毕业设计（论文）-基于单片机的温度控制系统--PCB制图模块.doc

安徽建筑工业学院安徽建筑工业学院 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 专专 业业 电子信息工程电子信息工程 班班 级级 08 城建电子城建电子 1 班班 学生姓名学生姓名 学学 号号 课课 题题 基于单片机的温度控制系统基于单片机的温度控制系统 PCB 制图模块制图模块 指导教师指导教师 2012 年年 6 月月 5 日日 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 2 目目 录录 1 1 绪论绪论 1 11 1 选题背景选题背景 4 4 1 21 2 选题意义选题意义 4 4 1 31 3 选题简介选题简介 5 5 2 2 原理图的设计原理图的设计 2 12 1 原理图设计思路原理图设计思路 6 6 2 22 2 原理图设计依据原理图设计依据 6 6 2 32 3 原件的介绍原件的介绍 2 3 12 3 1 单片机的介绍单片机的介绍 6 6 2 3 22 3 2 传感器介绍传感器介绍 7 7 2 3 32 3 3 译码器的介绍译码器的介绍 8 8 2 3 42 3 4 lcdlcd 的介绍的介绍 8 8 2 3 52 3 5 设计原理图设计原理图 9 9 3 PCB3 PCB 设计设计 3 13 1 PCBPCB 的发展史和的发展史和 ProtelProtel 9999 SESE 简介简介 10 10 3 23 2 原理图制作原理图制作 3 2 13 2 1 protelprotel 菜单栏介绍菜单栏介绍 11 11 3 2 23 2 2 放置放置 编辑元件编辑元件 22 22 3 2 33 2 3 布局连线布局连线 23 23 3 2 43 2 4 生成网络表生成网络表 26 26 3 33 3 PCBPCB 板制作板制作 3 3 13 3 1 创建设计文件和装载网络表创建设计文件和装载网络表 27 27 3 3 23 3 2 布局与布线布局与布线 28 28 3 3 33 3 3 展望部分 双显示系统 展望部分 双显示系统 29 29 4 4 软件设计软件设计 设计思路与主程序流程图设计思路与主程序流程图 30 30 总结总结 31 31 致谢致谢 32 32 参考文献参考文献 32 32 附录 程序 附录 程序 33 33 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 3 摘摘 要要 本课题主要介绍基于 STC89C51 单片机和 DS18B20 数字温度传感器的温度测 量系统 该系统利用 STC89C51 单片机分别采集各个温度点的温度 实现温度显示 报警等功能 它以 STC89C51 单片机为主控制芯片 采用数字温度传感器 DS18B20 实现温度的检测 测量精度可以达到 0 5 该系统采用了 HJ12864ZW 液晶显示模块 形象直观的显示测出的温度值 基于 STC89C51 单片机的单总线温度 测控系统具有硬件组成简单 读数方便 精度高 测温范围广等特点 在实际工程 中得到广泛应用 关键词 数字温度传感器 STC89C51 单片机 温度测量 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 4 ABSTRACTABSTRACT This subject introduces the temperature measurement system based onSTC89C51 single chip and DS18B20 digital temperature sensor Adopting the A T89C51 single chip microcomputer in the system to collected temperature from various temperature positions realizes the temperature display and alarm function ApplyingSTC89C51 single chip microcomputer based as main control chip it realizes the multi temperature testing by using of digital temperature sensor DS18B20 and measurement accuracy reach es to 0 5 At the time t he system uses a HJ12864ZW LCD display module to show the measured temperature values Based onSTC89C51 single chip single bus multi point temperature measurement and control system s hardware assemble simply reading data conveniently high accuracy and wide ly temperature measuring in the actual projects it is widely applied Keywords digital temperature sensor STC89C51 microcontroller temperature measure 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 5 1 1 绪论绪论 1 1 选题背景选题背景 