电子电路计算机辅助设计课程设计.docx
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电子电路计算机辅助设计课程设计
电子电路计算机辅助设计
课程设计
题目：
《基于单片机数码管电子钟设计》
学院：
信息工程学院
学生姓名：
***
学号：
************
专业年级：
光电信息科学与工程2013级
********
2015年6月20日
课程设计任务书
设计
题目
基于单片数码管电子钟设计
设计类型
应用型
导师姓名
主要内容及目标
1完成电路板原理图及其PCB板图的设计；
2完成电路原理图元器件库的设计，PCB板图封装库设计；
3提交ERC检查报告、网络表、材料清单；
4完成相应的课程设计报告
具有的设计条件
计算机及Protel99SE软件。
计划设计进程
1、从接题开始收集资料、准备设计
2、学习电路原理图的绘制及PCB板图制作方法
3、完成设计任务，同时编写设计报告
参考文献
1.李建忠主编，单片机原理及应用，西安电子科技大学出版社
2.彭伟编著，单片机C语言设计实训100例，北京电子工业出版社
3.江晓安等编著，数字电子技术（第三版），西安电子科技大学出版社
4.MAXIM．NEWRELEASESDATABOOK（VOLUMEV），AMERICA
5.楼然苗，李光飞，MCS－51系列单片机设计实例，北京航天航空大学出版社
6.潘永雄沙河编著，电子线路CAD使用教程，西安电子科技大学出版社
7.唐继贤编著，51单片机应用系统开发，上海科学出版社
8.刘国荣，单片微型计算机技术，机械工业出版社
9.周慧，微机接口与控制技术课程设计指导书，湖南工程学院出版
10.HeinrechMeycMarcMoneneclaey.DigitalCommunicationReceivers.JOHSINCNWILEY&SON.
基于单片机数码管电子钟设计
0摘要
基于单片机的定时和控制装置在许多行业有着广泛的应用，而数字钟是其中最基本的，也是最具有代表性的一个例子。
在基于单片机系统的数字钟电路中，除了基本的单片机系统和外围电路外，还需要外部的控制和显示装置。
本电路主要以单片机AT89C2051或者STC12C2052为核心而设计的，通过单片机对信息的分析与处理，控制外围设备。
本设计以单片机AT89C2051为切入点，通过使用AT89C2051的内部的可编程定时器/计数器，结合对外接晶振的调节来确定一个合适的振荡周期，从而确定出内部的机器周期。
再通过对内部中断程序的设置来设计出时钟程序，即设计出了电子时钟的核心。
然后在核心电路的基础上设计出了相应的扩展电路，使本设计更加实用。
运用Protel99SE及计算机设计A/D转换电路的PCB板设计。
关键词：
单片机；数码显示；PCB;AT89C2051;
1绪论
1.1Protel99se软件简介
Protel99SE是PROTEL公司在80年代末推出的EDA软件,应用广泛功能强大，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能。
可见Protel99SE不仅在绘制原理图、PCB板布局布线等方面功能更加完善，而且为用户提供功能强大、使用方便的仿真器，它可以对当前所画的电路原理图进行即时仿真，因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析其性能指标，以便能及时发现设计中存在的问题并加以改正，从而更好的完成电路设计。
具体特点如下:
（a）强大的分析功能
用户可以根据Protel99SE电路仿真器所提供的功能，分析设计电路的各方面性能.如电路的交直流特性、温度漂移、噪声、失真、容差、最坏情况等特性。
（b）丰富的信号源
其中包括基本信号源：
主流源、正弦源、脉冲源、指数源、单频调频源、分段线性源，同时还提供了齐全的线性和非线性受控源。
（c）充分的仿真模型库
Protel99SE提供了20多个模拟和数字仿真元件库，共包含6000多个常用元器件。
这些组件库包括了常用二极管、三极管、单结晶体管、变压器，晶闸管、双向晶闸管等分立组件，还有大量的数字器件和其它集成电路器件.同时Protel99SE提供了一个开放的库维护环境，允许设计者改变原有器件模型，也可创建新器件模型。
（d）友好的操作界面
①无需手工编写电路网表义件.系统将根据所画电路原理图自动生网表文件并进行仿真。
②通过对话框完成电路分析各参数设置。
③方便地观察波形信号。
可同时显示多个波形，也可单独显示某个波形；可对波形进行多次局部放大，也可将两个波形放置于同一单元格内进行显示并分析比较两者的差别。
④强大的波形信号后处理，可利用各种数学函数对波形进行各种分析运算并创建一个新的波形。
⑤方便地测量输出波形。
Protel99SE提供了两个测量光标，打开它们可测量波形数据。
1.2设计目的
本次课程设计通过了解熟悉Protel99软件界面，进行数字电子钟电路原理图的设计、创建原理图元件、电路板的设计规划和网络表的载入、印刷电路板（PCB）的编辑、创建元件封装、报表生成与电路板输出。
了解rotel99SE软件的功能及其使用说明，对软件基本操作能够熟练掌握，熟悉原理图的设计步骤，掌握绘制原理图的方法，并对网络表及元件清单的生成，双面印制电路板（PCB）的布线流程，创建原理图元件库及其PCB元件库的编辑。
