电子CAD课程设计实验报告.docx
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电子CAD课程设计实验报告
一.课程设计的目的
课程设计以电子线路CAD软件设计原理为基础,重点在硬件设计领域中实用的电子线路设计软件的应用。
掌握电子线路设计中使用CAD的方法。
为后继课程和设计打下基础。
通过电路设计,掌握硬件设计中原理图设计、功能仿真、器件布局、在线仿真、PCB设计等硬件设计的重要环节。
二.课程设计题目描述和要求
2.1振荡电路的模拟和仿真。
由555定时器构成多谐波振荡电路,用模拟的示波器观察输出的信号,熟悉555定时器构成多谐波振荡电路的基本原理,熟悉proteus的基本操作,和各元器件的查找。
2.28051单片机
用80c51单片机完成以下功能:
(1)构成流水灯的控制电路,使八个流水灯轮流点亮。
(2)构成音乐播放的简单电路。
(3)构成串口通信电路,完成信息在单片机和串口之间的传播。
(4)构成8255键盘显示模块。
(5)构成A/D和D/A转换模块。
首先用模拟器件构成基本电路,然后在单片机中加入驱动程序,运行仿真,最后对电路进行调整校正,完成相关功能。
熟悉单片机实现相关功能的基本原理,对单片机有个框架的了解。
学习用proteus仿真单片机电路中不同模块间的组合,扩展单片机电路的功能。
三.课程设计报告内容。
3.1设计原理
3.1.1振荡电路仿真的原理
振荡电路原理:
555管脚功能介绍:
1脚为地。
2脚为触发输入端;3脚为输出端,输出的电平状态受触发器控制,而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。
当触发器接受上比较器A1从R脚输入的高电平时,触发器被置于复位状态,3脚输出低电平;
2脚和6脚是互补的,2脚只对低电平起作用,高电平对它不起作用,即电压小于1Ucc/3,此时3脚输出高电平。
6脚为阈值端,只对高电平起作用,低电平对它不起作用,即输入 电压大于2Ucc/3,称高触发端,3脚输出低电平,但有一个先决条件,即2脚电位必须大于1Ucc/3时才有效。
3脚在高电位接近电源电压Ucc,输出电流最大可打200mA。
4脚是复位端,当4脚电位小于0.4V时,不管2、6脚状态如何,输出端3脚都输出低电平。
5脚是控制端。
7脚称放电端,与3脚输出同步,输出电平一致,但7脚并不输出电流,所以3脚称为实高(或低)、7脚称为虚高。
接通电源后,电源VDD通过R2’和R3’对电容C充电,当Uc<1/3VDD时,振荡器输出Vo=1,放电管截止。
当Uc充电到≥2/3VDD后,振荡器输出Vo翻转成0,此时放电管导通,使放电端(DIS)接地,电容C通过R2对地放电,使Uc下降。
当Uc下降到≤1/3VDD后,振荡器输出Vo又翻转成1,此时放电管又截止,使放电端(DIS)不接地,电源VDD通过R1和R2又对电容C充电,又使Uc从1/3VDD上升到2/3VDD,触发器又发生翻转,如此周而复始,从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。
脉冲宽度TL≈0.7R2C,由电容C放电时间决定;TH=0.7(R2’+R3’)C,由电容C充电时间决定,脉冲周期T≈TH+TL。
图3.1555振荡器
3.1.28051单片机的原理
3.1.2.1单片机简介:
按照单片机的特点,单片机的应用分为单机应用与多机应用。
在一个应用系统中,只使用一片单片机称为单机应用。
单片机的单机应用的范围包括:
(1)测控系统。
用单片机可以构成各种不太复杂的工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等,达到测量与控制的目的。
(2)智能仪表。
用单片机改造原有的测量、控制仪表,促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展。
(3)机电一体化产品。
单片机与传统的机械产品相结合,使传统机械产品结构简化,控制智能化。
(4)智能接口。
在计算机控制系统,特别是在较大型的工业测、控系统中,用单片机进行接口的控制与管理,加之单片机与主机的并行工作,大大提高了系统的运行速度。
(5)智能民用产品。
如在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备、厨房设备等许多产品中,单片机控制器的引入,不仅使产品的功能大大增强,性能得到提高,而且获得了良好的使用效果。
