电风扇模拟控制系统

《电气与电子线路CAD》课程设计（学年论文）说明书课题名称：电风扇模拟控制系统学生学号：专业班级：电气自动化学生姓名：学生成绩：指导教师：课题工作时间：填写说明：1.一、二、三项由指导教师在课程设计（学年论文）开始前填写并交由学生保管；2.第四项由学生在完成课程设计后填写，并将此表与课程设计说明书一同装订成册交给指导教师；3.成绩评定由指导教师按评定标准评分。4.此表格填写好后与正文一同装订成册。一、课程设计任务和基本要求：1、设计任务功能：设计电风扇模拟控制系统，该系统控制风扇三档风力运行（自然风、常风、睡眠风），通过按键选择风类，并用LED显示。风扇具有摇头和定时功能。可扩展LCD显示风扇运行模式等功能。任务：该设计要求根据功能要求提出电风扇模拟控制系统的设计方案，设计出系统原理图，并进行参数计算和元器件选择，了解电路的工作原理，绘出电风扇模拟控制系统的原理图及PCB图。2、基本要求绘图设计要求：(1)画出电风扇模拟控制系统完整的原理图。(2)ERC电气规则检测。(3)创建项目元件库文件，生产网络表及元件清单。(4)画出所设计电路的PCB图,包括规划PCB板子大小、元器件布局以及布线，布线方法则可根据具体情况使用自动布线（手工调整）或者手工布线两种不同方式，生成项目元件封装库。(5)原理图中至少有2个自建元件符号，PCB中至少有2个自建封装元件。设计报告要求：(1)纸质档设计报告，报告应包括以下内容：设计任务书、摘要、目录、正文、参考文献。(2)电子档，包括自建原理图元件库、原理图、ERC、网络表、元件清单、自建元件封装库、PCB图、DRC、项目元件封装库等。二、进度安排：12月21号：下达设计任务。12月21号～12月22号：设计原理图。12月23号：确定PCB板参数和元件封装类型。12月23号～12月24号：设计PCB版图。12月25号～12月26号：撰写报告12月27号：答辩。三、主要参考资料及主要参考文献：[1]邵群涛.电气制图与电子线路CAD[M].北京：机械工业出版社，2005[2]老虎工作室.电路设计与制版--Protel99入门与提高[M].北京：人民邮电出版社,2001[3]老虎工作室.电路设计与制板--Protel99SE高级应用[M].北京：人民邮电出版社,2001[4]谷树忠，刘文洲，姜航.AltiumDesigner教程[M].北京：电子工业出版社，2012ⅡⅡ四、答辩记录：1、在设计过程中遇到的问题及解决方案（至少2个）。（1）在画原理图的时候库里面找不到并排电阻。解决方法：通过查阅相关书籍和询问同学，最终自己把它绘制了出来。（2）在由原理图生成PCB的时候找不到AT89C51芯片的封装。解决方法：通过查阅相关书籍和同学指导，利用AD软件自己画了一个封装。2、2015年月日Ⅲ

Ⅲ课程设计评审标准（指导教师用）评价内容具体要求权重调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。0.1实践能力能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究工作。如装置安装、调试、操作。0.2分析解决问题能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。0.2工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。0.2质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。0.2创新工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解。0.1ⅣⅣ摘要电风扇是我们日常生活应用非常广泛的家用电器，具有使用方便，价格优惠等特点。虽然目前空调已非常普及，但电风扇易于控制且风力柔和，仍是大部分人的纳凉首选。本次采用AD软件以单片机为核心来设计pcb，AD的特点是速度快、性能高，能够极大的减轻工程技术人员的劳动强度。随着大规模集成电路的发展，人工设计已经远远不能满足人们的需求，计算机辅助设计已经势在必行。经过本次课程设计应使学生掌握原理图及印刷电路板图的编辑、输出、网表生成、检查、分析及建立新原理图、印刷电路板图库等。通过实习学生可以独立实现电路原理图和印刷电路板的设计,为今后在工作中的实际应用打下较为坚实的基础。关键词：单片机；AltiumDesigner；pcb；电路板

