基于protel99se的电冰箱过压保护装置

1、成绩评定表学生姓名班级学号专业通信工程课程设计题目基于protel的 电冰箱过压保护 装置评语组长签字：成绩日期2016年12月16日课程设计任务书学院信息科学与工程学院专业通信工程学生姓名班级学号课程设计题目基于protel的电冰箱过压保护装置实践教学要求与任务：1.认真完成protel软件学习,熟练掌握基本操作。2绘制电冰箱过压保护电路原理图，要求布局符合电器规范、制图美 观、可读性好。3.绘制电冰箱过压保护电路原理图相应的双面印刷版图。4提交课程设计报告，要求条理清楚、图文并茂，体现制图的必要过程。工作计划与进度安排：12月1os-11 s：分析题目、查阅课题相关资料、学习protel

2、99 se相关知识。12月12日14日：进行电路图绘制、pcb设计。12月15 h-16 r：撰写课程设计报告及答辩。指导教师：2016年12月16日专业负责人：2016年12月16日学院教学副院长：2016年12月16日摘要protel 99se提供了一个集成的设计环境，包括原理图设计和pcb布线工具，集成 的设计文档管理，支持通过网络进行工作组协同设计功能。本设计的方案是利用电路电 流的变化，使ne555定时器触发效果，从而达到对电冰箱电路进行保护，提高了对protel 的应用和掌握水平。关键字：电路保护;ne555； protel； protel99se目录1简单原理分析12 prote

3、 i 简介22.1电路工程设计部分22.2电路仿真与pld部分23电路原理图的设计及绘制33.1电路原理图的设计33.1.1参数的选择计算33.1.2创建原理图设计文件53.1.3设置原理图绘制的工作环境63.2电路原理图的绘制7321元件库的调用73.2.2原理图放置元件83.2.3连接电路方法83.2.4原理图的布线83.2.5元件参数设置和erc测试93.2.6设置各个元件的封装103.2.7网络表114印刷电路板(pcb)设计，绘制124.1印刷电路板设计124.1.1创建印刷电路板设计文件124.1.2打开印刷电路板设计文件134.2印刷电路板(pcb)的生成134.2.1参数设置1

4、34.2.2元器件布局141简单原理分析从目前我国供电情况來看，供电电压还不太稳定。当电网电压240v时，电动机绕组 会i大i电流过载而出现发热导致破坏绝缘层的现象。而当电网电压q80v时，会因启动转矩 不足，造成压缩机启动困难，势必迫使屯动机的启动屯流成倍增长，超过设计的允许的限 度，使压缩机受到损害。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口常生活。本设计通过利用对 电路并联在供电电路中，± 220v经变压器经过整理滤波得到电压，再

5、经过电阻稳压二极 管取得的过程，再经过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。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 ii；,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

6、亮，说明此吋的电压不正常，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dr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。附总组成原理实验图如图1.1所示。图1.1组成原理实验图2prote i 简介2.1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

7、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 看和编辑冇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) 口动布线系统(advanced route 99)：本系统包含一个基于形状(shapebased) 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。2.2电路仿真与pld部

8、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，口j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系统可以最人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

9、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。3电路原理图的设计及绘制3.1电路原理图的设计电路原理图是整个电路的设计基础，因此电路原理图的设计好坏，直接影响到最终印 刷电路板的设计质量，一般来说，电路原理图的设计有以下儿个步骤：1. 设置原理图绘制的工作环境；2. 放置所需要的电气元件；3. 原理图布线；4. 设置各个元器件的参数；5. 检查原理图和电气法则测试（erc）；6. 设置各个元器件的封装。电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在是正确性和布局合 理的前捉下力求美观。3.1.1参数的选择计算1、直流稳压电源部分元

10、器件的选择稳压器选用78l12,滤波电容c3取1 oouf, 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looufo2、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4.7ko3、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vcc=llvo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

11、电流负载，最高 工作频率町达300khz,如图3.1所示。555定时器ic的工作原理如图3.2所示。gnd1 u 8vcctrig27dischout36thresreset45cont图3.1 555时基引脚功能图图3.2 555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4和念， 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。上限比较器金的同相输入端6脚称为复位端r,当r端的点位高于令的反相输入端的 点位临二3） %时,金输岀为“1”，使后随rs触发器复位，输出端3脚为逻辑“0”, 电路处于复位状态。下限比较器的反相输入端2脚

12、称为置位触发端匚当s的电位低于念同 相端的电位u产（1/3）気时，金输出为“1”，电路处于置位状态。r-s触发器处于置位状 态时，临二“1”，bg管截止，7脚对地断开，允许外部电容充电；当rs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脚丽是rs触发器的优先复位端，只要丽为“0”， 实际上丽v0.7v时，无论r和s端处于什么点位,输出端临都为“0”，电路处于强制复位 状态。3.1.2创建原理图设计文件打开protel 99se,进入如图3.3所示界面。设计之前，先创建一个以个人

