电子线路CAD专业课程设计方案报告.doc

目 录
第一章 绪论 ………………………………………………………………………2
1.1设计目标及要求 ………………………………………………………… 2
1.2 设计步骤 ………………………………………………………………... 2
第二章 原理分析 …………………………………………………………………3
2.1 最小系统结构 ……………………………………………………….3
2.2 各电路原理分析 …………………………………………………….3
第三章 原理图绘制 ……………………………………………………………8
3.1 原理图设计通常步骤 ………………………………………………8
3.2 元件库设计 …………………………………………………………..8
第四章 PCB图绘制 ……………………………………………………………12
4.1 创建该项目下PCB文件 ……………………………………….…..12
4.2 绘制PCB ………………………………………………………………12
总 结 ……………………………………………………………………………15
参考文件 …………………………………………………………………………16
附 录………………………………………………………………………………17

第一章 绪论

1.1 设计目标及要求
电子线路CAD是以电为主机电一体化工科专业专业基础课，作为通信工程专业，要经过学习一个经典电子线路CAD软件altium designer，掌握计算机绘制包含电路（原理）图、印刷电路板图在内电气图制图技能和对应计算机仿真技能。经过此次设计，达成了解DXP软件利用，认识51单片机最小系统组成和学会更正制图过程中碰到问题。
依据课程设计题目，独立设计、绘制和仿真电路，实现51单片机最最小系统。要求以下：
（1）设计出原理图自己绘制51单片机最小系统电路图，分析电路图中各小电路工作原理；
（2）用DXP软件画出原理图；
（3）用DXP软件仿真出PCB板，熟悉电路板加工工艺；
1.2 设计步骤
此次设计关键是熟练利用DXP作出最小单片机系统电路图，以下经过介绍最小系统各部分电路电路图及原理，经过在DXP上绘制原理图，检验并修改错误，最终生成完整PCB板。

第二章 原理分析
2.1 最小系统结构
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（数据存放器）、ROM（程序存放器）、定时器/计数器和多个功效I/O(输入和输出)接口等一台计算机所需要基础功效部件，从而能够完成复杂运算、逻辑控制、通信等功效。
单片机最小系统电路关键集合了串口电路、USB接口电路、蜂鸣器和继电器电路、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。以下介绍多个简单电路设计。
下图是此次设计多个相关电路图总体框图：

51
单
片
机

时钟晶振电路

4*4矩阵键盘
(SW_BP16)

显示电路
(8SEG)

蜂鸣器
(Bell)

2.
AD&DA转换

串口电路
(MAX232)

复位电路

图2-1 总体设计框图

2.2 各电路原理分析
2.2.1晶振电路+按键复位电路设计

图2-2
2.2.2串口电路设计
51系列单片机片内有一个串行I／O端口，经过引脚RXD(P3．0)和TXD(P3．1)可和外设电路进行全双工串行异步通信。8051单片机串行端口有4种基础工作方法，经过编程设置，能够使其工作在任一方法，以满足不一样应用场所需要。其中，方法0关键用于外接移位寄存器，以扩展单片机I／O电路；方法1多用于双机之间或和外设电路通信；方法2，3除有方法l功效外，还可用作多机通信，以组成份布式多微机系统。串行端口有两个控制寄存器，用来设置工作方法、发送或接收状态、特征位、数据传送波特率(每秒传送位数)和作为中止标志等。在一定条件下，向阳UF写入数据就开启了发送过程；读SBUf就开启了接收过程。串行通信波特率能够程控设定。在不一样工作方法中，由时钟振荡频率分频值或由定时器Tl定时溢出时间确定，使用十分方便灵活。
串口电路设计关键是采取RS232和上位机PC相连，驱动串口电路则使用MAX232芯片进行设计，电路设计图2-3所表示。

图2-3串口电路设计

2.2.3.蜂鸣器设计
蜂鸣器通常作为报警功效使用，结构比较简单，使用起来很方便。
蜂鸣器设计电路图2-2-2所表示。

图2-4 Bell设计电路
2.2.4.AD&DA转换器设计
AD转换器也就是模数(Analog to Digital)转换器，立即模拟量(如电压、电流等)转换成数字量显示。设计采取了TI企业AD芯片TLC549 ，这是一个低价位、高性能8位 AD转换器，是以8位开关电容逐次迫近方法实现 A/D转换。DA转换器就是数模(Digital to Analog)转换器，立即数字信号转换成模拟信号。
AD&DA转换电路图2-5所表示。

