电气制图及其CAD实验报告.pdf

电气制图及电气制图及 cad 实验报告实验报告 学院：学院： 自动化学院自动化学院 班级：班级： xx 学号：学号： xx 姓名：姓名： xx 指导老师：指导老师： 吴益飞吴益飞 目录目录 一一 序言序言-p1 二二 实验要求实验要求-p1 三三 实验器材实验器材-p1 四四 实验内容（倒计时抢答器）实验内容（倒计时抢答器） 1. 电路图的设计和仿真电路图的设计和仿真-p1 2. 原理设计简介原理设计简介-p2 3. 原理图的绘制原理图的绘制-p2 4. 元件的封装元件的封装要求和制作要求和制作-p3 5. pcb 图的绘制图的绘制-p5 6. 原理图和原理图和 pcb 图的打印输出图的打印输出-p10 五五 实验总结和体会实验总结和体会-p11 六六 参考文献参考文献-p12 七七 致谢致谢-p12 八八 附录（各种截图汇总）附录（各种截图汇总） 1. 抢答器的抢答器的 ewb 仿真，调试和仿真图仿真，调试和仿真图-p13 2. pcb 图图 bottom 层和层和 toplayer 层分别显示层分别显示-p14 3. 网络表报网络表报 netlist（全）（全）-p15 4. 网络网络状态报表状态报表.rep 的生成的生成-p19 5. 各种元器件对应的实物图各种元器件对应的实物图-p21 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 1 （一）（一） 序言序言 作为自动化的一名本科生，利用计算机来辅助设计以及电子设计的自 动化是必须要掌握的基本技能。而 protel 99se 是经典的电子电路计算机 辅助设计软件之一。它具有原理图设计，层次原理图设计，报表制作，电 路仿真以及逻辑器件设计等功能。 在大二学习了数字电路和模拟电路等专业基础知识后，我们具有了一 定设计电路的能力。利用我自己所学的知识我设计了一个“抢答器”的数 字产品,尽管存在一些不足和待改进的地方,但是却综合了我所有所学的知 识才完成的。 通过这次学习和多次上机操作，我对 protel 99se 这款软件有了更加 深刻的了解，也熟练掌握了它的一些常用操作。对以后的就业和学习打下 了坚实的专业基础。 （二）（二） 实验要求实验要求 1. 利用所学的模拟电路，数字电路等知识设计一个数字产品的 电路图。可以查阅和借鉴一些资料。可以利用其他软件调试。 2. 绘制该产品的原理图， 并且熟练掌握一些基本操作， 比如 元 器件库的查询和加载，常用命令和快捷键的熟练实用，元器件属 性的编辑，电气检查，报表生成等。 3. 熟练掌握元件的封装，并且可以自己绘制一些元件的 pcb 封装和建立元件 pcb 封装库。 4. pcb 绘图和布线；电路板的布局和规划；掌握线的属性调整 和泪滴等各种操作；设计规则检查；pcb 的 3d 显示。 5. 原理图的打印；pcb 图打印输出。 （三）实验器材（三）实验器材 protel 99se ; electronic workbench(或者 multisim，用来电路 仿真修改) （四）实验内容（四）实验内容 （1）电路图的设计和仿真）电路图的设计和仿真 1. 设计了一个“抢答器” ，其功能是：由主持人控制一个总 开关，当主持人按下开关后，计时器开始从 15 秒开始倒计时， 如果在这个时间中有人按动开关那么该选手的灯就会亮， 并且 其他人再抢答也不会亮灯。如果超时，那么所有人都不可以抢 答。时间静止在 0 秒，直到主持人再次开始下一轮抢答再重新 开始。 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 2 2. 通过软件来测试该电路设计的正确性，我利用了专业软件 electronic workbench 来测试（当然也可以利用 multisim 来仿 真） 。 3 electronic workbench 测试的截图见附录图一。 （2）原理设计简介）原理设计简介 利用分模块设计的思路， 可以将电路分成四个子模块进行设 计，分别为脉冲产生电路，抢答器电路，15 秒倒计时电路以及 译码显示电路 对于脉冲产生电路，可以利用 555 定时器和 cd4040 来产生 脉冲；而抢答器电路是整个电路的核心，可以利用 d 触发器和 几个开关来设计；而译码显示电路以及倒计时电路相对比较简 单，因为只要通过真值表或者是卡诺图来求出相应引脚表达式 就可以了 （3）原理图的绘制）原理图的绘制 1. 通过查找各种所需的元器件所在的库并且加载元器件到界 面，然后根据逻辑图确定好各引脚的电气连接。 图图 1. 原理图 2. 编辑元器件的属性，确定好正确的封装和属性（各元器件的封 装见下 p5 的表 1） 。 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 3 3. 