单片机按应用范围可分成通用型和专用型。
专用型是针对某种特定产品而设计的,例如用于体温计的单片机、用于洗衣机的单片机等等。
在通用型的单片机中,又可按字长分为4位、8位、16/32位,虽然计算机的微处理器在几乎是32/64位的天下,8位、16位的微处理器已趋于萎缩,但单片机情况却不同,8位单片机成本低,价格廉,便于开发,其性能能满足大部分的需要,只有在航天、汽车、机器人等高技术领域,需要高速处理大量数据时,才需要选用16/32位,而在一般工业领域,8位通用型单片机,仍然是目前应用最广的单片机。
3.1.3proteus软件介绍
Proteus是世界上著名的EDA工具仿真软件,从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
Proteus基本操作:
1、选择要使用的元件
在PickDevice窗口双击相应元件名称,即可将元件添加到主界面左侧的列表中
2、放置元件到绘图区
单击列表中的元件,然后在右侧的绘图区单击,即可将元件放置到绘图区。
(每单击一次鼠标就绘制一个元件,在绘图区空白处单击右键结束这种状态)
3、删除元件
右击元件一次表示选中(被选中的元件呈红色),选中后再一次右击则是删除。
4、移动元件
右击选中,然后用左键拖动。
5、旋转元件
左下角旋转工具栏
6、元件连线
在引脚上鼠标指针变成X状,单击,移动到目的引脚,再次单击。
7、删除连线
同删除元件
8、绘制电源和地
单击工具栏上的左起第8个工具(Inter-SheetTerminal),左侧工具栏显示TERMINALS,可在其中选择POWER或GROUND,像放置元件一样放置到绘图区。
Proteus还提供了丰富的资源:
1.Proteus可提供的仿真元器件资源:
仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件,有30多个元件库。
2.Proteus可提供的仿真仪表资源:
示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。
理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
3.除了现实存在的仪器外,Proteus还提供了一个图形显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时地显示出来,其作用与示波器相似,但功能更多。
这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标,例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。
这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。
4.Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。
这些测试信号包括模拟信号和数字信号
在PROTEUS绘制好原理图后,调入已编译好的目标代码文件:
*.HEX,可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
3.2proteus电路原理图设计
3.2.1多谐波震荡电路原理图
3.2.28051单片机的仿真原理图
3.3仿真方法和结果分析
3.3.1振荡电路仿真方法和结果分析
图3.3.1振荡电路
操作步骤:
1.搜索—键入battery,找到直流电源,修改属性,为12v。
2.键入ne555,为555定时器。
3.键入POT,找到滑动变阻器,修改属性为1k。
键入相应阻值,找到一般电阻,键入1u,找到电容。
4.按照原理图连接电路。
5.在左侧虚拟仪表模式中找到示波器。
接入信号。
运行结果:
图3.3.1示波器
结果分析:
由555定时器构成多谐波振荡器,可以产生连续矩形脉冲,如上图黄色图像。
在电容的充放电过程中,TH和TR间的电压呈现三角脉冲,如蓝色图像。
仿真结果和事实相符。
3.3.280c51开发板仿真
3.3.2.1CPU模块的仿真
图3.3.2.1CPU模块
操作步骤:
1.新建文档文件—新建设计—LANDSCAPEA3—命名---点击确定
2.点击搜索—键入关键字80c51—双击
3.在左边工具栏中选择“终端”—GROUND,接地。
4.终端—POWER,电源VCC。
5.搜索---button,按钮开关。