图2-5 AD&DA转换电路

2.2.5.四位8段数码管设计
数码管电路设计图2-6所表示。

图2-6 数码管电路设计

2.2.6.4*4矩阵键盘设计
在按键数量较多场所，矩阵键盘和独立按键键盘相比，要节省很多I/O口。矩阵键盘按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关两端。列线经过上拉电阻接到+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，列线电平状态将由和此列线相连行线电平决定。行线电平假如为低，则列线电平为低；行线电平假如为高，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关键所在。
该电路中还有一个和门，这个和门用来产生中止信号，当键盘中没有键按下时，全部行线输出全部应为低电平，以区分于列线状态，当矩阵键盘中任何一只键按下时，和门输出由高电平变为低电平，向CPU申请中止，因为矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列电平。所以各按键相互将相互发生影响，所以必需将行、列线信号配合起来并作合适处理，才能确定闭合键位置。
矩阵键盘电路设计图2-7所表示。

图2-7 矩阵键盘

第三章 原理图绘制
3.1原理图设计通常步骤

（1） 打开altium designer ，建立一个项目，并保留为“cad课设”。
（2） 下面全部元件设计及PCB制作全部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，此时依据原理图图纸大小及版图选择符合自己板式。
（4）放置元件。从元件库中选择所需元件。
（5）原理图布线。
（6）检验原理图是否正确，显示详情。

图3-1检验电路图

3.2 元件库设计
（1）依据所给原理图，在altium designer上画出图形。对于元件库里面没有器件，需要自己查阅芯片数据手册手动画出元件库，然后放在“my device”元件库中。
（2）以下图所表示。先点击文件选项中创建，选中库，继续点击原理图库。依据要求画出元件引脚图。
手动绘制元件以下

图3-2 STC89C52、74574、引脚图
（3）对元件进行封装。点击文件菜单中PCB，画出内部封装形式，需要加入焊盘等。

图3-3 STC8C52封装

图3-4 74ls574封装

（4）封装完成后，对元件进行追加，保留，进而完成元件库中一个芯片设计。然后将自己绘制元件图库和封装图库放置在新建一个集成库“my device”中，编译集成库，即可将绘制元件导入到library中。

（5）画好原理图以后，全部元器件标号全部没标号，所以需要统一注释，点击工具→注释，会出现以下图形3-5所表示。

图3-5原理图注释
（6）然后点击更新改变表，会提醒有多少个改变，点击OK即可。
以下图3-6 是总原理图：

图3-6 总原理图
（7） 对生成原理图进行编译，project中选择compile document ...，
以下图3-7

图3-7
出现如上界面，依据消息messages中错误和警告对原理图进行修改，直到错误和警告全部改好。
四、PCB图绘制
4.1创建该项目下PCB文件
点击files，选择PCB Board Wizard，以下图4-1所表示。

图4-1 创建PCB文件
4.2绘制PCB
在PCB界面，点击design中Import Changes from PCB_Project1.PRJPCB，出现图4-2所表示界面。

图4-2 导入PCB工程改变订单
依次点击是改变生效、实施改变，假如没有错误显示，就能够关闭了。若有错误出现，依据错误提醒更正，然后反复操作导入步骤，直到没错误为止，最终关闭该窗口。
先自动布局，然后手工调整，尽可能根据原理图元件安排对元件进行布局。

因为有很多芯片为表贴元件，其焊盘较小，为避免和导线宽度规则相矛盾，修改安全距离Clearance为3mm。
当手动布局完成以后，开始PCB自动布线。点击自动布线→全部对象。假如认为布线不是很理想，能够自己手动布线。
上述步骤无误后，最终得出PCB图图4-3所表示。

图4-3 单片机最小系统PCB图

总结
经过做这次电气制图和电子线路CAD课程设计，发觉自己对altium designer软件还不是很熟悉，造成制图时候不是那么得心应手。尤其是刚开始学这个软件时候，有时候有些原件需要找较长时间，制图出了问题也不知道该怎么处理。不过经过这段时间学习，我对这个软件爱好越来越浓厚，我期望在以后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缺点，并为以后学习和工作打下坚实基础。

参考文件
[1]邵群涛主编.电气制图和电子线路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

附录