单片机课程设计教案.doc

设计内容：基于单片机的温度控制系统。设计目的：1、 通过设计增强对理论知识的理解，增强学生的动手能力。2、 掌握使用Protel 99SE绘制原理图的方法。学时分配：方案设计 2学时硬件设计 2学时软件设计及调试 4学时考核方式及成绩构成：方案设计 占总成绩的20%硬件设计 占总成绩的20%软件设计及调试 占总成绩的40% 设计报告 占总成绩的20%具体要求：1、画出硬件原理图 2、上交课程设计报告方案设计：系统所包含的功能：（1）能够实时的显示检测到的温度 （2）能够通过键盘设定门限温度，当检测到的温度高于门限温度时可以报警。基于单片机的温度控制系统框图。单片机LED显示键盘报警电路测温电路存储电路硬件设计：画出电路原理图学习使用Protel 99SE一、启动原理图编辑器（1）启动Protel 99SE，打开设计浏览器。（2）在Protel 99SE设计浏览中，执行【File】/【New】菜单命令，打开【New Design Database】（新建设计数据库文件）对话框（3）在【Database File Name】（设计数据库文件名称）文本框中输入设计文件的名称。（4）单击Browse按钮，打开【Save As】（存储文件）对话框，将存储位置定位到设计者指定的硬盘空间上。 （5）单击【保存】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【OK】按钮即可创建一个新的设计数据库文件，结果如图所示。（6）双击图中的【Documents】图标（设计文档），打开设计数据库下的文档管理文件夹，拟在该文件夹下新建原理图设计文件。 （7）选取菜单命令【File】/【New】，打开【New Document】（新建设计文件）对话框。 （8）在新建设计文件对话框中，单击【Schematic Document】（原理图设计文件）图标选中新建原理图设计文件选项，然后单击按钮，即可新建一个原理图设计文件。（9）可以给原理图设计文件重命名。（10）选取菜单命令【File】/【Save All】，即可将新建的原理图设计文件存储到当前设计数据库文件中。（11）将鼠标移到原理图设计文件名上，然后双击鼠标左键，即可启动原理图编辑器，结果如图所示。 我们就可以在此窗口上进行原理图的设计了。原理图库列表栏原理图符号列表栏原理图符号浏览栏在原理图编辑器管理窗口中，各栏的意义如下。（1）原理图库列表栏：在该栏中罗列了全部已经载入原理图编辑器中的原理图库。（2）原理图符号列表栏：该栏中将会显示原理图库列表栏中当前选中的原理图库中所包含的原理图符号。 （3）原理图符号浏览栏：该栏显示原理图符号列表栏中当前处于选中状态的原理图符号的图形。通过该栏可以浏览该原理图符号的外形和引脚是否符合设计者的需要。 注意：在Protel 99SE中，可以通过以下几种方法来放大画面：（1）执行菜单命令【View】/【Zoom In】，即可将当前画面放大1次；（2）单击主工具栏中的按钮，即可将当前画面放大1次；（3）按Page Up键1次可以将画面放大1次。 画面的缩小 Protel 99SE缩小画面的方法有以下3种：（1）选取菜单命令【View】/【Zoom Out】，即可将当前画面缩小1次；（2）单击主工具栏中的按钮，即可将当前画面缩小1次；（3）按Page Down键1次可以将画面缩小1次。二、放置元器件（1）在原理图库列表栏中选中一个原理图库，（2）原理图符号列表栏中选择你想找的元器件的原理图符号。（3）找到原理图符号后单击原理图符号列表栏下面的【Place】按钮就可将元器件放在右侧的图纸上。（放的时候单击一下鼠标左键即可，想从放置元器件的状态退出的话单击鼠标右键）补充：1、 如果原理图库列表栏中里没有包含你想要的找的原理图库。添加/删除方法如下：（1）在原理图库列表栏中，单击【Add/Remove】按钮，打开【Change Library File List】（载入/删除原理图库文件）对话框，选中所要找的库文件后单击【Add】按钮，再单击【OK】按钮。即可添加到原理图库列表栏中。（两个常用的原理图库文件是Miscellaneous Devices.Ddb和Protel Dos Schematic Libraries.Ddb）（2）删除原理图库文件。选中图所示【Selected Files】（已选中的原理图库文件）栏中的原理图库文件，然后单击Remove按钮，即可将选中的文件从当前的窗口中删除。2、如果系统提供的原理图库文件中没有你所要找的元器件的原理图符号，此时就需要自己动手制作一个原理图符号。如果你想把这个原理图符号放在一个新的原理图库中，那么你还需要新建一个原理图库，（当然你也可以放在原来的某个原理图库中）。