电子设计软件应用实习报告.doc

电路设计软件应用
实习报告

学 院：通信与电子工程学院
专 业： 电子信息工程
班 级： *********
学 号： *********
姓 名： ** ** **
指导教师： ***********
时 间：2011.12.26—2012.1.1
地 点：信息与通信工程中心

一、实习目的与要求
掌握一种电路原理图与电路板的绘制方法是电类工程师的必备条件。本实习可使用软件工具Protel99SE（或Altium Designer或PADS）。本实习的教学任务是通过实际操作练习，使学生掌握利用电路设计软件绘制各种电路板原理图的方法，SCH部分应掌握： PROTEL99系统界面和基本操作；元件封装的设计； 原理图设计的基本操作；系统工作环境的设置等基本应用。学会绘制的技巧和了解设计各种实际应用电路的方法，同时可以进行PCB设计。
二、实习内容
绘制具有一定复杂度的电路原理图。
结合以前所学课程（例如模拟电路、数字电路、单片机、电子设计自动化、通信原理等）设计一个系统，要求：
1）应有系统的理论完整性，此系统理论上可以完成2-3种以上可以描述的硬件功能。
2）不同型号的大于5脚的芯片器件（例如89c51等）数量不少于4个，液晶、键盘、下载接口等非芯片接口不计入芯片数量。
3）根据自己设计的系统，设计芯片的原理图封装，按照设计绘制正确的原理图。
4）根据设计的原理图设计PCB图（可选）
三、设计系统的基本硬件功能描述
单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.
对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路、AD和DA转换部分等。.
四、原理图中典型元件原理图库设计方法
将元件库文件和原理图文件放在同一个设计中，即它们的地址是一样的。这里以排阻的制作为例介绍元件的制作方法。
Step1：在原理图所在的设计数据库文件夹下新建一个原理图库文件，取名为mylibrary。名字可任取。
Step2：打开原理图库文件，默认状态下此库文件里已经存在一个名为component_1的元件。点击Tools下的Rename Component，更改元件名字为****。名字可随意取，即可以是英文也可以是中文，尽量做到见名知意。
Step3：选择绘图工具框中的绘制矩形工具绘制元件的边框（即绘制元件的符号或外形）。注意边框所在位置需在原点附近。
Step5：左键点击绘图工具栏里的绘制管脚图标，按下Tab键进入管脚属性编辑对话框。１管脚名字为com，其他管脚名隐藏，管脚编号为1~９。
Step6：依次放置9个管脚，在放置管脚时，管脚的一端有一个小黑点，旋转管脚使小黑点朝外。注意此小黑点为电气结点，电流通过电气结点进出。也就是说元件之间的连接实际上就是这些电气结点的连接，因此电气结点必须朝外。实际上在制作元件时只需要将元件的管脚放置好就行了，因为在连接元件时实际就是这些管脚的连接。画边框只是为了方便制图者能见图知意，比如芯片元件就只需要画一个矩形边框就行，而电容元件我们就画二条平行的直线
Step4：双击矩形方框进行边框属性设置。Border Width选择Small，Border Color选择合适的颜色。去掉Draw Solid旁的钩。修改好以后确定，然后拖动边框到合适的大小。
Setp5：用上述方法绘制８个电阻形状的矩形框，放置在上面画好的边框里面。
Step6：点击画图工具栏里的画线工具，将画好的电阻和管脚连接好。
Step7：修改元件描述。点击左边原理图库文件浏览框里的Description,在Default Designator里填上“R?”，此即为元件的默认名字。一般电阻以R开头，电容以C开头，芯片以U开头。在Footprint1里填上SIP9,此为元件的封装。关于封装在此不做介绍，但是在制作元件时将元件的封装预先填好会在以后由原理图生成PCB图时带来极大的方便。
Step8：保存后退出编辑。
Step9：当所有的元件制作完成后，保存并关掉元件库文件
五、原理图介绍
(1)80C52 单片机
.80C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。 　　
80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。 　　
此外，80C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。 　　
8051片内有 ROM，无须外接外存储器和373，更能体现“单片”的简练。但是你编的程序你无法烧写到其ROM中，只有将程序交芯片厂代你烧写，并是一次性的，今后你和芯片厂都不能改其内容。主要功能特性标准：MCS-51内核和指令系统片内8kROM(可扩充64kB外部存储器)
32个双向I/O口
256x8bit内部RAM(可扩充64kB外部存储器)
3个16位可编程定时/计数器
时钟频率3.5-12/24/33MHz
向上或向下定时计数
工作电压
全双工串行通信口
布尔处理器
—帧错误侦测
4层优先级中断结构
自动地址识别
兼容TTL和CMOS逻辑电平
空闲和掉电节省模式
PDIP(40)和PLCC(44)封装形式
（2）晶振电路模块
单片机晶振电路分内部和外部时钟两种方式。
晶振是电路中常用用的时钟元件,全称是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。
晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。
晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。
晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
内部时钟方式 最常用的内部时钟方式采用外接晶体和电容组成并联谐振电路。MCS51单片机允许的震荡晶体频率范围1.2~24MHZ，一般为11.0529。电容C1,C2的取值对振荡器的频率输出稳定性，大小以及振荡电路的起振速度有一定影响，一般在20~100pF直接选择，典型值为30pF

