温度检测设计报告

武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 I Protel 课程设计任务书 学生姓名 专业班级 电信 1101 班 指导教师 工作单位 信息工程学院 题题 目目 六 六 温度检测显示器的原理图设计 初始条件 熟练使用 Protel 99se 或 Protel DXP 印制板设计系统 使用 PROTEL 软件 新 建和加载原理图项目文件及原理图设计环境的设置 熟练掌握如何进行原理图设计 原理图 仿真的方法 设计原理图并生成网络表 要求 具有较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力 对电路器件的选型及电路形式的 选择有一定的了解 具备电子电路的基本设计能力及基本调试能力 要求完成的主要任务 包括课程设计工作量及其技术要求 以及说明书撰写等具体要求 1 完成温度检测显示器电路的设计 2 画出完整的温度检测显示器电路的原理图 3 分析温度检测显示器电路的原理 4 完成 Protel 课程设计报告 应包含电路原理图 原理分析 元件清单 设计总结 指导教师签名 年 月 日 系主任 或责任教师 签名 年 月 日 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 I 目录 摘要 II 1 理论分析 1 1 1 原理分析 1 1 2 电路设计及参数计算 1 2 电路原理图设计 3 2 1 设计过程 3 2 2 原理图的绘制流程 3 2 3 新建原理图设计库文件 3 2 4 电路原理图绘制的基本方法 6 2 5 电路原理图 8 2 6 ERC 电气规则检查 8 2 7 生成网络表 10 3 印制电路板设计 11 3 1 创建 PCB 文件 11 3 2 更改设计规划 12 3 3 网络表的载人 14 3 4 自动布线生成 PCB 16 4 产生元件报表 17 4 1 生成材料清单 17 4 2 生成电路板信息报表 17 5 个人小结 19 参考文献 20 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 II 摘摘 要要 本设计是通过温度监测显示器的电路原理设计 用 Protel 软件设计电路原理图 并绘 制出 PCB 电路板 PROTEL 软件是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 软件 在电子行业的 CAD 软件中 它当之无愧地排在众多 EDA 软件的前面 是电子设计者的首选软件 其基于 Windows 环境的 99SE 版本 不仅提供了功能完备的电路设计工具 而且具备强大的电路仿真能力 Protel 课程设计 旨在让同学们熟练使用 Protel 99SE 或 Protel DXP 印制板设计 系统 使用 PROTEL 软件 新建和加载原理图项目文件及原理图设计环境的设置 熟练掌握如 何进行原理图设计 原理图仿真的方法 设计原理图并生成网络表 要求具有较扎实的电子 电路的理论知识及较强的实践能力 对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解 具 备电子电路的基本设计能力及基本调试能力 温度检测在我们生活中是到处都要用到的 各 种自动温控装置都包含着温度检测的知识 浴室水温自动检测控制系统等等一些生活中的小事 都离不开温度的检测 因此 检测温度将是一项很重要的工作 本次课程设计便要通过所学 的模拟电路知识运用运算放大器和热敏电阻来实现简单的温度检测 并利用发光二极管来显 示不同区段的温度 制成一个简易的温度检测显示装置 并且以温度检测及显示电路为例叙 述电路原理图的设计 印制电路板 PCB 的制作 关键词 课程设计 温度 检测显示器 Protel PCB 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 1 1 理论分析 1 1 原理分析 温度检测显示器的原理很复杂 涉及到很多知识 由于本人目前所学有限 无法设计出一 个能够检测 0 100 温度范围内所有温度的温度监测显示器 但是我运用目前所学模电知识 能够设计出一个简易电路来实现温度检测并显示出温度区间 此电路的原理是使用电压比较 器并通过放大器来放大信号来使发光二极管发光 从而表示不同的温度 首先是几组电阻跟 温敏电阻通过分压实现电位比较 把比较的两种电位输给运算放大器的两输入端子 再通过 放大器放大信号输送给发光二级管 至于放大器我选择了 LM358 运算放大器 因为该型号市 场上比较常见 性能比较好 有关资料易于搜索 1 2 电路设计及参数计算 我们可以把需要检测的温度分为四个区段 通过检测四段区间的温度 A 0 20 B 20 30 C 30 40 D 40 对每段做出段位显示 标准检测点为 0 19 29 39 为了达到这一目的 便设计了如图 1 所示电路图 图 1 温度检测显示器电路图 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 2 如图 1 所示 电路中运用 4 个运算放大器和 4 个发光二极管及电阻 可调电阻组成 其 中 R10 为可调电阻 由于 protel 中没有热敏电阻 所以我用变阻器来代替热敏电阻 LM358 用来放大电流信号以便让发光二极管工作 发光二极管用来显示温度所在区段 我们 查询了相关参数 得到热敏电阻的部分温度阻值对应表 如表 1 所示 表 1 型号 Mfh103 3950 的 NTC 热敏电阻部分 R T 对照表 T R K T R K T R K 0 0 32 503015 0 15 704928 5 8 5889 6 5 23 532016 0 