进行电气检查 图图 2. 电气检查结果 4. 报表生成 . 图图 3. 网络报表 注明：完整网络报表见附录 （4）元件的封装要求和制作）元件的封装要求和制作 1. 由于有些元件的封装是不提供的，是需要自己根据它的实际 形状来自己制作的。所以多点花是比较麻烦的，所以我设计电路 时先考虑到这个要求，所以尽量多用标准通用芯片来实现，只是 对七段显示的显示管做了一个封装，并且命名为 led8。 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 4 图图 4. 7 断显示译码管对应的元件图 图图 5. 制作的封装： led8 图图 6. 七段译码显示实物图 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 5 2. 各元器件的封装列表 （5）pcb 图的绘制图的绘制 1. 在原理图中生成 netlist，在新建的.pcb 文件中导入网表，检查各 元件的封装是否有错误，没有错误后将元器件导入到界面中。 2. 可以先画一个矩形的板，再对各芯片进行布局，然后进行自动布线。 元器件名称 数量 封装号 0.04uf 电容 1 08905 1k 电阻 1 0805 3k 电阻 1 0805 六非门 74ls04 1 dip14 二输入四与门 74ls08 1 dip14 三输入三与非门 74ls10 1 dip14 四输入双与非门 74ls20 1 dip14 四输入双与门 74ls21 1 dip14 七段显示译码器 74ls48 2 dip16 计数器 74ls163 1 dip16 译码器 74ls138 1 dip16 100 欧姆电阻 23 0805 555 定时器 1 dip8 双 d 触发器 4013 2 dip14 七段显示管 dpy_7_seg_dp 2 led8 (自己制作) 按钮 sw_pb 1 rad0.2 单刀单掷开关 sw_spst 4 rad0.2 二极管 led 灯 4 diode07 电源插座 con2 1 sip2 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 6 图图 7. 自动布线后未调整的 pcb 图 3. 发现上图很乱， 所以最后需要进行手动修整。 比如增加 teerdrop 效果，调整线距，线宽等。使整个布线和布局更加的合理和适合。 图图 8. teerdrop 图图 9. 使用*键增加通孔， 更便于布局 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 7 图图 10. 对地线，和电源线进行加粗处理 （仅对电源和底线总线以及一些功率大的线路 加粗，因为也要考虑焊料的成本） 图图 11. 在板的四周加上四个钻孔，并可以对版加以文本描述 图图 12. 调整修改后的 pcb 图（无芯片和元器件） 注明： 正，反面的pcb图见附录 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 8 图图 13. 整体效果图 4. 进行设计规则检测，如有错误，再次调整不满足规则的线路。 图图 14. 设计规则检查 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 9 5. 进行 pcb 版的 3d 显示 图图 15. 反面 pcb 板 图图 16. 正面 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 10 6 利用 netlist status 命令生成网络状态报表.rep （6） 原理图和原理图和 pcb 图的打图的打印输出印输出 注释：完整网络状态报表. rep和各种打印输出图见附录 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 11 （五）实验总结和体会（五）实验总结和体会 最为自动化的一名本科生，我觉得掌握利用计算机来绘制原理图和 进行实物设计研究是一项必需的技能。在我们学过数字电路和模拟电路 后，我们有了一定的能力来设计一些具有简单功能的数字产品，那么要生 产一个实物，一般都必须要经过“构思设计-原理图绘制和规定电气连接 -检查调试和优化-对应原理图的各元件的实体布局和布线图-实际生 产装配，调试” 共五步，其中我认为前面四步是最为重要的，其中，第 一步在学习了大量的数电，模电知识以及靠积累也能完成。所以中间三个 环节就是我们需要学习和掌握以及熟练的。 在 cad 电气制图实验中，我们利用一款经典的软件 protel 99se，这 是一款经典的计算机制图软件， 现在虽然也有各式各样的其他优秀的软件 的，但是其基本原理和功能都与 protel 99se 类似。