电子线路CAD课程设计XB-1A开发板.doc

齐齐哈尔大学 电子线路 CAD 课程设计 题 目： XB-1A 开发板 学 院： 通信与电子工程学院 专业班级： 电子 XXX 班 学生姓名： XXX 指导教师： XXX 1.概述 1.1 Altium Designer简介 Altium Designer 是原 Protel 软件开发商 Altium 公司推出的一体化的电子产品开发系统， 主要运行在 Windows 操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB 绘制编辑、 拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新 的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量 和效率大大提高。目前最高版本为：Altium Designer 15.0.7 Build 36915 电路设计自动化 EDA（Electronic Design Automation）指的就是将电路 设计中各种工作交由计算机来协助完成。如电路原理图（Schematic）的绘制、 印刷电路板（PCB）文件的制作、执行电路仿真（Simulation）等设计工作。随 着电子科技的蓬勃发展，新型元器件层出不穷，电子线路变得越来越复杂，电 路的设计工作已经无法单纯依靠手工来完成，电子线路计算机辅助设计已经成 为必然趋势，越来越多的设计人员使用快捷、高效的 CAD 设计软件来进行辅助 电路原理图、印制电路板图的设计，打印各种报表。 Altium Designer 除了全面继承包括 Protel 99SE、Protel DXP 在内的先 前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。该平台拓 宽了板级设计的传统界面，全面集成了 FPGA 设计功能和 SOPC 设计实现功能， 从而允许工程设计人员能将系统设计中的 FPGA 与 PCB 设计及嵌入式设计集成在 一起。 由于 Altium Designer 在继承先前 Protel 软件功能的基础上，综合了 FPGA 设计和嵌入式系统软件设计功能，Altium Designer 对计算机的系统需求 比先前的版本要高一些。 1.2 设计任务 1 设计目的：巩固数字电子技术，模拟电子技术的知识，加深对电工电子技 术的了解，提高自己的实验动手能力，达到学以致用的目的。 2 任 务：设计并制作一套 51 系列单片机学习板，以 51 单片机为核心， 实现单片机对外围电路进行调节控制，达到熟练掌握单片机的基本原理以及对 外部设备的控制原理。 3 功 能： (1) 8 位 LED，用于练习对单片机 IO 口的控制。 (2) 2 个四连的 8 位数码管，用于显示时钟数字等。 (3) 继电器模块，用于继电器工作原理的练习。 (4) 独立键盘，矩阵键盘，用于练习键盘扫描以及按键控制外围电路等。 、 (5) 18B20 数字温度传感器模块，用于练习温度采集等。 (6) A/D 转换模块，用于数字模拟信号的转换。 (7) 红外接收模块，用于练习红外的编解码过程等。 (8) 蜂鸣器模块，用于练习蜂鸣器发声试验等。 (9) 1602,12864 显示模块，用于练习液晶屏幕的显示等操作。 (10)直流电机驱动模块，用于直流电机的驱动。 (11)EEPROM 模块，用于练习单片机片外存储等。 2.方案论证 2.1 板载芯片的选择 贴片式元件：贴片式元件具有成本较低，集成度较高，整体轻巧等特点。适用 于集成度较高的电路板，如手机、电脑主板等。但是贴片式元件焊接较为繁琐， 对焊接工具的要求很高，而且贴片元件的拆卸非常麻烦，不易于更换以及调试， 不适合于新手学习。 双列直插式元件：双列直插式元件成本与贴片式元件近似相等，元件面积略大 于贴片式。双列直插式元件最大的有点就是易于拆卸更换，在焊接时对其加一 个 IC 插座，使用时候可以随时拆卸，更换，调试。对学习单片机的新手来说， 可以更加直观的认识每一个元件，每一个芯片。非常适合新手学习单片机。 结论：综上所述，我们选择使用双列直插式的元件，以便于对本学习板的调试， 并能加深初学者对单片机的理解。 2.2 焊接工具的选择 传统的烙铁：烙铁具有价格低使用，操作容易等特点，可以焊接双列直插式以 及贴片式元件，在学习电工电子技术中发挥很大的作用，可以培养学生动手实 践能力，在使用烙铁的过程中，可以加深焊接者对电路的理解。也能熟悉电路 的走势。对学习电路原理有很大的帮助。 热风机：热风机功能与烙铁近似，其有着焊接速度快，节省焊锡等作用，但是 其成本高于烙铁，操作过程较为困难，而且焊接过程不是很直观，不能让初学 者很好的理解电路的走势，而且风机焊接之后的元件不利于拆卸，对于初学者 来说很不方便。 