13、名称命名的数 据库文件。执行菜单file/new命令，从弹出的对话框中选择原理图服务器(schematic document)图标，如图3.4所示，双击该图标，就创建了一个空白的原理图设计文档，双 击该文档，就进入了原理图设计工作窗，如图3.5所示。nev documentdocuments wizards图 3. 3 prote i 99se 界面冈below is a list of all the new desicn document types that can bedocument poldtrcam outputconfi fur.schematic librar.spreads

14、heet.pcbdocgglat*xtdocxwentpcb librtry pcb printer docynt0t«vefor*docwientshow all document kiisch«maticdocumenti okcancelhelp图3. 4新建文件图3. 5原理图设计文档3.1.3设置原理图绘制的工作环境执行菜单design/options,弹出如图3.6所示对话框，设置图纸人小、捕捉栅格、电气栅格等。 在这里我们为了便于打印输出，纸张尺寸设置为a4,其他选择默认设置。占xdoflifn explorer1% 0 日昏 pp1 it/i：i 洪 +v

15、» 缈划 isat is do o g nj« 弋 * 跑寺 o(国 b十淤旧explorer browse schlibraries篇效0k ue；brow$eid/remove browsefilte*0x31bh 8x328x51bh 8x51bhp 9x51 fa9x3208x518 兀 51 208x51 fa87c51fa-20 8tc51fb8zc5u8-208 兀 51 fc87c51fc-207editi place | findn i b 1h丿匚2© n 3emydesignl.ddb documents 任 sheetl.sdi士 c:do

16、cubgnt* and set t in«sadbimst tat or £(klydesicnl. ddb阿阿厂ll.-x：117y：0l g *.6s '：)j cla«n<k«21计tcsxxu图3. 6原理图工作环境设置3.2电路原理图的绘制3.2.1元件库的调用我们发现，左边多了一个browse sch的选项卡。单击则进入了原理图管理器，如图3. 7 所示，librariesbp所使用的元件库。-般來说，默认元件库miscellaneous devices.lib即可满足需要。如需使用其他元件库,则可按照以下步骤选择新的库文件，如

17、图3. 8所示。兰 -efe ifewresign lools emulate pld reports ijfndow fcjelp矗4g3孕t z子、：:：力+ 加& y »炯创縻灯c ?凶zj元器件列表place |<l4 header 8 header 12 header 16pin 20pin 26pin 34p1n 40pin 50pin .and 4 antenna battery bell bnc bridge!nngtoolsmiscellaneous devices.lbdrawl ngtools濟实验2sch |mydesign.ddb | docu

18、mentsexplorer browse schbrowseldd/remove,j browse默认元件库图3. 7默认元件库change library file list查找|sch三| 4- © c? e3-®actd user programmableamd analog摩allegro integrated crcuits® amd askaltera asic嗟amd converteraltera interface謄 amd intetface麗 altera memory腸 amd logicalter a peripheral罡 amd me

19、moryi 1description actel user frogrtmable文件21 cd:duicn fil（霞 ddb）| remove | | ok |cancel |图3. 8元件库列表3.2.2原理图放置元件(1) 电容、电阻等常用元件也在miscellaneous devices.lib库里,该应该已经在libraries 面板中被选择。(2) 在libraries面板的元件过滤器栏键入cap或res。(3) 在元件列表屮点击元件选择它，然后点击place按钮。现在在你的光标上悬浮着 一个电容符号。(4) 按tab键编辑电容的属性。在component properties对

20、话框的properties单元， 设置designator,检查pcb封装模型。(5) 规则栏的设置将显示在原理图中。点击规则列表中的add显示parameter properties 对话框，进行相应的设置。3. 2.3连接电路方法连线起着在电路中的各种元件之间建立连接的作用。(1) 从菜单选择place »wire或从wiring tools工具栏点击wire工具进入连线模式。光 标将变为十字形状。(2) 将光标放在元件一端。当你放对位置时，一个红色的连接标记会岀现在光标处。 这表示光标在元件的一个电气连接点上。(3) 左击或按enter固定第一个导线点。移动光标你会看见一根导线

21、从光标处延伸到 固定点。(4) 将光标称到q1的基极上，你会看见光标变为一个红色连接标记。左击或按enter 连接到q1的基极。(5) 完成这部分导线的放置。注意光标仍然为十字形状，表示你准备放置其它导线。 要完全退出放置模式恢复箭头光标，你应该再一次右击或按esco3. 2. 4原理图的布线利用protel 99se提供的各种工具、指令进行布线，将工作平面上的器件用具有电气意 义的导线、符号连接起来，构成一个完整的电路原理图。在木设计中，为了使原理图更加 简洁，大量使用了网络标号工具进行连接，配合连线工具，最终连接好的原理图如图3.9 所示，保存原理图。图3. 9原理图3. 2. 5元件参数

