目录

1 设计任务和性能指标.................................. 2

1.1 设计任务....................................... 2

1.2 性能指标....................................... 2

2 设计方案与论证...................................... 2

3 系统硬件设计........................................ 3

3.1电路原理图...................................... 3

4 绘制原理图和PCB..................................... 4

4.1 原理图的绘制................................... 4

4.2 绘制电路PCB.................................... 5

4.3 生成网格表..................................... 6

4.4 生成元器件报表................................. 6

5 PCB板制作、焊接与调试............................... 7

5.1  PCB板制作..................................... 7

5.2 元器件的焊接................................... 8

5.3 系统的调试..................................... 9

6 总结................................................ 9

参考文献............................................. 10

 

1 设计任务和性能指标

1.1 设计任务

通过设计，使学生掌握电子系统以及常用接口电路的设计及调试方法，掌握常用工具软件的使用方法，熟悉如何用汇编语言管理硬件设备等。通过课程设计，训练学生如何综合运用所学知识去分析和解决实际问题，掌握微机系统硬件和软件设计及调试的基本过程，并学习如何撰写总结报告，以培养学生严谨的工作作风和科学态度以及探索创新精神。

设计一个LED心形的闪烁灯，由18个LED分三组由三个三极管和三个电容实现闪烁。

1.2 性能指标

    对完成好的电路板进行通电，3组18只LED便会被轮流点亮，同一时刻有2组共12只LED被点亮。这些LED被交叉排列呈一个心形图案，不断的循环闪烁发光，达到流动显示的效果。

2 设计方案与论证

方案一：电路由3组个多谐振荡器工作，驱动电阻控制18个LED灯的闪烁情况。

方案二：由芯片74HC00，利用74HC00控制发光二极管的阴极电位，实现LED的闪烁功能，其中电阻和电容来改变闪烁的频率。

方案比较: 

    我和组员翻阅了大量的参考资料后，最终选择了如上两套方案，但是迫于实际需要只能从中选择一套方案来完成，最后选定了方案1，具体原因如下： 

（1）从实际角度来看，方案1所需的元器件与方案2相比更容易获得，方案1所用元器件都是平常见过的，而方案2中有我和组员都不认识的元器件，对其性能等方面不了解。寻找起来有些困难。 

（2）从电路连接角度来看方案1比方案2的连接效果更加美观，且电路在完成后，发光二极管显示的效果也很相似。

3 系统硬件设计

3.1电路原理图

                          图-1  LED心形闪烁灯设计原理图

    工作原理：从原理图上可以看出，18只LED被分成3组，每当电源接通时，3只三极管会争先导通，但由于元器件存在差异，只会有1只三极管最先导通，这里假设Q1最先导通，则LED1这一组点亮，由于Q1导通，其集电极电压下降使得电容C2左端下降，接近0V，由于电容两端的电压不能突变，因此Q2的基极也被拉到近似0V，Q2截止，故接在其集电极的LED2这一组熄灭。此时Q2的高电压通过电容C3使Q3集电极电压升高，Q3也将迅速导通，LED3这一组点亮。因此在这段时间里，Q1、Q3的集电极均为低电平，LED1和LED3这两组被点亮，LED2这一组熄灭，但随着电源通过电阻R2对C2的充电，Q2的基极电压逐渐升高，当超过0.7V时，Q2由截至状态变为导通状态，集电极电压下降，LED2这一组点亮。与此同时，Q2的集电极下降的电压通过电容C3使Q3的基极电压也降低，Q3由导通变为截至，其集电极电压升高，LED3这一组熄灭。接下来，电路按照上面叙述的过程循环，3组18只LED便会被轮流点亮，同一时刻有2组共12只LED被点亮。这些LED被交叉排列呈一个心形图案，不断的循环闪烁发光，达到流动显示的效果 

3.2 三极管无稳态多谐振荡器电路  

    此电路之输出并不会固定在某一稳定状态，其输出会在两个稳态(饱和或截止)之间交替变换，因此输出波形似近一方波。  

如图-2即为无稳态多谐振荡器电路，图中两个三极管Q1、Q2在“Q1饱和／Q2截止”和“Q1截止／Q2饱和”，二种状态周期性的互换，其工作原理如下：

              图-2 三极管无稳态多谐振荡器电路

4 绘制原理图和PCB

4.1 原理图的绘制

   （1）首先打开protex dxp软件新建设计项目文件和原理图文件，然后进行保存。

   （2）设置原理图参数。

   （3）元器件的查找和放置。

  （4）连线。

     最终形成原理图。如图-3所示：

                      图-3  LED心形闪烁灯设计原理图

4.2 绘制电路PCB

（1）创建PCB文件，然后保存。

（2）执行工具放置元器件。

（3）进行手动布局调整。

（4）进行布线。最终形成如图-4所示：

     