II目录II1方案论证 11.1系统功能要求 11.2方案论证 11.3电气电子线路CAD设计步骤 22项目元件库 32.1自建元件库 32.2元器件封装概述 42.3利用向导自建元件封装库 43原理图设计 53.1原理图设计操作流程 54PCB图设计 84.1设计步骤和操作 84.2元件布局要求 84.3PCB布线原则 95结论 10参考文献 11附录1系统原理图12方案论证 1.1系统功能要求 利用单片机设计完成一款设计电风扇模拟控制系统，本次实验是基于MCS-51单片机AT89C51。图1.1电风扇模拟控制系统1.基本要求（1）用4个LED显示电风扇的工作状态（1,2,3,4四档风力），显示风类：“自然风”、“常风”和“睡眠风”。（2）设计“自然风”、“常风”和“睡眠风”三个风类键用于设置风类。设计一个“摇头”键用于控制电机摇头。（3）设计一个“定时”键，用于定时时间长短设置。2.选作（1）设计过热检测与保护电路，若电风扇电机过热，则电机停止转动，蜂鸣器报警，电机冷却后电机又恢复转动。（2）用LCD作为用户界面显示风扇运行模式等信息。3.其他功能1.2方案论证本系统由五个模块组成，分别是输入模块、显示模块、电机控制模块、过热保护模块以及单片机控制系统。其中单片机控制系统是核心，由AT89C51、晶振和复位电路组成。它通过处理输入的各种数据信息来对其它模块发出指令，进行相应的操作。输入模块由5个按键组成，分别控制电机的风速、正反转和定时时间。显示模块由8位共阴数码管组成，显示定时时间和风速。过热保护模块由ADC0808和外围电路组成，通过设定电压初始值使电机超值停转并且相应二极管发光报警。电机控制模块由L298和其它的元器件组成，它主要是放大输入信号的倍数，用来驱动电机。1.3电气电子线路CAD设计步骤（1）前期准备前期准备包括创建工程文件、准备元件库和绘制原理图。创建PCB工程文件，就相当于在计算机中创建一个文件夹，将与PCB设计相关的文件统一规整到该工程文件下，便于日后的管理、更改等操作。接下来就要准备好项目中所需要库文件，包括原理图的元件库和PCB的元件库。当然元件库可以用AltiumDesigner自带的库，但一般情况下较难找到合适的，最好是根据所选期间得标准尺寸资料自己做元件库。（2）PCB结构设计PCB结构包括创建PCB文件，确定电路板尺寸和各项机械定位，在PCB设计环境下绘制PCB版面，并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔，装配孔等。并充分考虑和确定布线区域和非布线区域。（3）PBC布局布局要求均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。在放置元器件时，一定要考虑元器件的实际尺寸、元器件之间的相对位置，以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性，然后适当的修改器件的摆放使之整齐美观。（4）PCB布线布线是最重要的工序。这将直接影响着PCB板的性能好坏.。在PCB的设计过程中，布线一般有三种境界的划分：首先是布通，其次是电气性能的满足，接着是美观。（5）网络和DRC及结构检查首先，在确定电路原理图设计无误的前提下，将所生成的PCB网络文件与原理图网络文件进行物理关系的网络检查，并根据输出文件结果及时对设计进行修改，以保证布线连接关系的正确性；网络检查正确通过后，对PCB设计进行DRC检查，并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证PCB布线的电气性能。最后需进一步对PCB的机械安装结构进行检查和确认。2项目元件库2.1自建元件库（1）新建原理图元件库新建：选择【File】/【New】/【library】/【Schematic】菜单命令。保存：选择【File】/【Save】菜单命令；弹出【Save[Schlib1.SchLib]As…】对话框。选择保存路径。（2）为库文件添加文件单击打开【SCHLibrary】面板，此时在右边的工作区进行元件绘制。（3）绘制元件外形库元件的外形一般由直线、圆弧、椭圆弧、椭圆、矩形和多边形等组成，系统也在其设计环境下提供了丰富的绘图工具。（4）为元件添加引脚选择【Place】/【Pin】菜单命令，光标变为十字形状，并带有一个引脚符号，此时按下【Tab】键，弹出【PinProperties】对话框，可以修改引脚参数，移动光标，使引脚符号上远离光标的一端（即非电气热点端）与元件外形的边线对齐，然后单击，即可放置一个引脚。（5）定义元件属性打开库文件面板，在元件栏选中某个元件，然后单击【Edit】按钮，或者直接双击某个元件，可以打开【LibraryComponentProperties】对话框，利用此对话框可以为元件定义各种属性。（6）元件报表与错误检查元件规则检查报告的功能是检查元件库中的元件是否有错，并将有错的元件罗列出来，若没有错误则绘制元件完成。如图2.1、2.2所示图2.1AT89C51图2.2排阻2.2元器件封装概述元器件封装只是元器件的外观和焊点的位置，纯粹的元器件封装只是空间的概念，因此不元器件封装只是元器件的外观和焊点的位置，纯粹的元器件封装只是空间同的元器件可以共用一个封装，不同元器件也可以有不同的元件2.3利用向导自建元件封装库（1）在PCB元件库编辑器编辑状态下，执行菜单命令【Tools】/【ComponentWizard…】，弹出【ComponentWizard】界面，进入元件库封装向导。（2）单击“下一步”按钮，在弹出的对话框中元器件封装外形和计量单位。（3）单击“下一步”按钮，设置焊盘尺寸。（4）单击“下一步”按钮，设置焊盘位置。（5）单击“下一步”按钮，设置元器件轮廓线宽。（6）单击“下一步”按钮，设置元器件引脚数量。（7）单击“下一步”按钮，设置元器件名称。