22、设置和erc测试电路中每个元件都冇不同的参数，因此原理图连线完毕之后，就需要进行各个元器 件的具体参数，编号等，设置的方法是，双击原理图上的元件，弹出参数设置对话如图3.10 所示。图3. 10元件参数设置根据实际要求，修改各个参数。修改完成后，执行tool/erc菜单命令，弹出erc设 置对话框。在生成网络表的图纸(sheets to netlist)选项中，选择第一项当前激活的项目 (active sheet),在网络标号的有效范围(net identifier scope)选项中，选择第一项网络标 号和10端口全局有效(net labels and ports global)其它选择默认

23、选项。确认后，生成rec 报告文件如图3. 11所示，报告文件现实，原理图连接没有错误。error report for 140306040812-dec-201621 : 55 : 20end reports3. 11 erc 测试3.2.6设置各个元件的封装封装就是元器件的实际形状，它是元器件在印刷电路板上的装配形式，决定着卬刷电 路板制成后的大小，形状，以及电路板上的布线策略。所以选择好元器件的封装非常重要。 设置元件封装的方式与元件的参数设置方式相同，在参数设置对话框的footprint栏屮设置 各个元件的封装。在在本设计中所用到的元件封装形式，如下图3.12。a口iju园3埠却!兀件

24、怖：；封装1 2mr5axialq 331bq2006dip4a j1kr8vr4 i1kr9fvr41kr7vr4 qi1t44oo1d2sip2. -1n400103sip2 4 7kr6ax1al0 3104 7kr4axial0 3 一 11gvbt1；sip21210kr3axial0 313wnfc2rado 314i10nf c1rado 31512vk1sip5 16 i78l12u2to92 一1710ic4rado 218100uf c3rado 219220v/12vt1dip420220ufc7rb2/421220ufc6rb2/422470r2ax1al0 32347

25、0r1axial0 324 i470ufc5rb 2/ 4zflfledi05sip2 26le 0id4sip_2 了 !ledd1sip228 i. jlm393u3dips29lm393u4dip8- »图 3. 12 4hbb 元件封装表3.2.7网络表牛成网络表是电路原理图设计和印刷电路板设计之间的桥梁，执行菜单命令design/create netlist生成具冇元件名、元件封装、参数及元件之间连接关系的网络表，如图3.13所示, 保存网络表。u3-3uhhestr9_3riu4-3netsl?bt1-1sl-2)( 肝订 d6-1tl-2陀 tul_4d3-2kl-1图

26、3. 13网络表4印刷电路板(pcb)设计，绘制4.1印刷电路板设计印刷电路板的设计是从电路原理图变成一个具体产品的必经z路，因此，印刷电路板 设计是电路设计中最重要、最关键的一步。通常，印刷电路板设计的具体步骤如下：1参数设置2规划电路板3. 导入网络表和元器件4. 布线和调整5. drc检验6. 打印输出电路设计的最终目的是为了设计出电子产品，而电子产品的物理结构是通过卬刷电路 板来实现的。protel 99 se为设计者捉供了一个完整的电路板设计环境，使电路设计更加方 便有效。4.1.1创建印刷电路板设计文件执行菜单file/new命令，从框中选择pcb设计服务器(pcb documen

27、t)图标，如图4所示，双击该图标，就建立了一个pcb设计文档。new documentdocuments wizardscam output con figurat.below is a list of all the new design document types th且t can bedocume nt folderpcb documentatextdnriimpntschematici ihrrvspread vhs npcb library pcb printer docume ntwaveformrrrshow all document kiicancelcanceli help

28、help图4.1新建pcb文档4.1.2打开印刷电路板设计文件双击文档图标，进入pcb设计工作窗口，如图4.2所示。 mui seqq八dezq(h八w)flreipcn 丨 *i .ooa dmmmm* *1.s 31 kbi .pcb>! |4i< ti99l<". txl*ia4w bal*hi «u4i pps)b；0： m 鼻、；i 久 +l : sea毙 v a i «： «:uttfy图4. 2 pcb设计文档4. 2印刷电路板（pcb）的生成4. 2.1参数设置参数设置是电路板设计非常重要的环节，它关系到电路板设计的质量

29、好坏。执行菜单 design/layer stack manager命令，打开板层设置管理器，如图4.3所示。在此，可以设置绘制 的印刷电路板的板层数量，在本次设计屮，选择为默认的双面板。图4. 3面板设置4. 2. 2兀器件布局protel 99 se既可以进行自动布局也可以进行手工布局，执行菜单命令tools/autoplacement/auto placer可以自动布局。在本次设计中，采取自动布局和手动布局相结合的方法，布局完成后的设计文件如图4. 4所示。图4. 4布线后的印刷电路板（pcb）结论随着电子工业的飞速发展，电路设计越来越复杂，手工设计越来越难以适应形势发 展的需要，protel 99 se以其强大的功能、快捷实用的操作界面及良好的开放性