图4-6 晶振震荡图
外部时钟电路 外部方式就是利用外部震荡信号直接X1或X2，由于HMOCS或者CHMOS单片机内部时钟进入引脚不同，其外部震荡信号源接入的方式也不同。

（3）D/A转换模块
DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的锁存信号为ILE；第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号为传输控制信号 。因为有两级锁存器，DAC0832可以工作在双缓冲器方式，即在输出模拟信号的同时采集下一个数字量，这样能有效地提高转换速度。此外，两级锁存器还可以在多个D/A转换器同时工作时，利用第二级锁存信号来实现多个转换器同步输出。LE为高电平、 和 为低电平时， 为高电平，输入寄存器的输出跟随输入而变化；此后，当 由低变高时， 为低电平，资料被锁存到输入寄存器中，这时的输入寄存器的输出端不再跟随输入资料的变化而变化。对第二级锁存器来说， 和 同时为低电平时， 为高电平，DAC寄存器的输出跟随其输入而变化；此后，当 由低变高时， 变为低电平，将输入寄存器的资料锁存到DAC寄存器中。

（4）AD转换部分
ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率8位，转换时间100μs，输入电压范围为0~5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为 5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线

(5) 复位电路
复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。复位电路通常分为两种：上电复位和手动复位。

图4-10 上电复位和手动复位电路图
有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程中，经常需要手动复位。
高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有可以实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能。但是对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。合适频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处。

图4-11 复位电路图
7）RS通信协议
RS-232-C是OSI基本参考模型物理层部分的规格，它决定了连接器形状等物理特性、以0和1表示的电气特性及表示信号意义的逻辑特性。

图4-13 RS通信协议
RS-232-C是EIA发表的，是RS-232-B的修改版。本来是为连接模拟通信线路中的调制解调器等DCE及电传打印机等DTE拉接口而标准化的。现在很多个人计算机也用RS-232-C作为输入输出接口，用RS-232-C作为接口的个人计算机也很普及。
RS-232-C的如下特点：采用直通方式，双向通信，基本频带，电流环方式，串行传输方式，DCE-DTE间使用的信号形态，交接方式，全双工通信。RS-232-C在ITU建议的V.24和V.28规定的25引脚连接器在功能上具有互换性。
　　RS-232-C所使用的连接器为25引脚插入式连接器，一般称为25引脚D-SUB。DTE端的电缆顶端接公插头，DCE端接母插座。
RS-232-C所用电缆的形状并不固定，但大多使用带屏蔽的24芯电缆。电缆的最大长度为15m。使用RS-232-C在200K位/秒以下的任何速率都能进行数据传输。
六、实习的心得体会
通过这段时间的实习，我学习到了protel软件的基础应用，让我了解了理论联系实际的重要性，加深了对电路设计的的理解。在制作电路原理图过程应当注意的一些问题：绘制原理图时，导线与连线是不同的，看起来两者的颜色和外形都一样，但是用连线代替导线是没有电气意义的；绘制原理图时，注意节点的放置的地方，有时系统会自动给所：导线交叉的地方都加上一个节点； 为了提高抗干扰能力，增强系统的可靠性，往往需要电源线、接地线和一些通过电流较大的导线加宽；
在实际操作过程中，遇到了许问题，通过慢慢摸索，终于顺利的解决了。现在基本能够熟练运用。因为以前也学过这款软件，然后又通过这次实习，让我对这款软件有了更深入的了解。以后会更加努力研究，自己动手设计、操作，争取让自己的水平更上一层楼！
七、实习参考资料
1.李东生. Protel 99SE电路设计技术入门与应用.电子工业出版社，2002.2
2.谷树忠等编著编著. Protel 2004 实用教程——原理图与 PCB 设计.电子工业出版社，2005.2
原理图附图

教师评语：

教师：
日期：