在一开始，我们在课 堂上认真熟悉了关于这款软件的一些基本知识和操作指令和方法， 配合着 课堂，我们也投入相当多的实践来上机操作实践，在上机中我们对 protel99 se 有了更加深刻的认识，对它的一些基本指令也更加熟悉了， 很快，我们就根据已经设计好的逻辑图绘制好了产品的原理图。在原理图 的绘制中，我总结了几点很重要的点：1.必须规定好各引脚的电气连接， 要考虑到外加电源或者插座；2.元器件的封装必须准确，要更具元器件的 实际形状，大小和引脚来选择合适的封装，如果没有合适的封装，可以自 己制作封装。 绘制好原理图是最基本的要求，也是最为重要的一步，在随后的 pcb 图的绘制试验中，就显得比较轻松了，因为有自动布线功能，但是为了线 路的美观和节省成本，在考虑实际情况以及安全要求后，我又花了很多时 间对布局和布线进行了手动调整，使其最接近最优，最后通过设置 teerdrop 和增粗电源线，底线后，pcb 布线也基本完成了。最后，可以 通过 3d 效果来观看实际效果图。 事实上，一个产品最核心的步骤基本都完成了，所以当我完成自己设 计的产品的绘制以及布局后，看到 3d 效果的“虚拟成品” ， 我有一股自 豪感，虽然只有短短的一周的学习，但是我发现，只要通过自己的努力和 钻研，一样可以出色的完成要求。但是，我同时也知道，我现在学到的知 识这款软件的基本的知识， 还有更多的操作和功能需要自己在课后细细钻 研和练习。 最后我总结了学习过程的要点： 1. 要正确设计简洁，正确的原理图。 2. 元件的封装必须要与实物对应。 3. 在布线时，应手动修改调整，达到最优化，包括考虑材料成 本，布线难度，安全性，合理性，可生产性等因素。 4. 学会利用一些常用快捷命令，能使整个过程更加方便。 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 12 （六）参考文献（六）参考文献 protel 99se 实战详解与技巧 秦业主编 机械工业出版社 protel 电路设计教程 江思敏等主编 清华大学出版社 数字逻辑电路与系统设计 蒋立平主编 电子工业出版社 参考网站 ： （中国电子网） （七）致谢（七）致谢 感谢指导老师吴益飞以及帮助过我的同学！ 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 13 （八）附录（抢答器截图汇总）（八）附录（抢答器截图汇总） （1）抢答器电路）抢答器电路 ewb 设计，调试和仿真图设计，调试和仿真图 附录图附录图 1 . ewb 仿真电路 附录附录图图 2. 15 秒倒计时电路工作状态 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 14 （2）pcb 图图 bottom 层和层和 toplayer 层分别显示层分别显示 附录图附录图 3. pcb 图 bottom 层 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 15 附录图附录图 4. pcb 图 toplayer 层 （3） 网络表报网络表报 netlist（全）（全） 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 16 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 17 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 18 附录图附录图 5. 网络报表全 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 19 （4）网络状态报）网络状态报表表.rep 生成生成 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 20 附录图附录图 6. 网络状态表 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：xx 学号：xx 21 （5）各种元器件对应的实物图）各种元器件对应的实物图 1. 发光二极管 附录图附录图 7. 原理图符号 附录图附录图 8. 实物图 2. 贴片电阻 附录图附录图 9. 原理图符号 附录图附录图 10. 实物图 3. 贴片电容 附录图附录图 11. 原理图符号 附录图附录图 12. 实物图 4. 小型按钮开关 附录图附录图 13. 原理图符号 附录图附录图 14. 实物图 电气制图及 cad 实验报告 班级：xx 姓名：x