键入CAP,找到一般的电容,修改电容的属性,改为22pF.键入10uF,找到相应电容。
键入crystal,找到晶振电容。
6.键入电阻阻值,找到相应电阻。
7.在“终端”中选择default,是输出输入的端口。
8.在左侧选择总线模式,绘制总线。
在连接总线和芯片管脚是,总线端点击ctrl键,画成斜线。
9.对于和一系列连续接线的命名,可以借助“属性分配工具”。
在字符串中键入net=LED#(LED为接线的名称,#代表序号),增量默认为1,动作为“赋予”,应用到为“点击”,确定后,逐次点击需要标注的的接线即可。
3.3.2.1集体标号
3.3.2.2键盘显示模块的仿真
3.3.2.2键盘显示模块
操作步骤:
1.搜索8255a,找到相应芯片。
2.键入DISPLAY,找到四位显示七段数码管。
键入DIPSW-8,找到8位开关。
3.按图连接电路。
3.3.2.3蜂鸣器模块的仿真
图3.3.2.3蜂鸣器模块
运行结果:
在单片机中加入播放音乐的程序后,运行仿真。
蜂鸣器播放音乐《挥着翅膀的女孩》《同一首歌》等等。
3.3.2.4二极管显示模块的仿真
操作步骤:
1.键入LED,选择合适的led灯。
2.键入330R,找到电阻。
3.画总线,用属性分配工具命名接线。
4.点击左侧的“二D图形文本模式”,调节字体大小,添加相应文本。
运行结果:
在单片机中加入流水灯的程序后,运行仿真。
LED灯依次点亮。
图3.3.2.4流水灯
3.3.2.5A/D和D/A模块的仿真
图3.3.2.5A/D转换模块
操作步骤:
1.键入74ls373,adc0808找到相应模块,键入NOR-3,找到三接入的与门。
键入not,找到非门。
图3.3.2.5D/A转换模块
操作步骤:
1.键入74s00,找到与非门。
键入74ls273,dac0808构成D/A转换模块。
3.3.2.5串口通信模块的仿真
图3.3.2.5串口通信模块
操作步骤:
1.键入compim,找到串口。
在虚拟仪表模式中,找到虚拟终端VIRTUALTERMINAL。
2.键入SWITCH,找到单刀双掷开关。
运行结果:
首先创建虚拟串口,进行串口调节,将波特率改为2400,将虚拟终端波特率也改为2400.在串口窗口中输入发送信息,然后手动发送信息。
创建串口
设定波特率为2400,进行串口信息的发送,输入,虚拟窗口输出相同数据。
由单片机发送信息ABCDEFG。
接受区出现相同结果。
3.4设计和仿真过程中出现的问题及解决方法
1.首先是元器件的查找,不熟悉器件的分类,从网上下载了元器件英汉对照表。
有助于效率的提高。
2.总线的绘制及与总线相连的接线的命名。
绘制总显示应先选择总线模式,与总线相连的接线处要画成斜线。
查阅相关资料,得知需借助ctrl键。
接线的命名较为繁琐,可借助属性分配工具,预设接线名,设定步距,逐个点击接线,自动命名。
3.错误的校正。
提示元器件的命名重复。
但是检查后并未发现有重复的。
最后在老师的帮助下发现同一个器件重叠了多个,应该是放置元件是操作失误,点击了多下,导致多个器件重叠,而不易被发现。
蜂鸣器不响。
单片机有输出信号,但蜂鸣器没有接受信息号。
考虑是单片机输出信号有问题。
经检查,输出端口也是重叠了两个。
导致蜂鸣器不发声。
总线的命名,最初以为只要总线命名就可使模块间信息传递。
后来发现不行,于是把接线命名后,问题得以解决。
进行通信模块实验时,串口的调节再按照要求调整后,信息总是无法传递。
经验证是串口的调节出了问题,感觉出啊口的调节不稳定,在重装了串口软件后,调节了软件的兼容性后,问题得以解决。
四.设计总结和心得体会。
首先这是我们第一次接触proteus仿真,也是第一次接触单片机,状况不断是难免的,这在一定程度上也考验我们的学习能力,考验我们处理突发问题的能力。
在实验设计过程中既巩固了数字模拟电路中的知识,也初步了解了单片机实现一些简单功能的方法,大致了解了单片机的工作原理。
同时也掌握了proteus的基本操作,能够熟练掌握运用虚拟器件构建模拟电路的方法,运用虚拟器件的仿真实现一些简单功能的实现。
掌握了用虚拟的仪表检测电路的能力,掌握虚拟仪表如示波器,电压表,电流表等的使用方法。
同时也体会到英语的重要性,英语的障碍也在一定程度上增加了设计的难度。
尤其是在电路仿真出现问题时,电路的校正尤为重要,更是对我们综合分析问题的能力的考验,以及细心和耐心的素质的锻炼。
参考书目:
[1]丘关源,《电路》,高等教育出版社,2004年
[2]阎石,《数字电子技术基础》,高等教育出版社,2006年