武汉理工大学《Protel课程设计》课程设计说明书.doc

武汉理工大学Protel应用课程设计课程设计说明书1 课题任务与要求1.1课题要求1、完成家电延时保护器电路的设计。2、画出完整的家电延时保护器电路的原理图。3、分析家电延时保护器电路的原理。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）。1.2课题任务1、正确设计电路图，实现对电冰箱过压保护的设计从目前我国供电情况来看，供电电压还不太稳定。当电网电压240V时，电动机绕组会因电流过载而出现发热导致破坏绝缘层的现象。2、正确设计电路图，实现对电冰箱欠压保护的设计 当电网电压180V时，会因启动转矩不足，造成压缩机启动困难，势必迫使电动机的启动电流成倍增长，超过设计的允许的限度，使压缩机受到损害。3、正确设计电路图，实现对电冰箱延时保护的设计由电冰箱的压缩机的工作原理可知，在电冰箱的压缩机处于工作状态时，不允许在电源突然中断后的短时间内重新接通电源，而应使电冰箱必须经过5分钟后才能恢复供电，才不会影响电冰箱的正常工作和人们的日常生活。4、根据画好的工作原理图，设计出相应的仿真PCB图是电路板的映射图纸，它详细描绘了电路板的走线、元件的位置、线路板的尺寸、表面印什么字、底面怎么做铜箔等等，发往PCB厂家加工出来。2、课题方案的选择与论证2.1取样鉴别电路方案比较和选择方案一、取样鉴别电路并联在供电电路中，由220V经变压器经过整理滤波得到电压，再经过电阻稳压二极管取得。方案二、取样电路串联在电路中，主要由整流二极管，电压电阻和两取样电阻构成。一端与市电相线相连，一端与本机负债相连。方案三、取样鉴别电路并联在供电电路中，经过电容降压后，经过整流管整流后电阻分压的到。也可以为整个电路提供电源。方案一它由变压器降压整流得，在后面可以为后级电路提供电源，方案二要单独的为后级电路提供电源，方案三就是电容降压不是很稳定。所以经过分析我们确定选择方案一。2.2电压比较鉴别电路及其延时电路方案比较与选择方案一、利用LM324运放组成电压比较器，二极管和电阻组成或门电路.用模拟集成电子开关组成开关电路(如CD4066)，用555组成延时器，需要后级放大才能驱动继电器。方案二、利用LM339或LM393做电压比较器，用三极管做电子开关，用555组成定时器,它可以直接驱动继电器。方案三、利用开关三极管、二极管和大功率开关集成IC等电路构成电压比较器和定时器。在三个方案中，经过比较和对电路的了解和应用，选择方案二。2.3 参数的选择计算2.3.1直流稳压电源部分元器件的选择稳压器选用78L12，滤波电容C3取100uf，C6为进一步滤波的电容取470uf，经过78L12的稳压作用后再用C4和C5进行再次的滤波取C4的值为220uf，C5的值为100uf。2.3.2比较器的元器件的选用两个比较器都用EL218电阻R3取10k，滑线变阻器的示值根据所需的电压大小的不同而不同，R4的取值为4.7k2.3.3定时器IC的选择555定时器选用NE555，其管脚外形图如下图所示。工作电压=11V。定时器是一种产生时间延迟和多脉冲信号的控制电路，555定时器是用途极广的精密定时电路。它的电源电压范围宽（518v），输出电流最大值可达200mA，能直接驱动大电流负载，最高工作频率可达300Khz。 图1 555时基引脚功能图 555定时器IC的工作原理如下： 图2 555定时器内部原理图上图为555时基集成电路的内部方框图，可以看出555时基电路由两个比较器和，一个晶体管，三个分压电阻，一个R-S触发器和一个功率输出电路构成。上限比较器的同相输入端6脚称为复位端R，当R端的点位高于的反相输入端的点位=（2/3）时，输出为“1”，使后随R-S触发器复位，输出端3脚Vo为逻辑“0”，电路处于复位状态。下限比较器的反相输入端2脚称为置位触发端，当的电位低于A2同相端的电位=（1/3）时，输出为“1”，电路处于置位状态。R-S触发器处于置位状态时，Vo=“1”，BG管截止， 7脚对地断开，允许外部电容充电；当R-S触发器处于复位状态时，Vo=“0”，BG管导通， 7脚对地相当于短路，外部电容通过BG管放电。5脚为外部电压控制端，用于施加控制电压。4脚是R-S触发器的优先复位端，只要为“0”，实际上0.7V时，无论R和S端处于什么点位,输出端Vo都为“0”，电路处于强制复位状态。3 原理图3.1总原理组成框图 图3 总原理组成框图整体工作流程该电路的主要功能是当电网电压240V或180V时，向驱动单元提供驱动信号，使继电器触点动作，电冰箱断电；当电网恢复供电时，为延时电路输入一个负脉冲，以便延时电路工作，使冰箱经5分钟才能通电。3.2电原理图 图4 电原理图3.3原理分析整体工作过程为：由变压器把外界的电压变为家庭延迟保护电路工作所需的电压，此时的电压仍然是交流电压，首先经过整流桥进行半波整流，然后一部分信号输入到R8，另外一部分经过电容C3和C5进行滤波，然后经过78L12进行稳压、经过C6和C4进行再次滤波。