在生产过程中 温度的控制是十分常见的 国内已相继出现各种以微机为核心 的温度控制系统 这种系统控制精度高 重复性好 自动化程度高 在日常生活中 人们为了拥有一个更舒适的生活环境 往往需要室内拥有一个合适的温度 而单片 机的准确性高 价格低 功耗低等一系列优点 可结合升温和降温设备 有效的应 用到实际生活中 单片机温度控制系统是单片机控制的一项简单应用 近几年来单 片机因其独特的 方便 快捷的优势被广泛的应用于各个领域之中 另外温度是生活及生产中最基本的物理量 它表征的是物体的冷热程度 自然 界中任何物理 化学过程都紧密地与温度相联系 在很多生产过程中 温度的测量 和控制都直接和安全生产 提高生产效率 保证产品质量 节约能源等重大技术经 济指标相联系 自18世纪工业革命以来 工业过程离不开温度控制 温度控制广泛 应用于社会生活的各个领域 如家电 汽车 材料 电力电子等 温度控制的精度 以及不同控制对象的控制方法选择都起着至关重要的作用 温度是锅炉生产质量的 重要指标之一 也是保证锅炉设备安全的重要参数 同时 温度是影响锅炉传热过 程和设备效率的主要因素 基于此 运用反馈控制理论对锅炉进行温度控制 满足 了工业生产的需求 提高了生产力 1 21 2 选题意义选题意义 温度是一种最基本的环境参数 对于我们来说 不仅仅是一个量的反映 更能 直接影响作用到我们的生活中 人民的生活与环境的温度息息相关 在工业生产过 程中需要实时测量温度 在农业生产中也离不开温度的测量 因此研究温度的测量 方法和装置具有重要的意义 测量温度的关键是温度传感器 随着科技的发展 技 术要求的重视 温度测量的精度也越来越被看重 所以高精度温度测量系统的研究 就非常有意义 工业生产上温度控制是很关键的 不管是化学反应还是物理反应都 离不开温度 也就是说 温度就好象人的眼睛 没有它 什么也做不了 化工从业 人员是很有用处的 单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的 由于它具有体 积小 功能强 性价比高等特点 所以广泛应用于电子仪表 家用电器 节能装置 军事装置 机器人 工业控制等诸多领域 使产品小型化 智能化 既提高了产品 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 6 的功能和质量 又降低了成本 简化了设计 本文主要介绍单片机在温度控制中的 应用 在现代化的工业生产中 电流 电压 温度 压力 流量 流速和开关量都 是常用的主要被控参数 例如 在冶金工业 化工生产 电力工程 造纸行业 机 械制造和食品加工等诸多领域中 人们都需要对各类加热炉 热处理炉 反应炉和 锅炉中的温度进行检测和控制 采用 MCS 51 单片机来对温度进行控制 不仅具有控 制方便 组态简单和灵活性大等优点 而且可以大幅度提高被控温度的技术指标 从而能够大大提高产品的质量和数量 因此 单片机对温度的控制问题是一个工业 生产中经常会遇到的问题 在人类的生活环境中 温度扮演着极其重要的角色 温度是工业生产中常见的 工艺参数之一 任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关 因此温度控制是 生产自动化的重要任务 对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制 所采用的加 热方式 燃料 控制方案也有所不同 无论你生活在哪里 从事什么工作 无时无 刻不在与温度打着交道 自 18 世纪工业革命以来 工业发展对是否能掌握温度有着 绝对的联系 在冶金 钢铁 石化 水泥 玻璃 医药等等行业 可以说几乎 80 的工业部门都不得不考虑着温度的因素 1 31 3 选题简介选题简介 课题名称 基于单片机的温度控制系统 主要任务 熟练掌握单片机应用系统开发的工作流程 完成各子模块功能 并 装配成完整的温度测量与控制系统 完成原理图 PCB 图并焊接组装 完成软件开 发并测试系统功能 熟练掌握系统设计所需的各方面知识 硬件方面主要包括单片 机 温度传感器 模数转换芯片知识等 软件方面包括 protel keil C 等开发工具 的使用知识 以STC89C51 系列单片机为核心部件 以数字电路和模拟电路为硬件基础 以汇编语言为软件实现语言 功能概述 在该环境温度控制系统中 单片机作为核心部件进行检测控制 增强了 设计的通用性 适时性 在该环境温度控制系统中温度检测采用 DS18B20 温度传感 器 它不仅具有较高的精度 而且适用电压宽 显示设备等外围扩展芯片 温度控 制为降温控制 降温控制采用电动机来控制外部的降温设备 软件部分采用流程图 来表示 对各个子程序进行说明 包括控制算法 控制是否降温 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 7 2 2 原理图的设计原理图的设计 2 12 1 原理图设计思路原理图设计思路 该方案使用了 STC89C51 单片机作为控制核心 以智能温度传感器 DS18B20 为 温度测量元件 对温度进行检测 设置温度上下限 超过其温度值就报警 显示电路 采用四位七段数码管和 HJ12864ZW 液晶模块显示 使用电阻和发光二极管组成报警 电路 三极管和电阻和电动机组成的降温电路 按键和电阻组成的温度设置电路 图 2 1 单片机温度控制系统方框图单片机温度控制系统方框图 2 22 2 原理图设计依据原理图设计依据 采用智能温度传感器 DS18B20 它直接输出数字量 精度高 电路简单 只需要模拟 DS18B20 的读写时序 根据 DS18B20 的协议读取转换的温度 此方案 硬件电路非常简单 但程序设计复杂一些 但是在课外对 DS18B20 字符型液晶显 示有所了解 而且曾经在网上看到过此类程序程序设计 