新疆大学DXP课程设计论文.docx

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新疆大学DXP课程设计论文

课程论文

题　　目：

电路课程设计之传感器设计　　

作　　者：

　***　

学号：

20131302029

专业年级：

通信13-1班　　

所在学院：

信息科学与工程学院　　

指导教师：

余银峰　　

职　　称：

　　　讲师　　　　　　　

2015年6月18日

一软件介绍---------------------------------3

二使用说明--------------------------------4

三传感器----------------------------------8

1时钟传感器DS1302--------------------------8

2湿度传感器SHT10------------------------11

3温度传感器DS18B20------------------------14

4加速度传感器MMA7455LR-----------------------16

5压力传感器HX711------------------------20

6光照传感器TSL2550------------------------24

7灰尘传感器DSN501------------------------26

8磁场传感器HALL----------------------------29

四学习心得------------------------31

一软件介绍

DXP是Altium公司于2000年推出的PCB设计软件，该软件有六大板块：

电路原理图编辑器，原理图仿真器，PCB编辑设计器，超高速集成电路硬件描述语言，自动布线器，文本编辑器，支持3D功能预览完成后的电路板。

ProtelDXP在前版本的基础上增加了许多新的功能。

新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。

ProtelDXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。

ProtelDXP运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。

通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，ProtelDXP提供了全面的设计解决方案。

该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。

当前比较流行的Protel98、Protel99SE和ProtelDXP，就是它的前期版本。

AltiumDesigner2004已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、AutoRouter（自动布线器）和FPGA设计及嵌入式软件开发等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。

该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。

与较早的版本——Protel99相比，AltiumDesigner2004不仅在外观上显得更加豪华、人性化，而且极大地强化了电路设计的同步化，同时整合了VHDL和FPGA设计系统，其功能大大加强了。

ProtelDXP主要有以下特点

1、通过设计档包的方式，将原理图编辑、电路仿真、PCB设计及打印这些功能有机地结合在一起，提供了一个集成开发环境。

2、提供了混合电路仿真功能，为设计实验原理图电路中某些功能模块的正确与否提供了方便。

3、提供了丰富的原理图组件库和PCB封装库，并且为设计新的器件提供了封装向导程序，简化了封装设计过程。

4、提供了层次原理图设计方法，支持“自上向下”的设计思想，使大型电路设计的工作组开发方式成为可能。

5、提供了强大的查错功能。

原理图中的ERC（电气法则检查）工具和PCB的DRC（设计规则检查）工具能帮助设计者更快地查出和改正错误。

6、全面兼容Protel系列以前版本的设计文件，并提供了OrCAD格式文件的转换功能。

7、提供了全新的FPGA设计的功能，这好似以前的版本所没有提供的功能。

二使用说明

DXP2009具有三种工程项目文件：

PCB项目，FPGA项目，Core项目，嵌入式项目，脚本项目以及库文件，根据具体需要我们可以建立适合于自己的项目文件。

软件运行后可以看到软件界面如下图1所示。

图1.DXP2009软件界面

点击file-new-PCBProject可以可以看到设计工具栏里增添了一个新的一个工程项目PCB_Project1.PrjPCB，如下图2所示。

并显示NoDocumentsAdded表示新建项目里没有添加文件。

图2.新建PCB项目

这时我们可以右击PCB_Project1.PrjPCB再选择AddNewtoProject将一些需要的文件添加到项目文件里，一般包括有：

Schematic,PCB,SchematicLibrary,PCBLibrary。

如下图3所示。

并将其分别保存到同一文件夹“Sensor”内。

图3.完整的PCB项目文件

DXP2009里提供的原理图原件与PCB封装库数量有限，一般不会满足我们的电子制作要求，所以要自己根据实际元件自己绘制原理图库。

新建原理图库可以在SchematicLibrary中进行。

单击鼠标右键看到Place菜单，点击Place-Rectangle放置矩形，调整到合适大小。

然后单击鼠标右键Place-pin放置元件管脚，根据实际电子元件情况编辑管脚名称。

如下图4所示。

图4.原理图库

完成原件原理图的绘制后还要添加原件的封装，封装工作可以在PCBLibrary中进行。

首先添加焊盘，默认设置焊盘的尺寸与孔径可能与实际元件不符。

可以在工具栏选中焊盘后按Tab键进行更改。

但一定要注意程序默认的长度单位是mil,更改时应先按Q键将长度单位切换为mm。

焊盘有三种形状，分别为圆形，矩形，椭圆形，可以根据实际情况进行选择。

焊盘间距可以运用坐标点与“Align”进行调整。

之后再切换至TopOverlaver进行原件封装。

如下图5所示。

图5.PCB元件库

再将界面切换至SchematicLibrary,点击屏幕左下方的AddFootprint,将新建的原理图元件添加到“Library”中。

如图6.所示。

图6.将原件添加到库

接着就是布局，布线连接原理图了。

直接将所需元件从“Library”中拉出再按实际情况连接即可。

检查电路确保无问题之后则进行编译工作。

在住工具栏点击Project-CompileDocumentLee.SchDoc和CompilePCBDocumentPCB_Project1.PrjPCB对我们建立的电路图项目做编译.如若没有问题，切换到Design-UpDatePCBDocumentPCB2.PcbDoc，单击则会跳出EngineeringChangeOrder对话框（见图7），点击ValidateChanges,系统会对电路做检查。