（1）下面先讲如何新建一个原理图库单击file菜单下的New选项选中Schematic Library Document，单击【OK】按钮就会出现如图所示的原理图库编辑器管理窗口 。我们就可以在这个窗口上制作一个原理图符号。其中原理图符号列表栏原理图符号操作栏原理图符号引脚列表栏原理图库编辑器管理窗口主要包括3部分。原理图符号列表栏：在该栏中可以浏览当前原理图库中的所有原理图符号。原理图符号操作栏：通过该栏中的按钮可以实现添加、删除原理图符号的操作。原理图符号引脚列表栏：在该栏中可以浏览当前选中原理图符号的引脚信息。 （2）如何在原理图库编辑器管理窗口制作一个原理图符号？a)执行菜单命令Tools-New Components或单击 原理图符号操作栏 下的【Add】按钮，系统将会创建一个名为COMPONET_1的元器件。在放置引脚前还应先绘制元器件外形。b)放置元器件引脚 ：元器件的引脚一般由两部分组成：元器件引脚的名称和引脚的序号。元器件引脚的名称一般用来表示该引脚的电气功能，而引脚的序号与元器件封装中焊盘的序号是一一对应的。下面就具体介绍如何放置元器件引脚并设置其属性。（1）单击绘图工具栏上的按钮，执行放置元器件引脚（PlacePin）的命令。（2）此时按Tab键，此时弹出一对话框可修改元器件引脚属性。（一般只需设置Name和Number）（3）放置元器件的引脚。单击鼠标左键即可在指定位置放置引脚，放时应注意将引脚的电气热点远离元器件，否则在绘制原理图时该引脚不能与相连的导线或网络标号形成电气上的连接。在放的过程中按空格键可将引脚调成合适的方向。（4）此时系统仍处于放置元器件引脚的命令状态，单击鼠标左键可以连续放置元器件引脚，并且元器件引脚的序号将会自动递增。单击鼠标右键或按Esc键，即可退出放置元器件引脚的命令状态。 （5）将所有的引脚放置完毕后，单击原理图符号操作栏下面的Description按钮弹出下面的对话框来配置原理图符号属性（设置原理图符号默认的序号Default和元器件封装FootPrint）。三、调整元器件的位置 ：选中后移动即可，要想旋转的话可以在选中的同时按空格键。四、编辑元器件属性 调整好元器件位置后，可鼠标左键双击元器件再次打开元器件属性对话框中对其属性进行编辑的操作。 五、原理图布线 将元器件放置在图纸上并设置好元器件属性后，就可以开始布线了。所谓布线，就是用具有电气连接的导线、网络标号、输入输出端口等将放置好的各个相互独立的元器件按照设计要求连接起来，从而建立电气连接的过程。 对电路原理图进行布线的方法主要有3种。（1）利用放置工具栏（Wiring Tools）进行布线；（2）利用菜单命令进行布线；（3）利用快捷键进行布线。 六、放置电源及接地符号七、放置网络标号（Net Label）网络标号指的是某个电气连接的名称。连接在一起的电源、接地符号、元器件引脚等导电图件具有相同的网络标号。在一些复杂的原理图设计中，由于元器件比较多，有些地方直接放置导线会使图纸显得杂乱无章。此时也可通过放置网络标号实现元器件之间的电气连接。八、放置线路节点（Junction） 当两条导线相交时，如果他们在电气上是相连的，则需在相交的地方放置线路节点。巩固练习绘制指示灯显示电路 绘制指示灯显示电路具体操作步骤如下。（1）首先创建一个设计数据库文件，命名为“指示灯显示电路.Ddb”。 然后在该设计数据库文件下的【Documents】文件夹下新建一个原理图设计文件，命名为“指示灯显示电路.Sch”。 （2）设置原理图编辑器工作窗口的图纸参数和栅格参数。 （3）载入原理图库。 （4）放置元器件。 （5）按照上述分类，放置元器件。 （6）调整元器件的位置。 （7）布线。 （8）放置电源和接地符号，在原理图设计完成后，应当生成一些必要的报表文件以更好地进行下一步的设计工作。 比如生成ERC电气法则设计校验报告，对原理图设计的正确性进行检查；生成元器件报表清单，以方便采购元器件和准备元器件封装；生成网络表文件，为PCB电路板设计做准备。九、电气法则测试（ERC）电气法则测试就是通常所称的ERC（Electrical Rules Check）。在用Protel 99SE生成网络表之前，设计者通常会进行电气法则测试。电气法则测试是利用电路设计软件对用户设计好的电路进行测试，以检查人为的错误或疏忽，比如空的管脚、没有连接的网络标号、没有连接的电源以及重复的元器件编号等。执行测试后，程序会自动生成电路中可能存在的各种错误的报表，并且会在电路图中有错误的地方印上特殊的符号，以提醒设计人员进行检查和修改。此外，设计人员在执行电气法则测试之前还可以人为地在原理图中放置“No ERC”符号以避开ERC测试。