                   图-4   电路PCB

4.3 生成网格表

[BT1BAT-2Battery][C1CAPR5-4X5Cap2][C2CAPR5-4X5Cap2][C3CAPR5-4X5Cap2][DS1NNLEDLED1][DS2NNLEDLED1]DS3NNLEDLED1][DS4NNLEDLED1][DS5NNLEDLED1][DS6NNLEDLED1][DS7NLEDLED1[DS8NLEDLED1][DS9NNLEDLED1][DS10NNLEDLED1][DS11NNLEDLED1][DS12NNLEDLED1][DS13NLEDLED1][DS14NNLEDLED1][DS15NNLEDCY-W3NPN][Q3BCY-W3NPN][R1AXIAL-0.4Res2][R3AXIAL-0.4Res2][R4AXIAL-0.4Res2][R5AXIAL-0.4Res2][R6AXIAL-0.4Res2](NetBT1_1BT1-1DS1-1DS2-1DS3-1DS4-1DS5-1DS6-1DS7-1DS8-1D9-1DS10-1DS11-1DS12-1DS13-1DS14-1DS15-1DS16-1DS17-1DS18-1R-2R3-2R5-2[BT1BAT-2Battery][C1CAPR5-4X5Cap2][C2CAPR5-4X5Cap2][C3CAPR5-4X5Cap2][DS1NNLEDLED1][DS2NNLEDLED1R6-1)(NetC1_2C1-2Q1-2R1-1)(NetC2_1C2-1Q1-3R2-1)(_2-2Q2-2R3-1NetC3_1C3-1Q2-3R4-1NetC3_2C3-2Q3-2R5-1(NetDS1_2DS1-2DS2-2DS3-2DS4-2DS5-2DS6-2R2-2)(NetDS7_2 DS7-2 DS8-2 DS9-2 DS10-2 DS11-2 DS12-2 R4-2)(NetDS13_2 DS13-2 DS14-2 DS15-2 DS16-2 DS17-2 DS18-2 R6-2 )

4.4 生成元器件报表

（1）元器件报表，如表-1所示

                         表-1 元器件报表

5 PCB板制作、焊接与调试

5.1  PCB板制作

(1)在经过老师检查PCB布线图无误之后，在电脑上将图打印出来。如图-5所示

         

                     图-5 打印镜像图

（2）打磨铜版。

（3）进行热转印过程，如图-6所示

                      图-6 热转印

（4）热转印完成后进行腐蚀铜板。

（5）板子腐蚀完成后进行打孔。

5.2 元器件的焊接

    在焊接过程中遇到主要的两问题。

问题一及解决方法：在布线时布线比较紧密，导致焊接时不方便。但最后还是小心的将元器件焊接完成。

问题二及解决方法：打印时由于墨色不足，导致导线有些断断续续。最后在焊接时将短接的线用锡连接起来。

最终的焊接成果如图-7所示：

       

                          图-7 焊接图

5.3 系统的调试

    当将元器件完全焊接完成后，通电后开始时未能达到预期效果，3组LED灯只亮了2组且LED灯未能闪烁。为了能够达到预期效果我用万用表把所有电路检查了一遍，并且仔细检查了三极管的连接情况。最终使得达到预期效果。

最终电子产品图如图-8所示：

           

                             图-8 最终产品图

6 总结

此次课设让我学到了很多，也得到了很多：

（1） 对实验原理有更深的理解 

  通过DXP原理课程设计，掌握了DXP程序工作的基本过程及其各阶段的基本任务，了解了DXP中PCB的生成过程、课本上的知识有了更深的理解，把原来以为很深奥的书本知识变的更为简单，对实验原理有更深的理解。   

（2）对该理论在实践中的应用有深刻的理解 

  通过做这个课程设计，知道和理解了DXP是怎样执行的，对该理论在实践中的应用有深刻的理解。 

  （3）激发了学习的积极性 

  通过该课程设计，全面系统的理解了DXP一般原理和基本实现方法。把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的DXP原理的知识强化，能够把课堂上学的知识通过自己设计的原理图设计出来，加深了对理论知识的理解。

参考文献

            李与核、 陈敬新 、黄辉编著 .Protel DXP 20## SP2实用教程.清华大学出版社

 