并且我已经使用过开发工 具 KEIL 用 C 语言对系统进行了程序设计 用单片机开发板对系统进行了测试 达 到了预期的结果 由此可见 该方案完成具有可行性 体现了技术的先进性 经济 上也没有任何问题 2 32 3 原件的介绍原件的介绍 2 3 12 3 1 单片机的介绍单片机的介绍 STC89C51 作为温度测试系统设计的核心器件 该器件是 INTEL 公司生产的 MCS 5 1 系列单片机中的基础产品 采用了可靠的 CMOS 工艺制造技术 具 有高性能的 8 位单片机 属于标准的 MCS 51 的 CMOS 产品 不仅结合了 HMOS 的高速和高密度技术及 CHMOS 的低功耗特征 而且继承和扩展了 MCS 一 48 单片机 的体系结构和指令系统 按键模块 DS18B20 温度传感 器数据采集 STC89C5 1 单片机 显示模块 报警模块 降温模块 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 8 1 1 中央处理器中央处理器 STC89C51STC89C51 简介简介 STC89C51 STC89C51 的特点的特点 STC89C51 具有以下几个特点 STC89C51 与 MCS 51 系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容 片内有 4k 字节在线可重复编程快擦写程序存储器 全静态工作 工作范围 0Hz 24MHz 三级程序存储器加密 128 8 位内部 RAM 32 位双向输入输出线 两个十六位定时器 计数器 五个中断源 两级中断优先级 一个全双工的异步串行口 间歇和掉电两种工作方式 STC89C51 STC89C51 的功能描述的功能描述 STC89C51 是一种低损耗 高性能 CMOS 八位微处理器 片内有 4k 字节的在线 可重复编程 快速擦除快速写入程序的存储器 能重复写入 擦除 1000 次 数据 保存时间为十年 它与 MCS 51 系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容 不仅可 完全代替 MCS 51 系列单片机 而且能使系统具有许多 MCS 51 系列产品没有的功 能 所有综上所诉 89c51 单片机为最合适的选择 STC89C51 STC89C51 引脚功能引脚功能 STC89C51 单片机 P3 口第二功能如下表所示 端口引脚各个功能 P3 0 RXD 串行口输入端 P3 1 TXD 串行口输出端 P3 2 INT0 外部中断 0 请求输入端 低电平有效 P3 3 INT1 外部中断 1 请求输入端 低电平有效 P3 4 TO 定时器 计数器 0 计数脉冲输入端 P3 5 T1 定时器 计数器 1 计数脉冲输入端 P3 6 WR 外部数据存储器写选择通信输出端 低电平有效 P3 7 WD 外部数据存储器读选择通信输出端 低电平有效 图 2 2 2 3 22 3 2 传感器介绍传感器介绍 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 9 DS18B20 数字温度传感器概述 DS18B20 数字温度传感器是 DALLAS 公司生产的 1 Wire 即单总线器件 具有线路简单 体积小的特点 因此用它来组成一个测温系统 具有线路简单 在 一根通信线 可以挂很多这样的数字温度计 十分方便 DS18B20 产品的特点只要 求一个端口即可实现通信 在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号 实 际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温 测量温度范围在 55 C 到 125 C 之间 数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择 DS18B20 引脚功能描述 见下表 序号名称引脚功能描述 1GND电源地 2DQ数字信号输出端 3VDD外接供电电源输入端 图 2 3 DS18B20 的内部结构 64 位 ROM 存储器件独一无二的序列号 暂存器包含两字节 0 和 1 字节 的温度寄存器 用于存储温度传感器的数字输出 暂存器还提供一字节的上线警报 触发 T H 和下线警报触发 T L 寄存器 2 和 3 字节 和一字节的配置寄存器 4 字节 使用者可以通过配置寄存器来设置温度转换的 精度 暂存器的 5 6 和 7 字节器件内部保留使用 第八字节含有循环冗余码 CRC 使用寄生电源时 DS18B20 不需额外的供电电源 当总线为高电平时 功率由单总线上的上拉电阻通过 DQ 引脚提供 高电平总线信号同时也向内部电 容 CPP 充电 CPP 在总线低电平时为器件供电 所以选择 DS18B20 为温度传感器元件 2 3 32 3 3 译码器的介绍译码器的介绍 74ls138 是 3 8 译码器 即对 3 个输入信号进行译码 得到 8 个输出状态 G1 G2A G2B 为数据允许输出端 G2A G2B 低电平有效 G1 高电平有效 A B C 为译 码信号输出端 Y0 Y7 为译码输出端 低电平有效 74LS148 是兼容 TTL 电平的 供 电 4 5 5 5V 基本原理 他允许同时输入两个以上编码信号 不过在设计优先编码 器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队 当几个输入信号同时出现时 只对 其中优先权最高的一个进行编码 完全符合本设计的译码器要求 2 3 42 3 4 lcdlcd 的介绍的介绍 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 