在原理图编辑器中，执行菜单命令【Tools】/【ERC】，即可打开【Setup Electrical Rule Check】（设置电气法则测试）对话框，在该对话框中设计者可以对电气法则测试的各项测试规则进行设置。 测试报告中的警告并不是由于原理图设计和绘制中产生实质性错误而造成的，因此设计者可以在测试规则设置中忽略所有的警告性测试项，或在原理图设计上出现警告符号的位置放置No ERC符号，这样可以避开ERC测试。在放置No ERC符号之前，应当先将上次测试产生的原理图警告符号删除。使用No ERC符号的具体步骤如下。 1）单击放置工具栏中按钮，或者执行菜单命令【Place】/【Directives】/【No ERC】，鼠标的十字光标会带着一个No ERC符号出现在工作区。2）将No ERC符号依次放置到警告曾经出现的位置上，然后单击鼠标右键即可退出命令状态。十、创建元器件报表清单 当原理图设计完成后，接下来就要进行元器件的采购，只有元器件完全采购到位后才能确定元器件的封装，才能进行PCB电路板的设计。采购元器件时必须要有一个元器件的清单，对于比较大的设计项目，元器件种类很多、数目庞大，同一类元器件封装形式可能还会有所不同，单靠人工很难将设计项目所用到的元器件信息统计准确。 但是，利用Protel 99SE提供的工具就可以轻松地完成这一工作。下面介绍如何利用系统提供的工具生成元器件报表清单。（1）打开原理图设计文件。（2）执行菜单命令【Reports】/【Bill of Material】（3）执行生成元器件报表清单的命令后，即可打开【BOM Wizard】（元器件报表清单）对话框，（4）单击【Next】按钮，打开如图所示的对话框。 （5）设置完元器件列表中的内容后，单击按钮，打开如图所示的对话框，在该对话框中定义元器件列表中各列的名称。 （6）设置完成后，单击按钮，打开如图所示的对话框。 （7）选择完文件类型后，单击按钮，打开如图所示的对话框。 （8）单击按钮，系统会自动生成3种类型的元器件列表文件，并自动进入表格编辑器。 （9）执行菜单命令【File】/【Save All】，可以将生成的元器件列表文件全部保存。 十一、创建网络表文件 在Protel 99SE中，网络表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。通过网络表文件，可以将原理图设计中的元器件封装和网络连接传递到PCB电路板设计中去，为电路板设计做好准备。 创建网络表文件具体操作步骤如下。 （1）打开待生成网络表文件的原理图设计。 （2）执行菜单命令【Design】/【Create Netlist】，即可打开【Netlist Creation】（生成网络表文件）设置对话框，如图所示。 （3）设置好生成网络表文件选项后，单击【OK】按钮，系统将自动生成网络表文件，并打开网络表文本编辑器，如图所示。 原理图绘制完成并且编译无误之后，就要进行PCB电路板的设计了。PCB电路板的设计是在PCB编辑器中进行的。在Protel 99SE中，创建PCB设计文件的方法主要有以下两种。 （1）利用常规方法创建PCB设计文件； （2）利用PCB设计文件生成向导创建PCB设计文件单击【Browse】栏中文本框后的按钮，在打开的下拉列表中选择【Components】（元器件）选项，将PCB编辑器管理窗口切换到浏览元器件的模式，PCB编辑器的管理窗口将显示当前PCB设计文件中的所有元器件，添加/删除元器件封装库。单击【Browse】栏中文本框后的按钮，在打开的下拉列表中选择【Libraries】选项，将PCB编辑器管理窗口切换到浏览元器件封装库的模式，PCB编辑器的管理窗口中将显示当前PCB编辑器中载入的元器件封装库，在电路板设计过程中，经常会碰到不知道元器件封装放在哪个库文件，或者找不到合适的元器件封装等情况。对于第一种情况，设计者可以利用浏览和查找元器件库的方法找到合适的元器件封装。对于第二种情况，设计者就不得不自己动手制作元器件封装。1、制作元器件封装基础知识元器件外形：元器件安装到电路板上后，在电路板上的投影即为元器件的外形。焊盘：主要用于安装元器件的引脚，并通过它与电路板上其他的导电图件连接。根据元器件种类的不同，可分为表贴式焊盘和直插式焊盘。元器件封装的焊盘序号与原理图符号中的引脚序号具有一一对应的关系，网络标号就是通过焊盘序号和引脚序号来传递的。元器件封装：元器件封装指的是实际元器件焊接到电路板上时，在电路板上所显示的外形和焊点位置关系的集合。 2元器件封装的组成 元器件封装一般由三部分组成：第一部分是元器件外形，第二部分是安装元器件引脚