电子线路CAD课程设计报告

目 录

第一章 设计概述 2

1.1 ProtelDXP简介 ………………………………………………………….2

1.2 设计目的及要求 ………………………………………………………….2

1.3 设计流程 ……………………………………………………………….…2

第二章 原理分析 3

2.1 最小系统的结构 ……………………………………………………….3

2.2 各电路的原理分析 …………………………………………………….3

第三章 原理图绘制 8

3.1 原理图设计的一般步骤 ……………………………………………….8

3.2 元件库的设计 …………………………………………………………….8

第四章 PCB图的绘制 12

4.1 创建该项目下的PCB文件 ……………………………………….……12

4.2 绘制PCB ………………………………………………………………. 12

4.3 设计规则检查 ………………………………………………………….13

总 结 15

参考文献 16

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第一章 设计概述

1.1 ProtelDXP简介

Protel DXP2004是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计软件，

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Protel 98、Protel 99 SE，就是它的前期版

本。

Protel DXP 2004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、Auto Router（自动布线器）和FPGA设计等，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，Protel DXP 2004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。现代电子技术设计通常采用层次化设计的方法，

一般分为四个层次，即系统级设计、电路级设计、芯片级设计和应刷电路板设计。

相应地对于电气制图与电子线路CAD课程设计，从提出设计方案到完成系统设

计方案，实验步骤可以分为五步：查阅资料、方案设计、电路设计、系统仿真和

印刷电路板的设计。51单片机最小系统的设计通过硬件和软件结合的方法，实

现一些扩展功能的应用，硬件电路实现显示和实际功能的应用。

1.2 设计目的及要求

电子线路CAD是以电为主的机电一体化工科专业的专业基础课，作为测控

技术与仪器专业，要通过学习一种典型电子线路CAD软件Protel DXP，掌握计

算机绘制包括电路（原理）图、印刷电路板图在内的电气图制图技能和相应的计

算机仿真技能。通过本次设计，达到了解DXP软件的运用，认识51单片机的最

小系统的构成以及学会改正制图过程中遇到的问题。

根据课程设计的题目，独立设计、绘制和仿真电路，实现51单片机的最最

小系统。要求如下：

（1）设计出原理图自己绘制51单片机最小系统的电路图，分析电路图中各

小电路的工作原理；

（2）用DXP软件画出原理图；

（3）用DXP软件仿真出PCB板，熟悉电路板的加工工艺；

1.3 设计流程

本次设计主要是熟练运用DXP作出最小单片机系统的电路图，以下通过介绍

最小系统的各部分电路的电路图及原理，通过在DXP上绘制原理图，检查并修改

错误，最后生成完整PCB板。

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第二章 原理分析

2.1 最小系统的结构

单片机单片微控制器，是在一块芯片中集成了CPU（中央处理器）、RAM（数

据存储器）、ROM（程序存储器）、定时器/计数器和多种功能的I/O(输入和输出)

接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、

通信等功能。

单片机最小系统电路主要集合了串口电路、USB接口电路、蜂鸣器与继电器

电路、AD&DA转换电路、数码管电路、复位电路、晶振电路和4*4矩阵键盘等电

路。如下介绍几种简单的电路设计。

下图是本次设计的的几个有关电路图总体框图：

图1-1-1 总体设计框图

2.2 各电路的原理分析

2.2.1串口电路设计

51系列单片机片内有一个串行I／O端口，通过引脚RXD(P3．0)和TXD(P3．1)

可与外设电路进行全双工的串行异步通信。串行端口的基本特点8031单片机的

串行端口有4种基本工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任一方式，以满

足不同应用场合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以扩展单片机

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的I／O电路；方式1多用于双机之间或与外设电路的通信；方式2，3除有方式l的功能外，还可用作多机通信，以构成分布式多微机系统。串行端口有两个控制寄存器，用来设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送的波特率(每秒传送的位数)以及作为中断标志等。在一定条件下，向阳UF写入数据就启动了发送过程；读SBUf就启动了接收过程。串行通信的波特率可以程控设定。在不同工作方式中，由时钟振荡频率的分频值或由定时器Tl的定时溢出时间确定，使用十分方便灵活。

串口电路设计主要是采用RS232与上位机PC相连，驱动串口电路则使用MAX232芯片进行设计，电路设计如图1-2-1所示。

图2-2-1 串口电路设计

2.2.2.蜂鸣器设计

蜂鸣器一般作为报警功能使用，结构比较简单，使用起来很方便。

蜂鸣器设计电路如图2-2-2所示。

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图2-2-2 Bell设计电路

2.2.3.AD&DA转换器设计

AD转换器也就是模数(Analog to Digital)转换器，即将模拟量(如电压、电流等)转换成数字量显示。设计采用了TI公司的AD芯片TLC549 ，这是一种低价位、高性能的8位 AD转换器，是以8位开关电容逐次逼近的方法实现 A/D转换。DA转换器就是数模(Digital to Analog)转换器，即将数字信号转换成模拟信号。