10 HJ12864ZW是一种图形点阵液晶显示器 它主要由行驱动器 列驱动器及128X64全点 阵液晶显示器组成 可完成图形显示 也可以显示8X4个 16X16点阵汉字 与外部 CPU接口可采用串行或并行方式控制 模块外部接口模块外部接口 引脚名称方向说明 1VSS 电源负端 ov 2VDD 电源正端 3 3V或 5 0V 出厂时设定 5 0V 3RS CS LCD驱动电压 可调 4I并口方式 RS 0 当 MPU 进行读模块操作 指向地址计数器 当 MPU 进行写模块操作 指向指令寄存器 RS 1 无论 MPU 读 写操作 均指向数据寄存器 串口方式 CS 单行片选信号 高电平有效 5R W SID I 并口方式 R W 0 写操作 R W 1 写操作 串口方式 串行数据输入端 6E SCLK I 并口方式 使能信号 高电平有效 串口方式 串行时钟信号 7 14DB0 DB7I O MPU 与模块之间并口的数据传送通道 四位总线模式下 D0 D3 脚断开 15PSBI 穿 并行口控制选择端 H 并口控制 L 串口控制 16NC 空脚 17RSTI复位脚 低电平有效 18VOUT 倍压输出脚 VDD 3 3V时有效 19LEDA 背光电源正端 3 3V或 5 0V 出厂时设定 5 0V 20LEDK 背光电源负端 0V 图2 4 说明 LEDA与LEDK 的背光正负极性可根据客户要求进行变更 1 使用并口驱动方式时 PSB VDD 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 11 2 使用串口驱动方式时 PSB VSS 且DB0 DB7悬空不接 3 串并口选择方式 除接口第15 脚 PSB 外 也可使用P S焊盘 点 IC 面 选择并口 串口 4 中间与右部焊盘短路 表示串口控制方式 5 中间与左部焊盘短路 表示并口控制方式 1 并口传输方式 当 PSB 脚 串 并口选择 接高电平时 模块将进入并口模式 在并口模式下可 由指令DL FLAG 来选择8 位或4 位接口 主控制系统将配合 RS RW E DB0 DB7 来达成传输动作 从一个完整的流程来看 当设定地址指令后 CGRAM DDRAM 若要读取数据时需先DUMMY READ一次 才会读取到正 确数据第二次读取时则不需DUMMY READ 除非又下设定地址指令才需再次 DUMMY READ 在4 位传输模式中 每一个八位的指令或数据都将被分为两个 字节动作 较高4 DB7 DB4 的资料将会被放在第一个字节 DB7 DB4 部 分 而较低4位 DB3 DB0 的资料则会被放在第二个字节的 DB7 DB4 部 分 至于相关的另四位则在4 位传输模式中DB3 DB0接口未使用 2 串口传输方式 当PSB脚 串 并口选择 接低电位时 模块将进入串口模式 从一个完整的串口 传输流程来看 一开始先传输启始字节 它需先接收到五个连续的 1 同步 位字符串 在启始字节 此时传输计数将被重置并且串行传输将被同步 再跟 随的两个位字符串分别指定传输方向位 RW 及寄存器选择位 RS 最后第 八的位则为 0 在接收到同步位及RW和RS资料的启始字节后 每一个八位 的指令将被分为两个字节接收到 较高4位 DB7 DB4 的指令资料将会被放在 第一个字节的LSB部分 而较低4位 DB3 DB0 的指令资料则会被放在第二个 字节的LSB部分 至于相关的另四位则都为0 2 3 52 3 5 设计原理图设计原理图 根据以上原件的特性和引脚连接要求所 并结合原理图设计思路所设计的原理 图为 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 12 图 2 5 该系统包括控制模块 温度数据采集模块 温度设定模块 显示模块 降温模块 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 13 3 3 PCBPCB 设计设计 3 13 1 PCBPCB 的发展史和的发展史和 ProtelProtel 9999 SESE 简介简介 PCBPCB 的发展史的发展史 印制电路板的发明者是奥地利人保罗 艾斯勒 Paul Eisler 他于 1936 年 在一个收音机装置内采用了印制电路板 1943 年 美国人讲技术大量使用于军用收 音机内 1948 年 美国正式认可这个发明用于商业用途 自 20 世纪 50 年代中期起 印刷电路板技术菜开始被广泛采用 在印制电路板出现之前 电子元件之间的互连都是依靠电线直接连接实现的 而现在 电路面包板只是作为有效的实验工具而存在 印刷电路板在电子工业中已 占据了绝对统治的地位 印制电路板基本概念在本世纪处已有人在专利中提出过 1947 年美国航空局 和美国标准局发起了印制电路首次技术讨论会 当时列出了 26 种不同的印制电路制 造的方法 并归纳为六类 涂料发 喷漆法 化学沉积法 真空蒸发法 模压法和粉 压法 当时这些方法都未能实现大规模工业化生产 直到五十年代初期 由于铜箔 和层压板的粘合问题得到解决 覆铜层压板性能稳定可靠 并实现了大规模工业化 生产 铜箔蚀刻发 成为印制板制造技术的主流 一直发展至今 六十年代 孔金属化双面印制和多层印制板实现了大规模生产 七十年代受于 大规模集成电路和电子计算机 的迅速发展 八十年代表面安装技术和九十年代多芯 片组装技术的迅速发展推动了印制板生产技术的继续进步 一批新材料 新设备 新测试仪器相继涌现 印制电路生产向进一步高密度 细导线 多层 高可靠性 低成本和自动化连续生产的方向发展 我国从五十年代中期开始了单面印制板的研究 六十年代中自力更生的开发了 我国的覆箔板基材 使铜箔蚀刻法成为我国 PCB 产生的主导工艺 六十年代已能大 批量的生产单面板 