通过电子电路CAD课程设计学习,了解它是采用的客户、服务器体系结构，起主要应用程序Client.exe提供了一个基本的框架窗口和相应的Protel99组件之间的用户接口。
对于用户来讲，使用它不需要了解是如何工作的。
从实际角度出发，按照循序渐进、理论联系实际的原则，根据电子电路设计的特点，结合典型实例系统地介绍电路原理图的设计及印刷电路板的设计方法，并其备完善灵活的设计管理方式。
1.3AT89C2051介绍
1）程序保密
AT89C2051隶属美国ATMEL公司，AT89C2051设计有2个程序保密位，保密位1被编程之后，程序存储器不能再被编程除非做一次擦除，保密位2被编程之后，程序不能被读出。
2）软硬件的开发
AT89C2051可以采用下面两种方法开发应用系统。
1、由于89C2051内部程序存贮器为Flash，所以修改它内部的程序十分方便快捷，只要配备一个可以编程89C2051的编程器即可。
调试人员可以采用程序编辑-编译-固化-插到电路板中试验这样反复循环的方法，对于熟练的MCS-51程序员来说，这种调试方法并不十分困难。
但是做这种调试不能够了解片内RAM的内容和程序的走向等有关信息。
2、将普通8031/80C31仿真器的仿真插头中P1.0~P1.7和P3.0~P3.6引出来仿真2051,这种方法可以运用单步、断点的调试方法，但是仿真不够真实，比如，2051的内部模拟比较器功能，P1口、P3口的增强下拉能力等等。
3）引脚说明
AT89C2051芯片引脚图AT89C2051的引脚图如下图所示。
1、VCC:
电源电压。
2、GND:
地。
3、P1口:
P1口是一个8位双向I/O口。
口引脚P1.2~P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。
P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入（ANI0）和反相输入（AIN1）。
P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。
当P1口引脚写入"1"时，其可用作输入端，当引脚P1.2~P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的写入"1"时，其可用作输入端。
当引脚P1.2~P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而流出电流。
4、P3口:
P3口的P3.0~P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/O口引脚。
P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。
P3口缓冲器可吸收20mA电流。
当P3口写入"1"时，它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。
用作输入时，被外部拉低的P3口脚将用上拉电阻而流出电流。
P3口还用于实现AT89C2051的各种第二功能，如下表所列:
引脚口
功能
P3.0
RXD串行输入端口
P3.1
TXD串行输出端口
P3.2
INT0外中断0
P3.3
INT1外中断1
P3.4
T0定时器0外部输入
P3.5
T1定时器1外部输入
P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
5、RST:
复位输入。
RST一旦变成高电平所有的I/O引脚就复位到"1"。
当振荡器正在运行时，持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。
每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。
6、XTAL1:
作为振荡器反相器的输入和内部时钟发生器的输入。
7、XTAL2:
作为振荡器反相放大器的输出。
3）主要性能
1、和MCS-51产品兼容;
2、2KB可重编程FLASH存储器（10000次）;
3、2.7-6V电压范围;
4、全静态工作:
0Hz-24MHz;
5、2级程序存储器保密锁定;
6、128*8位内部RAM;
7、15条可编程I/O线;
8、两个16位定时器/计数器;
9、6个中断源;
10、可编程串行通道;
11、高精度电压比较器（P1.0，P1.1，P3.6）;
12、直接驱动LED的输出端口。
2设计原理
2.1原理图设计
2.1.1制作原件与创建元件库
2.1.1.1设计具体步骤
创建工程文件命名为（电子钟.DDB），执行“File”菜单下的“New”命令，在新文档选择窗口内，双击“SchematicLibraryDocument”编辑器图形，重命名为MYSCH.lib。
然后执行“Tools”菜单下的“NewComponent”（生成新元件）命令，在窗口输入元件名，如DPJ后单击“OK”按钮，即可获得一个新的绘图工具去，然后通过画图工具画出元件。
必要时执行“Report”菜单下的“ComponentRuleCheck”（元件规则检查）命令，然后单击“OK”按钮，启动元件规则检查过程，即可了解元件图形库的正确性。