再点击ExecuteChanges执行变更。

图7.EngineerChangeOrder

若一切正常，电路元件将被导入PcbDoc文件中，则可手工对元件进行布局。

在布局过程中要所有元件既要紧凑又要保持一定间距，否则元件或电路板会变绿警示。

布局完成后就可以布线了。

布线分手动布线和自动布线，要求每层之间导线不能交叉。

如下图8所示。

图8.布线后的PCB图

三传感器

1.时钟传感器DS1302

简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。

采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。

采用普通32.768kHz晶振。

内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。

DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。

图1.1尺寸管脚封装图

管脚描述

X1，X232.768晶振引脚

GND地

RST复位

I/O数据输入/输出

SCLK串行时钟

VCC1电池引脚

VCC2主电源引脚

图1.2DS1302原理图

图1.3DS1302元器件图

图1.4DS1302电路原理图

图1.5DS1302印刷电路板

2.湿度传感器SHT10

简介SHT10,属于Sensirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。

传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。

传感器采用专利的CMOSens 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

传感器包括一个 电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14 位的A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。

因此，该产品具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。

每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，校准系数以程序形式储存在OTP内存中，用于内部的信号校准。

两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单。

微小的体积、极低的功耗，使SHT10成为各类应用的首选。

管脚描述

1GND接地端

2DATA串行数据输入/输出端

3SCK串行时钟输入端

4VDD接电源端

5，6，7，8NC不连接

图2.1尺寸管脚封装

图2.2SHT10原理图

图2.3SHT10元器件图

图2.4SHT10电路原理图

图2.5SHT10印刷电路板

3.温度传感器DS18B20

简介此元件具有独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

测温范围 －55℃～+125℃，固有测温误差（注意，不是分辨率，这里之前是错误的）1℃。

支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。

工作电源:

 3.0~5.5V/DC （可以数据线寄生电源）在使用中不需要任何外围元件 测量结果以9~12位数字量方式串行传送不锈钢保护管直径 Φ6适用于DN15~25, DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。

管脚描述

1GND接地

2DQ数据输入/输出脚

3VDD可选的VDD引脚

图3.1DS18B20原理图

图3.2DS18B20元器件图

图3.3DS18B20点路原理图

图3.4DS18B20印刷电路板

4.加速度传感器MMA7455LR

简介模块的主芯片运用freescale公司的MMA7455L芯片，模块设计在主芯片的基础上加入了简单的外围电路，使用者只需做简单的改动就可以在I2C和SPI两种接口方式之间简单变换，不需另外加入电路，让使用者使用起来更加方便。

它可以实现基于运动的功能，如游戏控制、手持终端和倾斜滚动的自由落体硬盘保护等。

具有更高的封装高度、但价格却更低。

MMA7455L是一款三轴的加速度传感器，它能检测物体的运动和方向，它根据物体的运动和方向来改变输出信号的电压值。

各个轴在不运动或者失重的状态下（0g）,其输出为1.65V。

如果沿着某个方向运动，或者受到重力作用，输出电压就会根据设定的灵敏度相应的改变。

然后通过I2C或者SPI的方式读取代表物体运动和方向的数值

MMA7455L是一款数字输出、低功耗、紧凑型电容式微机械加速度计，具有信号调理、低通滤波器、温度补偿、自测、可配置通过中断引脚（INT1 或 INT2）检测 0g、以及脉冲检测（用于快速运动检测）等功能。

0g偏置和灵敏度是出厂配置，无需外部器件。

客户可使用指定的0g寄存器和g-Select量程选择对0g偏置进行校准，量程可通过命令选择 3个加速度范围（2g/4g/8g）。

图4.1MMA7455LR尺寸管脚封装图

图4.2MMA7455LR原理图

图4.3MMA7455LR元器件图

图4.5MMA7455LR电路原理图

图4.6MMA7455LR印刷电路板

5.压力传感器HX711

简介HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。

与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。

降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。

该芯片与后端MCU 芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。

输入选择开关可任意选取通道A 或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。

通道A 的可编程增益为128 或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。

通道B 则为固定的32 增益，用于系统参数检测。

芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D 转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。

芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。

上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。

· 两路可选择差分输入

· 片内低噪声可编程放大器，可选增益为64 和128

· 片内稳压电路可直接向外部传感器和芯片内A/D 转换器提供电源

· 片内时钟振荡器无需任何外接器件，必要时也可使用外接晶振或时钟

· 上电自动复位电路

· 简单的数字控制和串口通讯：

所有控制由管脚输入，芯片内寄存器无需编程

· 可选择10Hz 或80Hz 的输出数据速率

· 同步抑制50Hz 和60Hz 的电源干扰

· 耗电量（含稳压电源电路）：

 典型工作电流：

< 1.7mA, 断电电流：

< 1μA

· 工作电压范围：

2.6 ~ 5.5V

· 工作温度范围：

-20 ~ +85℃

· 管脚的SOP-16 封装

图5.1内部电路图

图5.2HX711原理图

图5.3HX711元器件图

图

5.4HX711电路原理图

图5.5HX711印刷电路板图

6.光照传感器TSL2550

简介TSL2550是双线式数字输出光传感器,SMBus串行接口。

它结合了两个二极管和一个压缩analog-todigital转换器（ADC）在一个CMOS集成电路提供光测量在一个有效的12位动态范围的反应类似于人类的眼睛。

　　TSL2550是设计用于与广泛的波长光源。

光二极管（0）频道之一是敏感的可见光和红外线,而第二个光电二极管

（1）频道主要是红外线很敏感。

一个集成ADC转换光电二极管电流通道0和通道1数字输出。

通道1数字输出用于弥补的影响红外组件的环境光通道0数字输出。

的ADC数字输出两个渠道来获得一个值接近人眼的反应的常用单位勒克斯。

　　这种装置主要用于在应用程序中使用环境光测量是用来控制显示背光如笔记本电脑、pda、摄像机和GPS系统。

其他应用程序包括对比控制并显示在LED迹象,相机曝光控制、照明控制、等使用的集成转换技术TSL2550有效消除从AC-powered灯闪烁的效果,增加测量的稳定性。

图6.1TSL2550尺寸管脚封装图

图6.2TSL2550原理图

图6.3TSL2550元器件图

图6.4TSL2550电路原理图

图6.5TSL2550印刷电路板

7.灰尘传感器DSM501

简介DSM501为韩国SYHITECH专利产品，利用PWM脉宽调制输出，采用粒子计数原理，可灵敏检测直径1微米以上的粒子，内置加热器可实现自动吸入空气。

具有小尺寸重量轻易安装使用的特点。

主要运用于空气清新机空气调节器，空气质量监测仪，通风设备。

图7.1DSM501尺寸管脚封装图

图7.2DSM501原理图

图7.3DSM501元器件图

图7.4DSM501电路原理图

图7.5DSM501印刷电路板图

8.磁场传感器HALL

简介霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。

霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。

后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。

霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。

通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

图8.1HALL原理图

图

8.2HALL元器件图

图8.3

HALL电路原理图

图8.4HALL印刷电路板图

四学习心得

这一周的实习，使我由初识到了解，由最初对ProtelDXP的原理图设计，到生成PCB图，再生成三维图每一项的学习，实际上都是对于软件了解的不断深化。

通过实习我们学会了怎样能简单运用ProtelDXP，首先，建立一个空白文件，然后是原理图，将原理图转换成PCB图，最后是覆铜和3D图。

虽然只有短短几步，但是在我们这些初学者的手里还是有困难的。

随着对Protel DXP的了解,我也慢慢地开始有感觉会做了.开始学习原理图元件的绘制了,在做原理图绘制之前要打开原理图绘制界面,在绘制原理图元件时要注意元件一般的尺寸大小适中,,还有元件管脚电气属性的设置和消箭头的一些简单的方法.原理图的绘制完成后便是修改文件名称和添加元件库了.只要对这些基本方法都掌握后, 就可以绘制一些基本的原理图了, 绘制图形时一定要注意元件的摆放，以及原理图要求美观,清晰等等。

使用ProtelDXP一个星期，终于体会到ProtelDXP的强大功能了。

它的友好的增强的用户界面，使用户很轻易就知道了每个菜单的功能，这也使有些工程师不用担心新的软件给他们带来的操作不便问题。

通过ProtelDXP的实习，我了解了作为一个学习技术的人员不仅需要耐心和毅力，最重要的是要有勤锻炼，奋发向上的精神，我坚信通过这次实习我会克服自己以前的各种缺点，向工程师们学习，使自己不断进步。

ProtelDXP的用处十分广泛，特别对于我们信息专业，对于自己以后的发展很有益处。

实习虽短，但是知识是无穷尽的，我会继续努力学习更多的知识，做出更多属于自己的东西。

所以虽然实习结束了，但是我对ProtelDXP的学习远远没有结束，以后的大学时光里，我要不要锻炼自己，争取使自己成为Protel高手。

新疆大学课程论文（设计）、学年论文评分表

题目

电路课程设计之传感器设计

作者

***

专业年级

通信13-*班

指导教师

余银峰

指导教师评语及

评分建议

熟悉AltiumDedigner软件的安装。

基本熟悉使用该软件进行基本电路设计的操作方法、原理图的设计以及电路板的生成；很熟悉使用该软件进行原理图库和PCB库的创建以及实用；很熟悉使用该软件进行元件的原理图以及PCB封装的制作与使用；很熟悉使用该软件进行pcb版的制作；很熟悉8个传感器的电路制作。

考勤良好、上机操作作业符合要求、论文书写符合要求。

综合成绩建议评为：

指导教师：

院

（部）

或

教

研

室

意

见

学院或教研室主任：

年月日