小批量生产双面板金属化孔印制 并少数几个单位开始研制多 层板 七十年代在我国推广了图形电镀蚀刻法工艺 但由于受到各种干扰 印制电 路专用材料和专用设备没有及时跟上 整个生产技术水平落后于国外先进水平 到 了八十年代 由于改革开饭政策的批引 不仅引进了大量具有国外八十年代先进水 平的单面 双面 多层印制板生产线 而且经过十多年消化 吸收 较快地提高了 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 14 我国印制电路生产技术水平 ProtelProtel 9999 SESE 简介简介 Protel99SE 是 Protel 公司近 10 年来致力于 Windows 平台开发的最新结晶 能实现从电学概念设计到输出物理生产数据 以及这之间的所有分析 验证和设计 数据管理 因而今天的 Protel 最新产品已不是单纯的 PCB 印制电路板 设计工具 而是一个系统工具 覆盖了以 PCB 为核心的整个物理设计 Protel 设计系统是一套 建立在 IBM 兼容 PC 环境下的 EDA 电路集成设计系统 由于其高度的集成性与扩展性 一经推出 立即为广大用户所接受 很快就成为世界 PC 平台上最流行的电子设计自 动化软件 从 Protel98 开始 Protel 公司将所有应用程序代码从 16 位升级为 32 位 使 性能大大提高 1999 年初 Protel 公司推出了 Protel 99 其最大的改变是引入了 设计数据库文件和设计团队的概念 而后又推出了 Protel 99 的改进版 Protel 99 SE Protel 99 SE Second Edition 在原理图设计和电路仿真方面增加了许多小 的功能 而其最主要的改进体现在电路板设计系统方面 使用 Protel 99 SE 你将 赞叹其强大的功能和应用的弹性 最新版本的 Protel 软件可以毫无障碍地读 Orcad Pads Accel PCAD 等知名 EDA 公司设计文件 以便用户顺利过渡到新的 EDA 平台 Protel99 SE 共分 5 个模 块 分别是原理图设计 PCB 设计 包含信号完整性分析 自动布线器 原理图混 合信号仿真 PLD 设计 据说 Protel99SE 的部分最新功能将兼容举世瞩目的图形制作 编辑和处理软件 COREL DRAW 当初欧元硬币的设计解决方案由 Corel DRAW 来完成 COREL DRAW 图 形套件中 它集位图编辑处理 网页动画 网页发布 页面布局 向量动画等各种 必要功能于一身 将会使您 大大地 提高专业创作的效率 3 23 2 原理图制作原理图制作 3 2 13 2 1 protelprotel 菜单栏介绍菜单栏介绍 1 1 菜单栏菜单栏 Protel 99SE 主窗口界面菜单栏是启动各种编辑器和设置系统参数的入口 主要包 括 File 文件 View 视图 Help 帮助 三个主菜单 如下图示 File 菜单主要用于文件的管理 通常包括新建设计文件 打开已有的设计文件和保 存当前设计文件等功能 如下图所示 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 15 FileFile 菜单中各菜单命令的功能如下 NewNew 新建 执行该菜单命令可以新建一个设计数据库文件 Design database 文件的类型为 Protel Design File 文件后缀名为 ddb OpenOpen 打开 执行该菜单命令可以打开 Protel 99SE 可以识别已有设计文件 ExitExit 退出 退出 Protel 99SE 主窗口界面 2 View View 菜单用于 DesignDesign ManageManage 设计管理器 StatusStatus BarBar 状态栏 和 CommandCommand StatusStatus 命令栏 的打开与关闭 如下图所示 3 HelpHelp 菜单 Help Help 菜单主要用于打开帮助文件 如下图所示 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 16 2 2 工具栏工具栏 Protel 99SE 的工具栏如右图所示 工具栏各按钮的功能如下 1 按钮 打开或关闭文件管理器 2 按钮 打开一个设计文件 3 按钮 打开帮助文件 3 3 状态栏和命令行状态栏和命令行 状态栏和任务行用于显示当前的工作状态和正在执行的命令 状态栏和命令行 的打开和关闭可以利用 View 菜单进行设置 4 4 浏览器管理窗口和工作窗口浏览器管理窗口和工作窗口 在 Protel 99SE 主窗口界面中 如果不激活任何涉及服务程序 则浏览器窗口 和工作窗口将处于空闲状态 其内容不可编辑 只有当原理图设计 原理图符号设 计 PCB 电路板设计或元器件封装库设计等服务程序被激活时 才可以在浏览器管 理窗口中浏览图件 以及在工作窗口中进行设计 5 5 ProtelProtel 99SE99SE 的文件存储方式的文件存储方式 Protel 99SE 系统为用户提供了两种可选择的文件存储方式 WindowsWindows FileFile SystemSystem 文档方式 和 MSMS AccessAccess DatabaseDatabase 设计数据库方式 如下图所示 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 17 图 3 1 WindowsWindows FileFile SystemSystem 当选择文档方式存储电路板设计文件时 系统将会首 先创建一个文件夹 而后将所有的设计文件存储在该文件夹下 系统在存储设计 文件时 不仅存储一个集成数据库文件 而且还会将数据库文件中的所有设计文 