生成新元件）命令，在窗口輸入元件 名，如DPJ后單擊“OK按鈕，即可獲得一個(gè)新的繪圖工具去，然后通過(guò)畫(huà)圖工具畫(huà)出 元件。必要時(shí)執(zhí)行“ Report ”菜單下的“ Component Rule Check”（元件規(guī)則檢查）命 令，然后單擊“ OK按鈕，啟動(dòng)元件規(guī)則檢查過(guò)程，即可了解元件圖形庫(kù)的正確性。設(shè)計(jì)的元件DPJ（單片機(jī) AT89C2051）SM（ 數(shù)碼管）2.1.2原理圖創(chuàng)建原理圖文件，執(zhí)行“ File ”

16、菜單下的“ NeW命令，在新文檔選擇窗口雙擊“Schematic Documen”并命名為（數(shù)碼管電子鐘），然后使用Protel99加庫(kù)工具加載自己創(chuàng)建的庫(kù)文件及工程文件，加載方法如下:1）選擇要添加的庫(kù)類別為SCH2）按“添加庫(kù)”和“刪除”按鈕，選擇要添加的文件；3）打開(kāi)Protel99se工程文件；4）打開(kāi)原理圖中的添加/刪除（Add/Remove元件庫(kù)對(duì)話框；5）按添加到Protel按鈕，把選擇的庫(kù)文件添加/刪除元件庫(kù)對(duì)話框中;6）點(diǎn)擊添加/刪除元件庫(kù)對(duì)話框中的“ OK按鈕完成操作；然后根據(jù)設(shè)計(jì)畫(huà)出原理圖，原理圖如下圖：b'l>A E2.1.3元器件清單的生成打開(kāi)原理圖文件

17、，執(zhí)行菜單命令 Reports/Bill of Material,一直點(diǎn)擊NEXT直至U 最后FINISH,程序會(huì)自動(dòng)進(jìn)入表格編輯器，并形成后綴為 *.xls的元件列表。5# C_ :LI ri ri i str a to r.U u ss k.1 d 戸氣步h11l=& 乎-賽b .cJd L?電位贄蟲(chóng)芳電寧申IdH I EJ口 ou rnenl吏攵8導(dǎo)腎電¥豐中XL呂|1K IK IK TK IK IK1920 212223 :M252G NfHUgzdaodQaJaH： -| nRIOeos005OUbHOfiSIP3TO-S>ZBTO-S2B TO-a2B TO

18、-92 D TO 9?0 TO 92BTZ1TZ1TZ1aJAXIAL 0 3 AX1AL0 3 AX1AL0-3 AX1A1_O_3 AXIAL 0_3 AXIAL O 元件清單表2.1.4電路的ERC檢查執(zhí)行菜單命令Tools/ERC命令，點(diǎn)擊OK即可生成相應(yīng)的測(cè)試錯(cuò)誤報(bào)告如下圖所示電子啦數(shù)字電子鐘ddh | DdiMs日勰管電科ERCE燈x 血port For : Dcxu貶at卓數(shù)碼管屯子帥19-Jun-2015 15:05:33End Report電路的ERC檢查2.1.5產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表執(zhí)行菜單命令 Design/Create Netlist, 將 Output Format 一覽設(shè)置成

19、 PROTE格式。單擊OK,自動(dòng)保存為.NET的文件。產(chǎn)生如圖所示的網(wǎng)絡(luò)表。電子韋位數(shù)字電子鐘血b | Documents 數(shù)碼管電子鐘用FT rTZ1E2F接統(tǒng)端子12MSIF3AT日9匸2051或者STC12C2052生成網(wǎng)絡(luò)表2.2 PCB設(shè)計(jì)2.2.1 封裝元件庫(kù)設(shè)計(jì)步驟雙擊“PCB-Next,打開(kāi)工程文件，執(zhí)行“File ”菜單下的“NeW命令，在新文檔選擇窗口，Library Documen”編輯器圖形，重命名為MYPCB.lib,然后點(diǎn)擊 Add/Remove設(shè)置元件長(zhǎng)寬以及孔的大小并重命名元件封裝名如DIP-20。封裝元件封裝部分元件圖如圖所示SWI

20、TH2.2.2創(chuàng)建PCB步驟開(kāi)工程文件，執(zhí)行“ File ”菜單下的“ NeW命令，在新文檔選擇窗口，雙擊“ PCB Documen”編輯器圖形，重命名為（數(shù)碼管電子鐘.PCB）.打裝好的原理圖，執(zhí)行“Design ” 下的“ Update PCB”，點(diǎn)擊“ Execute ”。調(diào)整部分位置后，并進(jìn)行布線（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/AutoPlacement/Auto Placer 可以讓Protel自動(dòng)布局。規(guī)劃好電路板并裝入網(wǎng)絡(luò)表后，用戶可以讓程序自動(dòng)裝入元件。并自動(dòng)將元件布置在電路板邊框。布局是布線關(guān)鍵性的一 步,為了使布局史加合理，多數(shù)設(shè)計(jì)者都采用手工布局方式。）。2.2.3 PCB 圖形布線完成后的PCB圖如下圖所示:3課程學(xué)習(xí)心得通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使自己明白了原來(lái)的那點(diǎn)知識(shí)是非常欠缺的，要學(xué)習(xí)的東西還很多，正所謂“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行。”學(xué)習(xí)任何知識(shí)，僅從理論上去求知， 而不去實(shí)踐、探索是不夠的。因此在學(xué)期末來(lái)臨之際，我覺(jué)得這次的電子CADS訓(xùn)讓我 受益匪淺。學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作和生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)， 努 力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。希望以后像這樣的課程設(shè)計(jì)再多一點(diǎn)。在學(xué)習(xí)prot