第二篇：基于单片机的protel课程设计报告

PROTEL课程设计报告

专业：电气工程及其自动化

学号：

姓名：

班级：

教师：

            

电气与电子工程学院

2012.6.2

摘  要

Protel 99SE是一种基于Windows环境下的电路板设计软件。该软件功能强大，提供了原理图设计、电路混合信号仿真、PCB图设计、信号完整性分析等电子线路设计需要用的方法和工具，具有人机界面友好、管理文件灵活、易学易用等优点，因此，无论是进行社会生产，还是科研学习，都是人们首选的电路板设计工具。

本课程设计过程中，通过学习和使用Protel 99SE软件对一些单片机系统（以51系列为主）进行原理图设计绘制（Schematic）和电路板的印制（ PCB），来达到熟悉和掌握Protel 99SE软件相关操作的学习目的。

关键词：Protel 99SE  单片机   原理图（Schematic）   PCB

　　

正  文

Protel 99SE 由两大部分组成：电路原理图设计（Advanced Schematic）和多层印刷电路板设计（Advanced PCB）。Advanced Schematic用于电路原理图的设计，为印制电路板的设计打好基础；Advanced PCB用于印制电路板的设计，产生最终的PCB文件，直接联系到印制电路板的生产。

正文部分共分为四大部分，第一部分为关于Protel 99SE软件的操作使用方法；第二部分为联系内容：按照单片机理论考试中最后一道综合设计题或单片机上机实验考题画出硬件电路的原理图；第三部分为89C51系统板的设计（原理图和PCB图）；第四部分为自己上网检索其他型号单片机，画出相关原理图和PCB图。

（一）关于Protel 99SE软件的操作使用方法

Protel 99SE的操作主要包括以下四项：编辑器的启动、原理图

的绘制、Protel99SE印制板编辑器的启动、PCB的设计

1.启动SCH99SE编辑器

 进入Protel99SE，新建项目数据库文件，进入图1-8所示的界面后，双击Documents选项卡，可以定义新文件夹并确定文件存放位置，然后执行File→New，屏幕弹出New Document对话框，如图1-9所示，在Documents下建立新文档，图中为新建原理图，即双击    图标，新建原理图文件，如图2-1所示，系统默认文件名为Sheet1，此时可以直接修改文件名，图中改名为amp。

双击文件图标，进入编辑器。

2.原理图的绘制

原理图绘制是印制板设计的基础工作，其设计步骤如下，根据实际情况可以进行适当调整 ：⑴新建原理图文件。 ⑵设置图纸和工作环境。 ⑶装载元器件库。⑷放置所需的元器件、电源符号等。 ⑸元器件布局和连线。 ⑹放置标注文字等进行电路标注说明。 ⑺电气规则检测、线路、标识调整与修改。 ⑻产生相关报表。 ⑼电路图存盘及输出。

3. Protel99SE印制板编辑器的启动

进入Protel99SE的主窗口后，执行菜单File→New建立新的设计项目，单击OK按钮，在出现的新界面中指定文档位置，再次执行File→New，屏幕弹出新建文件的对话框，单击图标    ，系统产生一个PCB文件，默认文件名为PCB1.PCB，此时可以修改文件名，双击该文件进入PCB99SE编辑器，如图4-15所示。

4.PCB的设计

PCB的设计有两种方式，第一，手工设计PCB。手工设计PCB是用户直接在PCB软件中根据原理图进行手工放置。

元件、焊盘、过孔等，并进行线路连接的操作过程，手工设计的一般步骤如下： ⑴规划印制电路板。 ⑵放置元件、焊盘、过孔等图件。 ⑶元件布局。 ⑷手工布线。 ⑸电路调整。 ⑹输出PCB。

第二，导入网络表方式。此次课程设计采用的是导入网络表的方法来生成的PCB，即原理图设计好的基础上，生成网络表，然后在新建的PCB文件中，通过导入该网络表，来生成相应PCB，这种方法适用于原理图已设计好的情况。

限于篇幅关系，以上部分只对Protel 99SE的基本操作进行了概括性介绍，详细操作请查阅相关资料。

（二）按照单片机理论考试中最后一道综合设计题或单片机上机实验考题画出硬件电路的原理图

1.使用Protel 99SE绘制该原理图时，应将单片机的外围电路（晶振、复位、片选等）接好，不要遗漏。

 2.通过编辑器的启动、原理图的绘制这两步操作，并通过了电气规则检测，产生相关报表，最后电路图存盘及输出，具体详细操作步骤已在前文介绍，此处不再赘述。

3.所需元器件：芯片89C51，极性电容，电容，电阻，晶振，开关，电源。

4.原理图截图

(三)89C51系统板的设计（原理图和PCB图）

1.设计要求如下：

在STC单片机系列中选一款，画出原理图和板图，要求：

(1)设复位键。

(2) 设电源指示灯。

(3) 6位数码管（或4个），16（或8个）个发光二极管(串口驱动)