件都独立地存储在该文件夹下 MSMS AccessAccess DatabaseDatabase 当选择设计数据库方式存储电路板设计文件时 系统只 在使用者指定的硬盘空间上存储一个设计数据库文件 不管选用哪一种文件存储方式 Protel 99SE 都是设计浏览器来组织设计文档 即 在设计浏览器下创建文件 并将所有设计文件都存储在一个设计数据库文件中 6 6 文件自动存盘功能文件自动存盘功能 电路板的设计过程往往很长 如果在设计过程中遇到一些突发事件 如停电 运行程序出错等 就会使正在运行的设计工作被迫终止而又无法存盘 使得已经 完成的工作全部丢失 为了避免这种情况发生 就需要在设计过程中不断存盘 Protel 99SE 有文件自动存盘功能 通过对自动存盘参数惊醒设置 就可以 满足文件自动备份的要求 这样既可以保证了设计文件的安全性 又可以省去了 很多麻烦 1 单击菜单栏上的按钮 选取菜单命令 PreferencesPreferences 打开设计浏览 器参数设置对话框 如下图所示 图 3 2 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 18 2 单击按钮 打开自动存盘参数设置对话框 如下图所示 图 3 3 该对话框中各选项参数的意义如下 选中 EnableEnable 选项前的复选框 表示启用自动存盘功能 并且在后面的选项 框中可以设定自动存盘的间隔时间 用户一旦启用了自动存盘功能 并且设定了 相应的存储间隔时间 则系统将会在用户指定的时间内自动对当前工作窗口中激 活的设计文件进行存盘 NumberNumber 设计文件自动存盘的数目 系统提供的存盘数目最多可达 10 份 用户可以在文本框中直接输入数字或单击文本框后面的增加或减少按钮来设置该 选项 TimeTime IntervalInterval 自动存盘操作的间隔时间 其设置方法与自动存盘版本数 目的设置方法相同 选中 UseUse backupbackup folderfolder 该选项前的复选框 然后单击按钮 可以 指定设计文件自动存盘的目录 如果不选中该项 则系统将会把文件存储到数据 库文件所在的目录之下 3 选中 EnableEnable 选项 打开自动存盘功能 4 在 NumberNumber 文本框中输入文件自动存盘的个数为 3 在 TimeTime IntervalInterval 文本框中输入自动存盘的间隔时间为 10 单位为分钟 5 选中 UseUse backupbackup folderfolder 选项 指定保存路径 6 完成自动存盘参数设置后单击按钮 关闭参数设置对话框 一旦启 用了自动存盘功能 系统就会在设定的时间间隔内自动将设计浏览器中处于打开 状态的设计文件自动保存到指定目录下 其文件名的后缀分别为 BK1 BK2 等 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 19 7 7 启动常用的编辑器启动常用的编辑器 通过创建一个新的设计数据文件 原理图设计文件 原理图库设计文件 原理图 库设计文件 PCB 电路板设计文件和元器件封装库文件来启动相应的编辑器 1 创建一个设计数据库文件 启动 Protel 99SE 打开设计浏览器 选取菜单命令 FileFile NewNew 打开 NewNew DesignDesign DatabaseDatabase 新建设计数据 库 文件 对话框 如下图所示 图 3 4 在 DatabaseDatabase FileFile NameName 设计数据库文件名称 文本框中输入设计文件的名称 如上图所示 文件命名为 xzd ddb 单击按钮 打开 SaveSave AsAs 存储文件 对话框 然后将存储位置定位 到指定的硬盘空间上 结果如下图所示 图 3 5 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 20 单击按钮 回到新建设计数据库文件对话框 确认各项设置无误后单 击按钮 即可创建一个新的设计数据库文件 结果如下图所示 图 3 6 2 启动原理图编辑器 新建一个原理图设计文件或者打开已有的原理图设计文件 就能启动原理图编辑器 双击图标 打开该文件夹 将新建的原理图设计文件放置在该文件夹下 选取菜单命令 FileFile New New 打开 NewNew DocumentDocument 新建设计文件 对话 框 如下图所示 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 21 图 3 7 在新建设计文件对话框中单击图标 选中新建原理图设计文件选项 然 后单击按钮 新建一个原理图设计文件 结果如下图所示 图 3 8 将原理图设计文件命名为 xzd Sch 选取菜单命令 FileFile SaveSave AllAll 存储该设计文件 并将该文件放置在当前的 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 22 设计数据库文件中 3 启动 PCB 电路板编辑器 选取菜单命令 FileFile New New 打开 NewNew DocumentDocument 对话框 如下图所示 图 3 9 在新建设计文件对话框中单击图标 选中新建 PCB 设计文件选项 然后 单击按钮 系统将会新建一个 PCB 设计文件 结果如下图所示 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 23 图 3 10 将 PCB 设计文件命名为 xzd PCB 选取菜单命令 FileFile SaveSave AllAll 存储该设计文件 4 启动原理图库编辑器 选取菜单命令 