2.1.1.2设计的元件
DPJ（单片机AT89C2051）
SM（数码管）
2.1.2原理图
创建原理图文件，执行“File”菜单下的“New”命令，在新文档选择窗口内双击“SchematicDocument”并命名为（数码管电子钟），然后使用Protel99加库工具加载自己创建的库文件及工程文件，加载方法如下：
1）选择要添加的库类别为SCH；
2）按“添加库”和“删除”按钮，选择要添加的文件；
3）打开Protel99se工程文件；
4）打开原理图中的添加/删除（Add/Remove）元件库对话框；
5）按添加到Protel按钮，把选择的库文件添加/删除元件库对话框中；
6）点击添加/删除元件库对话框中的“OK”按钮完成操作；
然后根据设计画出原理图，原理图如下图：
2.1.3元器件清单的生成
打开原理图文件，执行菜单命令Reports/BillofMaterial,一直点击NEXT直到最后FINISH,程序会自动进入表格编辑器，并形成后缀为*.xls的元件列表。
元件清单表
2.1.4电路的ERC检查
执行菜单命令Tools/ERC命令，点击OK即可生成相应的测试错误报告如下图所示。
电路的ERC检查
2.1.5产生网络表
执行菜单命令Design/CreateNetlist,将OutputFormat一览设置成PROTEL格式。
单击OK,自动保存为.NET的文件。
产生如图所示的网络表。
生成网络表
2.2PCB设计
2.2.1封装元件库
2.2.1.1设计步骤
打开工程文件，执行“File”菜单下的“New”命令，在新文档选择窗口内，双击“PCBLibraryDocument”编辑器图形，重命名为MYPCB.lib,然后点击Add/Remove-----Next,设置元件长宽以及孔的大小并重命名元件封装名如DIP-20。
2.2.1.2封装元件
封装部分元件图如图所示
SWITH
CR2032
2.2.2创建PCB步骤
开工程文件，执行“File”菜单下的“New”命令，在新文档选择窗口内，双击“PCBDocument”编辑器图形，重命名为（数码管电子钟.PCB）.打开封装好的原理图，执行“Design”下的“UpdatePCB……”，点击“Execute”。
调整部分位置后，并进行布线（Protel99SE既可以进行自动布局也可以进行手工布局，执行菜单命令Tools/AutoPlacement/AutoPlacer可以让Protel自动布局。
规划好电路板并装入网络表后，用户可以让程序自动装入元件。
并自动将元件布置在电路板边框内。
布局是布线关键性的一步,为了使布局史加合理，多数设计者都采用手工布局方式。
）。
2.2.3PCB图形
布线完成后的PCB图如下图所示：
3课程学习心得
通过这次课程设计使自己明白了原来的那点知识是非常欠缺的，要学习的东西还很多，正所谓“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。
”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的。
因此在学期末来临之际，我觉得这次的电子CAD实训让我受益匪浅。
学习是一个长期积累的过程，在以后的工作和生活中都应该不断的学习，努力提高自己的知识和综合素质。
希望以后像这样的课程设计再多一点。
在学习protel99se的过程中，我们在老师指导和帮助下，从一开始什么都不懂到现在的逐渐掌握，从理论学习到自己动手操作实践，一步一步，我们朝着更高的方向迈进。
下面，就我在学习过程中的一些问题和想法，谈谈我的学习的心得体会:
第一，电子CAD是一门考察动手能力的课程。
正像大家所说，电子线路CAD是我们从事电子信息工程类专业人员必须掌握一门重要的基本工具，其重要性不言而喻。
既然如此的重要，对我们来说，其要求肯定也不是掌握一点理论知识、书本经验，而是掌握其实际应用的货真价实的动手能力。
只有真正的动手操作，才可以将理论联系实际，将课本上的理论知识转化为一种实际动手操作能力,从而彻底地掌握它。
第二，电子CAD是一门考验大家耐心和细致的课程。
众所周知，电子信息行业涉及面极广，所应用的知识更是种类繁多，如果从事这方面的工作，对从业者的细致耐心的考验是必不可少的。
然而，在学习的过程中，我们被要求要认真细致的完成作业和实践课程，这为我们以后从事这一方面的工作打下良好的基础，养成严谨审慎的科学态度。
例如最简单的电气连接的检验，虽然是基础的问题，却是我们必须注意的问题。
这次课程设计终于完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，在老师的身上咱们学也到很多实用的知识，在次咱们暗示感谢！
同时，对给过我无私帮助的所有同学以及列位任课老师的上课方法再次暗示忠心的感谢！
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现失闪的因地制宜，以及与人合作共同提高，都受益非浅，此后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
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