14 994429 0 8 4063 7 0 22 966117 0 14 319829 5 8 2281 7 5 22 415417 5 13 995430 0 8 0541 8 0 21 879518 0 13 679230 5 7 8842 8 5 21 357918 5 13 371034 0 6 8026 9 0 20 850219 0 13 070538 5 5 6501 9 5 20 355919 5 12 777739 0 5 5363 根据需要 查出在 0 19 29 39 时 温敏电阻的阻值分别为 32 5k 13 1k 8 4k 5 5k 将电路图中 R1 R2 R3 R4 阻值分别设置为这四个阻 值即可 因为从 LM358 参数中有 在双电源供电情况下 LM358 在正极输入大于负极输入时 输出 Vout Vcc 1 5V 负极输入大于正极输入时输出 Vout VEE 1 2V 其中 VCC 为正电源 例 如 VCC 5V VEE 为负电源 例如 VEE 5V 在这种条件下 只要使放大器正输入端电位大于 负输入端即可让发光二级管发光 当负输入端电位大于正输入端电位时发光二极管无法发光 因此只要满足 R1 R10 时 第一个发光二极管即可发光 所以可直接取临界条件 R1 32 5k 因此可以直接取 R1 32 5k R2 13 1k R3 8 4k R4 5 5k 即可满足条件 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 3 2 电路原理图设计 2 1 设计过程 1 设计图纸大小 打开 Protel99SE 后 首先要构思好零件图 设计好图纸大小 图纸大小是按电路复杂 程度和规模来定的 设置合适的图纸大小是设计好原理图的第一步 2 设置环境 设置 Protel99SE 的设计环境 包括设置格点大小和类型 光标类型等等 大多数参数 也可以使用系统默认值 3 旋转零件 用户根据电路图的需要 将零件从零件库里取出放置到图纸上 并且对放置零件的序 号 零件封装进行定义和设定工作 4 原理图布线 利用 Protel99SE 提供的各种工具 将图纸上的元件用具有电气意义的导线 符号连接 起来 构成一个完整的原理图 5 调整线路 将初步绘制好的电路图作进一步的调整和修改 使得原理图更加美观 6 报表输出 通过 Protel99SE 提供的各种报表工具生成各种报表 其中最重要的报表是网络表 通 过网络表为后续的电路板设计做准备 7 文件保存及打印输出 最后的步骤是文件保存和打印输出 2 2 原理图的绘制流程 新建原理图设计库文件 载入元件库 元件放置与布局 原理图的绘制 元件属性的编 辑 电气规则检查 生成网络表 2 3 新建原理图设计库文件 1 启动 Protel 99 SE 软件 选择菜单 File New 弹出如图 2 所示的对话框 建立名为 温度检测显示器电路 ddb 的原理图库文件如下 随即 这个库文件名将显示在左栏 explore 子目录下 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 4 图 2 创建原理图库文件界面 2 双击打开库文件 选择菜单 File New 弹出如图 7 所示的对话框 单击 Schematic Document 建立温度监测显示器的原理图文件 sheet1 sch 图 3 创建原理图文件界面 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 5 3 设置电路图纸 绘制原理图 首先是设置电路图纸 在主菜单上找 Design 设计 下拉菜 单上找选项子菜单 设定图纸对话框如图 4 所示 设定图纸型号为 A 图 4 设定图纸对话框 4 双击原理图文件 进入原理图编辑界面 5 载入元件库点击界面左侧 Browse 对话框中的 Add Remove 按钮 屏幕上会出现如下 图 5 所示的 元件库添加 删除 对话框 选中常用的元件库 Miscellaneous Devices ddb Protel DOS Schematic Libraries 点击 Add 按钮即可 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 6 图 5 元件库添加 删除 对话框 2 4 电路原理图绘制的基本方法 1 元件放置与布局 加载元件库后 在元件浏览器中可浏览到各种元件库元件列表及图形 选中绘制原理图 所需的元件 点击 Place 按钮 将选中的元件放置到原理图中的合适位置 可单击鼠标左 键多次 进行同类元件的多个放置 以单击鼠标右键结束放置 为了使元件位置布局合理 原理图整体效果规范和美观 可以对元件位置进行调整 选中目标不放 将其拖拽到合适的 位置 即可完成移动 选中目标后 点击 Space 键 还可以使元件做 90 旋转 2 原理图的绘制 绘制导线 选择视图 工具栏中的 wiring 工具栏 点击电气线图标连接原理图中每个元件 添 加电源及接地符号 放 置电路节点和端口 以及总线和网络标号等 3 元件属性的编辑 双击某一元件 或者左键单击选中元件 按 Tab 设置元件属性 进入该元件属性设置的 窗口 图 6 是原件的属性设置对话框 通常需要设置的项目有元件的封装形式 Footprint 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 7 元件标号 Designation 和元件标称值 Part 不同元件的封装形式不同 需要特别注意 以下 是常用元件的封装形式 1 运放 LM358 的封装号 Footprint 为 DIP8 称号 Designator 依次设为 U1 U2 U3 U4 2 电阻 RES2 封装号 Footprint 