File New 打开新建设计文件对话框 如下图所示 图 3 11 在新建设计文件对话框中单击图标 选中新建原理图库设计文件选项 然后单击按钮 系统将会新建一个原理图库设计文件 结果如下图所示 图 3 12 将原理图库设计文件命名为 xzd Lib 选取菜单命令 FileFile SaveSave AllAll 存储该原理图库设计文件 5 启动元器件封装库编辑器 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 24 选取菜单命令 File New 打开新建设计文件对话框 如下图所示 图 3 13 在新建设计文件对话框中单击图标 选中新建原理图库设计文件选项 然后单击按钮 系统将会新建一个元器件封装库设计文件 结果如下图 所示 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 25 图 3 14 将原理图库设计文件命名为 xzd LIB 选取菜单命令 FileFile SaveSave AllAll 存储该设计文件 3 2 23 2 2 放置放置 编辑元件编辑元件 打开 Protel 99SE 新建文件和选择文件存储路径以及密码等各项设置 点击 添加 Sim ddb Miscellaneous Devices ddb Protel DOS Schematiclibeary ddb 如下图所示 图 3 15 点击原理图设计电路界面 先从 Miscellaneous Devices ddb 库中选中电阻 RES2 按下 Tab 键编辑参数和封装好 如下图所示 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 26 图 3 16 3 2 33 2 3 布局连线布局连线 利用自身艺术性的设计 是电路的整体布局得以最佳美观 其次要让元器件相 互靠近且不影响后面布线 避免之后的线路交叉和元器件的移动 影响整块版面的 美观效果 在元器件放置过程中 用鼠标点住元器件按下旋转快捷键 如 空格键 为逆时针旋转 X 为左右翻转 Y 为上下翻转 同时可移动相对位置 也可以用 Tab 见编辑参数 方向键也可以事先元件的水平移动 部分元器件及其封装引脚如下 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 27 图 3 17 在完成每个元器件的引脚封装后 将元器件进行布局 如下图所示 图 3 18 元件布局完成后 点击工作栏中的画线图标 根据设计好的电路对各个元件进行 连接 根据电路图进行连接 电路连好时在对电路进行检查看看有没有元器件漏连 如下图所示 检查完毕后对该电路进行生成网络表格 图 3 19 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 28 3 2 43 2 4 生成网络表生成网络表 在 Protel 99SE 中 网络表格文件是连接原理图设计和 PCB 设计的桥梁和纽 带 是 PCB 自动布线的根据 在 PCB 编辑器中 当同步载入元件出错时 利用网络 表格文件可以快速进行差错 打开生成网络表格文件的原理图设计文件 1 选用菜单命令 Design Create Netlist 2 执行网络表格文件生成命令之后 系统会弹出生成网络表格文件选项设置对话框 3 设置好个选项之后单击 OK 按钮 系统将自动生成网络表格文件 并打开网络表 格文本编辑器 图 3 20 当原理图设计好之后 由于设计的原因需要对原理图进行修改 结果会将电路 中的某些多余功能删除 同时相应的元件也会被删除 从而导致电路图中元器件的 编号不连续 并有可能影响到后面的电路板的装配合调试工作 这种情况在原理图 设计的初期经常发生 当出现这种情况时 通常需要对原理图设计进行重新编号 利用系统提供的元器件自动编号功能对整个原理图上设计的元器件进行重新编 号 既省时又省力 尤其适用于元器件数目众多的电路设计 在对原理图设计文件 进行自动编号的同时 系统将会生成元器件自动编号报表文件 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 29 3 33 3 PCBPCB 板板 制制 作作 3 3 13 3 1 创建设计文件和装载网络表创建设计文件和装载网络表 原理图设计完成之后 就要进入电路板设计的第二个阶段了 即 PCB 电路板设计 PCB 电路板设计是在 PCB 编辑器中完成的 因此在进行 PCB 电路板设计之前 需要 创建一个空白的 PCB 设计文件 如下图所示 图 3 21 然后进入 PCB 的工作界面如下图所示 图 3 22 1 在 PCB 编辑器中选取菜单命令 Design Lode Nets 2 在载入网络表对话框中单击 Browse 按钮 打开选择网络表文件对话框 如 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 30 下图所示 图 3 23 3 3 23 3 2 布局与布线布局与布线 元器件布局分为两种 自动布局和手动布局 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 31 在 PCB 编辑器中选中 TOOLS Auto Placement Auto Placer 自动布线通过自动布线器参数设置后 便可以自动布线了 根据实际需要 既 可以对整体进行布线 也可以对指定的区域 网络 元器件进行布线 通过自 动布线即可得到如下图所示 图 3 24 3 3 3 展望部分 双显示系统 以上全部设计为基于单片机的温度控制系统的 Led 显示 而其 LCD 显示的电路设计 为显示由原来的 led 改为 lcd 来显示 