AD&DA转换电路如图2-2-3所示。

图2-2-3 AD&DA转换电路

2.2.4.四位8段数码管的设计

数码管电路设计如图2-2-4所示。

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图2-2-4 数码管的电路设计

2.2.5.4*4矩阵键盘的设计

在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立按键键盘相比，要节省很多的I/O口。矩阵键盘的按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。列线通过上拉电阻接到+5V。

平时无按键动作时，列线处于高电平状态，而当由按键按下时，列线电平状态将由与此列线相连的行线电平决定。行线电平如果为低，则列线电平为低；行线电平如果为高，则列线电平亦为高。这一点是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。

该电路中还有一个与门，这个与门用来产生中断信号，当键盘中没有键按下时，所有行线的输出都应为低电平，以区别于列线状态，当矩阵键盘中任何一只键按下时，与门输出由高电平变为低电平，向CPU申请中断，由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。

矩阵键盘的电路设计如图2-2-5所示。

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图2-2-5 矩阵键盘

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第三章 原理图绘制

3.1原理图设计的一般步骤

（1）打开Protel DXP2004 ，建立一个项目，并保存为“单片机最小系统”。一

（2）下所有元件设计及PCB的制作都要求在这个项目中进行。

（3）打开文件中创建原理图，点击。进入原理图界面，此时根据原理图图纸大小及版图选择符合自己的板式。

（4）放置元件。从元件库中选取所需元件。

（5）原理图布线。

（6）检查原理图是否正确，显示详情。

图3-1-1 检查电路图

3.2 元件库的设计

（1）根据所给的原理图，在DXP2004上画出图形。对于元件库里面没有的器件，需要自己先手动画出元件库，然后放在“最小系统及扩展”元件库中。

（2）如下图所示。先点击文件选项中创建，选中库，继续点击原理图库。根据要求画出元件的引脚图。

引脚图如下3-2-1：

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图3-2-1 引脚图

（3）对元件进行封装。点击文件菜单中的PCB，画出内部封装形式，需要加入焊盘等。，

图3-2-2 封装内部图

（4）封装完成后，对元件进行追加，保存，进而完成元件库中一个芯片的设计。

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图3-2-3 封装追加图

（5）画好原理图之后，所有的元器件的标号都没标号，因此需要统一注释，点击工具→注释，会出现如下图形2-3-1所示。

图3-2-4 原理图注释

（6）然后点击更新变化表，会提示有多少个变化，点击OK即可。

如下图3-2-3是总原理图：

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图3-2-3 总原理图

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四、PCB图的绘制

4.1创建该项目下的PCB文件

点击文件菜单，选择创建中的PCB文件，所示。

图4-1-1 创建PCB文件

4.2绘制PCB

在PCB界面，点击设计中的Import Changes from PCB_Project1.PRJPCB，出现如图4-2-1所示界面。

图4-2-1 导入PCB工程变化订单

依次点击是变化生效、执行变化，如果没有错误显示，就可以关闭了。若有错误出现，根据错误提示改正，然后重复操作导入步骤，直到没错误为止，最后关闭该窗口。

先自动布局，然后手工调整，尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局。 点击设计→规则→Routing→Width，右击添加规则，添加三个规则分别设置GND、VCC、和其它网络的线宽，设置图形如图4-2-2所示。

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图4-2-2 PCB设计规则

因为有很多芯片为表贴元件，其焊盘较小，为避免与导线宽度规则相矛盾，修改安全距离Clearance为8mm。

当手动布局完成之后，开始PCB自动布线。点击自动布线→全部对象。如果觉得布线不是很理想，可以自己手动布线。

4.3设计规则检查(DRC)

最后进行DRC检查。点击菜单栏工具→设计规则检查，会自动弹出设计规则检查器，点击运行设计规则检查即可，出现如图3-2-3所示图形，说明没有错误。若有错误，根据错误提示查找并改正，直到没有错误为止。

图4-3-1 DRC检查结果

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图4-3-2 执行变化图

上述步骤无误后，最后得出的PCB图如图4-3-3所示。

图4-3-3 单片机最小系统PCB图

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总结

通过做这次电气制图与电子线路CAD的课程设计，发现自己对Protel DXP软件还不是很熟悉，导致制图的时候不是那么得心应手。尤其是刚开始学这个软件的时候，有时候有些原件需要找较长的时间，制图出了问题也不知道该怎么解决。不过通过这段时间的学习，我对这个软件的兴趣越来越浓厚，主要是发现这个软件比较好用，可以直接在软件上看到仿真结果，这对我们在做实际的电路起一个指导作用。我希望在之后的学习中能多学和多用这个软件，以此来填补自己在制图方面的缺陷，并为以后的学习和工作打下坚实的基础

，

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参考文献

[1]邵群涛主编.电气制图与电子线路CAD.机械工业出版社

[2]郭天祥主编.51单片机C语言教程.电子工业出版社

[3]秦实宏 徐春辉主编 .MCS-51单片机原理及应用.华中科技大学出版社