(4)6个（或4个）按键。

(5)设232口转换，可在线编程（或有编程/运行两种工作模式）。

(6)其他口线都由端子引出，并设有+5V输入端子。

(自己上网查STC系列芯片及管脚管脚)

2.元器件：芯片STC89C51，芯片74LS164，数码管，发光二极管，开关，晶振，电阻，电容，极性电容，电源。

3.步骤

 （1）接晶振电路和复位电路。

 （2）设置电源指示灯，由电阻和发光二极管组成。

 （3）接数码管。

 （4）接发光二极管，电阻和开关组成的电路。

 （5）设置串行口控制电路。

 （6）将口线都由端子引出，并设有+5V输入端子。

 （7）进行电气规则测试，生成该电路原理图的网络表文件，生成该电路原理图的元器件材料清单列表。

 （8）制作与修改PCB原件封装，直至封装完全正确。

 （9）生成、布局并接线PCB图，直至完全正确。

 （10）整理实验的原理图、PCB图以及其他文件。

4.原理图和PCB

图一   原理图

图二   PCB图

                        

图三   自制开关封装图

（四）自己上网检索的ATMEGA16型单片机的最小系统

1.元器件：芯片ATMEGA16，电阻，电容，极性电容, 串口，晶振，电源。

2.步骤

（1）接芯片ATMEGA16电源并用开关控制芯片的工作

（2）接晶振电路

（3）接芯片引脚

（4）进行电气规则测试，生成该电路原理图的网络表文件，生成该电路原理图的元器件材料清单列表

（5）制作与修改PCB原件封装，直至封装完全正确

（6）生成、布局并接线PCB图，直至完全正确

（7）整理实验的原理图、PCB图以及其他文件

3.原理图和PCB

                       图四  原理图

总   结

   经过此次Protel课程设计实习，基本达到了对Protel 99SE软件有初步认识和熟悉，并掌握了使用Protel 99SE软件进行电路图的设计和绘制的方法。

首次接触Protel 99SE软件时，对各个元件的查找和对元件库的管理和添加是第一个难点，其次就是对于绘制原理图的一些细节把握还不够到位，比如在绘制原理图元件时要注意元件一般的尺寸大小，不能太大也不能太小了，还有元件管脚电气属性的设置的方法。原理图的绘制完成后便是修改名称和添加元件库了。这些基本方法都掌握后, 就可以绘制一些基本的原理图了, 绘制图形要注意元件的摆放和整体的布局，绘制的原理图要求美观，清晰。

绘制完原理图之后便是学习制作 PCB 的封装了。元器件封装是Protel较难也很关键的一步,制作 PCB 要以元件实物的型号和大小为依据，实物元件的种类繁多，所以要以具体情况具体要求来制作 PCB 封装。PBC封装尺寸的大小更注重在管脚的距离上，管脚距离的大小决定了实物元件能否安装在电路板上。要从原理图生成 PCB 就要保证每个元件都有对应的封装,不仅大小要对应，符号也要一一对应。

特别需要注意的是，当某个元件在库中找不到与之对应的封装号时，我们应该在库中自己绘制出其封装形式。在这些步骤都完成后就可以从原理图生成 PCB 图了,当然刚开始做的时候错误是在所难免的，但通过自己的努力练习，并向老师和同学请教，找到错误的根源所在，及时改正，最终完成了设计任务。当然，最后检查的时候，必须保证从原理图生成 PCB 时要保证每个元件都是正确的，保证每个元件都被导入了，而没有遗漏。

最后一步是布局和布线。由于初学原因，采用的电脑自动布线。在此期间，老师给我指出了诸多错误及不合理之处，所以，以后自己要多从手动布线方面多下功夫，不断提高自己的布线技巧。当然，仅仅四天的实习还远远不够，今后自己还要多下功夫，争取真正作出更为细致且精美的图来。

最后，通过此次课程设计，使我领悟到了学习掌握Protel对于将来学习与工作的重要性，同时也使我认识到自己所学知识和操作技能的欠缺，在将来的学习中需要更加努力，不断学习，才能有所提高！