设计的过程和上诉过程基本相同 所以双显 示系统图为 led 和 lcd 的合并 其设计成的 pcb 图为 图 3 25 其 3D 效果图为 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 32 图 3 26 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 33 4 4 软件设计软件设计 设计思路 主程序流程图设计思路 主程序流程图 根据所学软件设计的知识 实现本系统的软件部分将使用汇编语言 要配合硬 件部分实现输入一个需要恒定的温度值和偏差温度 与从温度传感器所获取的当前 实际温度相比较 并向温度控制执行电路发出是否降温的命令 在这一过程中将随 时显示当前温度值和设置的温度值 其主要实现的部分包括 键盘输入 温度采集 液晶动态显示 温度降温控制等 主程序流程图如图4 1所示 图 4 1 主程序流程图 是 否 是 否 图 4 1 开始 单片机和 DS18B20 初始 化 读入 DS18B20 采集到的温度数据 按键 K1K2 是否按下 按 K1 温度值加 1 按 K2 温度值减 1 温度是否大于 28 发出警报和启动降温模块 显示模块显示 结束 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 34 总总 结结 在短短的 16 周的毕业时间里 我在毕业设计的过程中 学会了很多 在这其中 不仅在知识方面得到了加强 而且还在做人处事方面也得到了提升 在这段设计的 时间了 我首先根据设计任务书查阅文献资料来对设计知识的了解 然后就开始阅 读相关专业知识对设计内容设计到的东西更深一步的了解 在开始使用 protel 开始 画原理图在制版 最后焊接电路板和调试程序 整个设计的过程就是围绕对基于单 片机的温度控制系统设计来做的 最后通过自己的努力终于把实物做出来了 最后 一步当然是写论文了 本篇论文重点就是画 pcb 板了 因为这是我选择设计的子课题 其设计主要介 绍了 Protel 99SE 软件的基本使用方法 牵涉到软件的编辑器的功能介绍 电路图 的设计和 PCB 板的生成 首先介绍了 Protel 99SE 的结构 包括菜单栏 工具栏 状态栏 浏览器工作窗口以及启用常用编辑器 文件的保存 数据的加密 然后通 过添加元件库 查找元器件 原理图编辑器的功能介绍 原理图设计 元器件的设 置 封装码的选择 绘制基本电路图 生成网络表格 检查错误 元器件布局 自 动布线 元器件封装的制作等的介绍 使大家对 Protel 99SE 有了进一步的了解 通过这次基于单片机的温度控制系统电路的设计还让我明白 当我们接手一个 课题或项目的时候 不是马上就动手搞 而是应该先进行可行性论证 首先提出几 套方案 然后对各个方案进行对比 即要在性能上面比较 又要在是否经济合算上 面对比 假如我们设计了一个性能很好的产品 但是其中的某个元器件却很难买到 或者价格很高 那么 我们就应该要考虑是否采用这个设计的方案 最后找出最适 合的设计方案 将书本上面学到的知识和实际应用相结合 各种元器件都有强大的 功能 同时也体现出了 Protel99se 软件的实用性 我们应该在了解它的各项功能的 前提条件下 灵活巧妙地运用 具体的芯片资料和图片我们通过查阅相关的书籍 在网上能够很方便的查找 通过这次学习 让我对各种原器件及 Protel 软件有了新 的认识和更深的了解 增强了自己动手设计的能力 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 35 致 谢 毕业论文暂告收尾 这也意味着我在安徽建筑工业学院的四年的学习生活既将 结束 回首既往 自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中 能在众多学富五车 才华横溢的老师们的熏陶下度过 实是荣幸之极 在这四年的时间里 我在学习上 和思想上都受益非浅 这除了自身努力外 与各位老师 同学和朋友的关心 支持 和鼓励是分不开的 在此 我们特别要感谢周春老师 从论文的选题 文献的采集 框架的设计 结构的布局到最终的论文定稿 从内容到格式 从标题到标点 他都费尽心血 没 有周春的辛勤栽培 孜孜教诲 就没有我论文的顺利完成 您在这做毕业设计和带 我们专业课的这段时间教会我的不仅仅是书本上的知识 更重要的还有做人原则和 道理 最后我还要感谢电子信息工程专业各任课老师和各位同学 与他们的交流使我 受益颇多 安徽建筑工业学院毕业设计 论文 36 参考文献参考文献 1 李全利 仲伟峰 徐军 单片机原理及应用 显示部分 清华大学出版社 2006 2 李艳红 单片机 I O 口不宜用作直接驱动出口 J 电站设备自动化 2003 2 3 陶红艳 余成波 传感器与现代检测技术 M 北京 清华大学出版社 2009 4 闫胜利 Altium Designer 实用宝典 原理图与 PCB 设计 M 北京 电子工 业出版社 2007 5 康华光 电子技术基础 模拟部分 M 北京 高等教育出版社 2008 6 曹巧媛主编 单片机原理及应用 第二版 北京 电子工业出版社 2002 7 朱清惠等 Proteus 教程 电子线路设计制版与仿真 M 北京 清华大学 出版社 2009 8 王文海 单片机应用于实践项目化教程 M 北京 化学工业出版社 2010 9 铃木雅成 晶体管电路设计 M 科学出版社 2010 10 张伟 王力 Protel 99SE 基础教程 人民邮电出版社2006 10 11 赵志刚 吴海彬 Protel 99 se 实用教程 清华大学出版社 12 李强 PCB 板缺陷自动检测技术的分析研究 D 合肥工业大学 2002年 13 何力民编 单片机高级教程 北京 北京航空