第二部分为稳定的电压进入比较器进行比较，通过调节R9和R7的阻值大小来确定输出，然后经过Q2进行放大，在经过D2然后输入到NE555中，若输入的电压小于180V或者大于240V时此时继电器的开关断开D5亮，说明此时的电压不正常，通过一定的外接的电路来控制冰箱的开关，当电压正常后，NE555有一定时间的延迟作用通过设计滑线变阻器的大小以及R5、C2、C7的大小来控制延迟时间的大小，比如本例中设计的时间为5分钟，当电压正常后D1灯亮，此时说明外界的电压正常，电冰箱可以正常工作，通过一定的外接电路控制使电冰箱工作。4 运用Protel绘制电路与PCB制作4.1 Protel简介4.1.1电路工程设计部分(1)电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。（2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。（3）自动布线系统（Advanced Route 99）：本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。4.1.2电路仿真与PLD部分（1）电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。（2）可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。 （3）高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。4.2 运用protel软件1、打开protel软件，选择文件-新建设计，新建一个设计库，重命名为陆润梅.ddb。2、新建一个扩展名为.sch的文件图53、根据电路图画出电原理图 电原理图如上文所示，元件清单及其封装号见附录。4、创建网络表格 生成扩展名为.NET的文件，网络表中，一对方括号之间是一个元件的属性，包括序号、封装号、参数值。一对圆括号之间是连接某个节点的所有连接线。应对照原理图进行检查，看有无错误、遗漏。 图6 图75、生成材料清单 点击仿真-材料清单，生成扩展名为.XLS的文件。 图8 图9 6、 生成PCB 点击文件-新建文件，创建一个PCB文件。具体操作如下图所示。图 10图11调整元件位置，摆放各元件使交叉线最少，后自动布线全部，生成PCB文件如图所示。图125 个人体会通过这次的课设，我更加熟练的掌握的protel软件的操作，对电路的布线布局有了更深的掌握，在画PCB时，需要无数次的检查原理图的错误，直至所有宏有效，在PCB版面，需要无数次的摆放元件，至交叉线最少，这样的工作培养了我的耐心与细心，同样也导致我在晚上睡觉做梦都在不断调整元件的位置。以前从来没有尝试过自己自学一种知识，然后完整的把它做出来，这次我尝到了这种久久无法解决的焦急，以及最后经过多方查阅资料在瞬间看到需要查找的答案时的兴奋与激动。通过这次锻炼，增强了我的动手处理能力，很多事情在看看时都觉得很简单，但在自己做时就会发现无数需要解决的细小的问题，于是我知道无论何事都需要自己试一试才有资格下结论。在本次课设中，我学会了扩大想问题的角度，学会了如何分析电路问题、如何去查找并改正电路中的错误，如何把大的问题最小化，并一一解决。在设过程中遇到了很多困难，真的很感谢学长、同学们给与的帮助，让我能成功完成这一次的任务。同时也让我深深也让我体会到了自己动手，成功后巨大的喜悦。附录一 元件选择编号名称型号数量D6整流二极管1N40014D1 D4 D5发光二极管红 绿3D2 D3二极管IN40012R3电阻10K 1/8W1R6 R4电阻4.7K2R5电阻1.2M1R1 R2电阻4702R7-R9精密可调电阻1K3C6 C4电解电容220Uf/50V2C7电解电容0.47uF1C2 C1瓷片电容0.01uF1C4 C3瓷片电容0.1uF1U2集成稳压块LM78121U1定时器NE5551U3、U4电压比较器LM3392Q1晶体三极管开关型如DTC1442K1继电器JZC-32FDC12V 触点AC260V 3A1T1变压器220V/12V 要求长时间通电不发热1附录二 家电延时保护器元件清单元件文件名称封装备注电池组BATTERYSIP2/RAD0.1只需写一个封装号即可电阻RES2AXIAL0.3电解电容ELECTRO1RB.2/.4瓷片电容CAPRAD0.2或0.3需要穿线就用大尺寸NE555NE555DIP8电桥BRIDGE1DIP4发光二极管LEDSIP29013/8050NPNTO92B 滑动变阻器POT2VR4稳压器78L12TO92A开关SW SPDTSIP3变压器TRANS2TRFE1481继电器RELAY-SPDTSIP5比较器LM193DIP8参考文献1 孙