为 AXIAL0 3 标示值 part 为阻值 称号 Designator 依次设为 R1 R14 3 滑动变阻器 POT2 封装号 Footprint 为 VR5 标示值 Part 为总阻值 称号 Designator 设为 R10 4 发光二极管 LED 的封装号 Footprint 为 DIODE0 4 称号 Designator 依次设为 D1 D2 D3 D4 图 6 元件属性设置对话框 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 8 2 5 电路原理图 图 7 电路原理图 2 6 ERC 电气规则检查 当整个电路设计完成后 进行 ERC 检查 选择 Tools 下设的 ERC 弹出如下对话框 点击 OK 即可 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 9 图 8 ERC 界面 图 9 电气规则检查结果 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 10 2 7 生成网络表 网络表是原理图与印制电路板之间的一座桥梁 是印制电路板自动布线的依据 网络表提 供了电路的元件清单以及元件之间的互联关系 使用菜单命令 Design Create Netlist 在弹出的对话框中 单击 OK 即可生成与原理图同名的网络表文件 net 图 10 原理图生成的网络表 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 11 3 印制电路板设计 3 1 创建 PCB 文件 1 执行 File New 命令 选择创建 PCB 文件 图 11 创建 PCB 文件 2 双击 PCB 文件图标 进入 PCB 设计界面 图 12 PCB 设计界面 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 12 3 2 更改设计规划 此界面同 SCH 设计主界面相似 但底部增加了板层标签 用来在设计时快速的选择板层 布线规则设置项 选择 Design 菜单下的 Options 子选项 具体设置如下所示 1 布线规则设置 图 13 布线规则设置项图 2 布线层确定 顶层禁止使用 如图 14 15 所示 3 走线宽度设置为 30mil 如图 16 所示 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 13 图 14 布线层的确定 图 15 布线规则设置图 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 14 图 16 走线宽度设置图 3 3 网络表的载入 1 定义边框 在设计工作区的板层标签选择 keepout layer 执行 Place Track 命令 移动光标绘制电路板的边框 边框的颜色默认是紫色的 此时画的边框只是一个粗略的边 框 画好后双击线条把线宽改为 30mil 2 选择 Design 菜单下的 Creat Netlist 在弹出的 Netlist File 对话框中浏 览并选中网络表文件 单击 Execute 按钮 即可加载网络表格 在网络表文件载入时 常 常会出现两种错误 Footprint Not Found 封装元件遗漏 Node Not Found 引脚遗漏 在 加载的时候 应该注意改正错误 得到正确的网络表 3 更改所有焊盘的参数 双击某一个焊盘 打开焊盘设置对话框 将焊盘参数改为 80mil 80mil 50mil 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 15 图 17 导入网络表后界面 3 网络表正确载入后原件的 PCB 图如下 图 18 网络表正确载入后的 PCB 原始图 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 16 3 4 自动布线生成 PCB 图 将元件按照电关系布置好后自动布线 自动布线的运行结果如图所示 导线的总数量 布 线时间 完成度 图 19 自动布线结果图 图 20 PCB 图 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 17 4 产生元件报表 4 1 生成材料清单 生成 PCB 板后 执行菜单命令 REPORT BILL OF MATERIAL 出现新的对话框选择 project 点击下一步 其他默认直到倒数第二步将 Protel Format CSV Format Client Spreadsheet 全部选中点击下一步和 Finish 就生成了材料清单 表 2 元件清单表 4 2 生成电路板信息报表 打开 PCB 设计文件 选择 Report Board Information 命令弹出对话框 一直单击默认值 到如图所示的界面后单击全部 如图 22 最后形成的电路板信息报表如图 23 所示 图 21 Board Report 对话框 图 22 电路板信息报表 武汉理工大学 Protel 课程设计 课程设计说明书 18 5 个人总结 经过此次 Protel 应用课程设计 我初步了解了其基本操作过程 并成功地完成了温度 检测显示器的电路原理图和 PCB 的设计 我刚开始做的时候并不是一帆风顺 很多基本操 作都不会 比如添加元件 连线 移动元件等等 并且某些特殊元件都是在网上搜索其各 种信息 花费好多时间在各个元件库里查找才发现的 如 LM358 芯片花费了不少功夫才找 到的 在生成 PCB 前的加载网络表也不断出错 最要命的是封装号的问题 陌生的元件只 能借助于网络 虽然借了诸多书籍 但查找基本上都没有 在仿