（8）单击“下一步”按钮，点击“Finish”完成向导。（9）完成好的元件封装如图2.3、2.4所示图2.351单片机图2.4电阻3原理图设计3.1原理图设计操作流程（1）创建PCB工程（项目文件）启动ProtelDXP后，选择菜单【File】/【New】/【Project】/【PCBProject】命令。（2）保存PCB项目（工程）文件选择【File】/【SaveProject】菜单命令，弹出保存对话框【Save[PCB_Project1.PrjPCB]AS…】；选择保存路径后在【文件名】栏内输入新文件名保存到自己建立的文件夹中。（3）创建原理图文件在新建的PCB项目（工程）下，选择菜单【File】/【New】/【Schematic】命令。（4）保存原理图文件选择【File】/【Save】菜单命令，弹出保存对话框【Save[Sheet1.SchDoc]AS…】，选择保存路径后在【文件名】栏内输入新文件名保存到自己建立的文件夹中。（5）设置工作环境选择【Design】/【DocumentOption…】菜单命令，在系统弹出的框中进行设置。（6）放置元件方法一：安装库文件的方式放置选择【Design】/【Add/Removelibrary】菜单命令，在弹出的对话框中单击安装找到库文件即可。方法二:搜索元件方式放置（7）原理图布线选择【Place】/【Wire】工具菜单，此时将带十字型的光标放到元件引脚位置单击鼠标左键即可进行连线（注意拉线过程不应一直按住鼠标左键不放），将导线拉到另一引脚上单击鼠标左键即放完一根导线，放置完导线单击右键或者【Esc】键结束放置。（8）原理图电气规则检查选择【Project】/【CompilePCBProject[工程名]】；若无错误提示，即通过电器规则检查，如有错误，则需找到错误位置进行修改调整。如图3.1所示。图3.1电器规则检查（9）生成网络表如图3.2所示图3.2网络表（10）元器件清单如图3.3所示图3.3元器件清单4PCB图设计4.1设计步骤和操作（1）创建PCB工程（项目）文件如果在原理图绘制阶段已经新建，则无需新建。启动ProtelDXP后，选择菜单【File】/【New】/【Project】/【PCBProject】命令。（2）保存PCB工程（项目）文件选择【File】/【SaveProject】菜单命令，弹出保存对话框【Save[PCB_Project1.PrjPCB]AS…】对话框；选择保存路径后在【文件名】栏内输入新文件名保存到自己建立的文件夹中。（3）原理图绘制详见第三章（4）将原理图导入PCB单击【设计】，然后点击【updatePCBdocumeng】，在弹出的对话框中点击执行更改。（5）PCB布局通过移动、旋转元器件，将元器件移动到电路板内合适的位置，使电路的布局最合理。（6）PCB布线我在把各个元器件排列好后选择了自动布线。PCB图如图4.1所示。4.2元件布局要求（1）先布放关键元器件，然后按照地址线和数据线的走向布放其他元件。（2）高频元器件引脚引出的导线应尽量短些，以减少对其他元件及其电路的影响。（3）模拟电路模块与数字电路模块应分开布置，不要混合在一起。（4）带强电的元件与其他元件距离尽量要远，并布放在调试时不易触碰的地方。（5）对于重量较大的元器件，安装到PCB上要安装一个支架固定，防止元件脱落。（6）对于一些严重发热的元件，必须安装散热片。（7）电位器、可变电容等元件应布放在便于调试的地方。4.3PCB布线原则（1）输入端导线与输出端导线应尽量避免平行布线，以免发生耦合。（2）在布线允许的情况下，导线的宽度尽量取大些，一般不低于10mil。（3）导线的最小间距是由线间绝缘电阻和击穿电压决定的，在允许布线的范围内应尽量大些，一般不小于12mil。（4）微处理器芯片的数据线和地址线应尽量平行布线。（5）布线时尽量少转弯，若需要转弯，一般取45度走向或圆弧形。在高频电路中，拐弯时不能取直角或锐角，以防止高频信号在导线拐弯时发生信号反射现象。（6）电源线和地线的宽度要大于信号线的宽度。图4.1PCB板5结论通过本次课程设计，将课本上的知识与实际应用相结合，使我对于电路，数电，单片机等方面的知识有了更加清晰的认识。同时通过对AltiumDesigner软件的应用，加强了实践动手能力。在实验设计过程中遇到的问题，通过询问辅导老师，上网查找资料，请教同学最后都得到了解决。AltiumDesigner软件功能的强大不仅仅是我们现在所知道的内容，只有不断的学习才能更加完善自我，掌握更多的知识，为以后的工作学习奠定基础。参考文献[1]邵群涛.电气制图与电子线路CAD[M].北京：机械工业出版社，2005[2]老虎工作室.电路设计与制版--Protel99入门与提高[M].北京：人民邮电出版社,2001[3]老虎工作室.电路设计与制板--Protel99SE高级应用[M].北京：人民邮电出版社,2001[4]谷树忠，刘文洲，姜航.AltiumDesigner教程[M].北京：电子工业出版社，2012附录1系统原理图附录SEQ图表\*ARABIC1系统原理图基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计\