结论：综上所述，我们选择用烙铁进行焊接，不仅可以大大的节约成本，还能 加深自己对电路以及元件的了解。也能在焊接过程中发现问题，纠正错误。易 于拆卸在后期调试中也能带来极大的方便。 3.原理图及 PCB 库的绘制 3.1 原理图库的制作 File - New - Library Schematic Library 即可进行原理图库的制作 3.2PCB 库的制作 File - New - Library PCB Library 即可制作 3.3 集成库的制作 在集成库中一般包含一个原理图库和一个 PCB 库，而每一个原理图库和 PCB 库 中又含有许多的元器件及其封装。 4.原理图的绘制 4.1 系统结构设计如图 3-1 51 单 片 机 学 习 板 LED 模块 电源模 块 数码管 模块 继电器 模块 键盘模 块 液晶显 示模块 A/D 转 换模块 电机驱 动模块 串口通 信模块 图 3-1：硬件设计框架图 4.2 单片机最小系统 STC89C52 单片机正常工作时的基本电路如图 3-2 图 3-2 单片机最小系统图 4.3 LED 模块如图 4.4 数码管显示模块如图 温度传 感器 片外存 储模块 红外收 发模块 蜂鸣器 模块 最小系 统模块 4.5 键盘模块如图 4.6 串口收发模块如图 4.7 A/D 转换模块如图 4.8 红外收发模块 4.9 片外存储模块如图 4.10 温度传感器如图 4.11 蜂鸣器模块如图 4.12 电机驱动模块如图 4.13 液晶显示模块如图 4.14 电源模块如图 5.软件设计 5.1 整体结构图 单片机程 序的编写 程序的下 载烧录 各个模块 程序的调 试 我们分别编写了 LED 跑马灯程，数码管演示程序，综合小程序，以及综合大程 序分别对单片机学习板上的各个模块就行测试。功能全部正常运行。 5.2 综合程序调试图 6.PCB 的绘制 进入 PCB 系统后的第一步就是设置 PCB 设计环境，包括设置格点大小和类 型，光标类型，版层参数，布线参数等等。大多数参数都是可以用系统默认值， 而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。 确定电路板的边框，即尺寸大小。在需要放置固定孔的地方放上适当大小 的焊盘。注意在绘制电路板地边框前，一定要将当前层设置成 keep out 层，即 禁止布线层。 LED 灯程 序 数码管程 序 综合小程 序 综合大程 序 图 6.1 正常视图 图 6.2 3D 视图 图 6.3 工厂加工后 7.心得体会 通过本次设计以及调试，我不仅掌握了单片机的基本原理及其功能，也熟悉 了电路板绘制软件的使用。在设计中，我遇到了许许多多的问题，经历了许多 的失败，在失败中我们一次次总结经验，汲取教训，终于在一次次失败之后取 得了成功。通过本次设计，我不仅学会了许多知识，更重要的是坚定了走下去 的信念。 参考文献 1张毅刚单片机原理与应用M 高等教育出版社，2010 年 2童诗白模拟电子技术基础M 高等教育出版社 ，2006 年 3阎石数字电子技术基础M 高等教育出版社 ，2006 年 4邱关源电路M 高等教育出版社， 2006 年 5赖程鹏 梁光胜.Altium Designer 10 入门教程,高等教育出版社，2012 年 附录 1：测试程序清单 #INCLUDE #DEFINE UCHAR UNSIGNED CHAR #DEFINE UINT UNSIGNED INT SBIT DUAN=P36; SBIT WEI=P37; UCHAR NUMBER; UCHAR GG3; UCHAR CODE DUANMA= 0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90; UCHAR CODE WEIMA=0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80; VOID DELAAY(UCHAR B) UCHAR I,C; FOR(I=B;I0;I-) FOR(C=110;C0;C-); VOID DISPLAY(UCHAR A) UCHAR I,K; K=A; GG2=K/100; GG1=K%100/10; GG0=K%10; FOR(I=0;I=200) J=0; VOID TIME0() INTERRUPT 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;/给定时器 0 装初值 NUMBER+; 附录 2：元件清单 元件数量 数码管 2 铜柱 4 开关 1 电源接 口 1 USB 接 1 口 RS232 头 1 74HC5732 331 排 阻 1 10K 排 阻 1 母座 2 蜂鸣器 1 85501 发光