电子线路CAD课程设计任务书及模板

1、题目_班级_学号_姓名_时间_景德镇陶瓷学院电子线路CAD课程设计任务书姓名_ _ 班级 指导老师： 设计课题：电子线路CAD课程设计设计任务与要求基本要求：1、 进一步熟悉PROTEL软件；2、 用PROTEL软件绘制一个（50100）个元件的电子线路原理图；3、 根据电原理图绘制该电路的PCB（单面板和双面板均可）；4、 撰写课程设计说明书。 设计说明书包括：封面、任务书、自己绘制的电路图、原电路图（复印件打印件均可，但是和自己绘制的电路图排版上应该有明显区别）、PCB图、元件清单、电子线路CAD课程设计过程说明、设计小结等。设计步骤1、 找一个50100个元件的电子电路，保存原件。；2、

2、 熟悉PROTEL软件的使用；3、 绘制上述电原理图；4、 根据电路规模设计并绘制该电路的PCB（单面板和双面板均可）；5、 尽可能详细地提供相应的电路文件。6、 撰写电子线路CAD课程设计过程说明书；7、 列出参考文献。参考文献（要交封面、任务书和以下所有的模板内容，字数在3000字以上）（以下是模板，大家选择自己的题目按照这样的格式进行填写，题目可以是电子创新所做的题目，包括的内容是总体方案与原理说明、单元电路设计、总体电路原理图、PCB版图、元器件明细表、设计心得体会）总体方案与原理说明要显示一个中文汉字至少的组成点素为1616点，因此一帧显示4个汉字最少需要点阵的点数为1664点。可以

3、由8块88点阵拼构而成。点阵屏越大，数据的传送就越多，仅仅依靠单片机I/O并口输出已不能达到要求，需要采用串口输出再转成并口输入到点阵屏。 对于时钟的显示，如果采用单片机软件方式，误差较大，一旦断电，就需要重新设置走时，不适用。因此采用专门的时钟芯片提供时间日历等信息。温度传感器也是各式各样，而进行室内温度测量的温度精度要求并不是很高，温度变化范围小，最好采用电路结构简单的集成芯片。对切换显示内容的无线遥控功能，可以使用无线模块，但增加了电路的复杂程度，与无线红外遥控比较，价格也偏贵，因此选择红外发射管与红外一体化接收头更加简洁廉价。为了能够调节校正时间，需要接上按键。至少应该应该有“模式”、

4、“加数”、“减数”三个按钮。根据上述要求，所需的单片机I/O口为20个左右，存储广告内容需要更大的Flash程序存储器，经过比较后，新型的STC系列单片机较为适用。感应人体的传感器通常使用人体热释电红外传感器。通过该传感器控制系统电源的输出与否。但人体热释电红外传感器的供电需要另外一电源供电，因此整个系统需要两个电源。按照这个思路，设计出系统整体框图如下：STC单 片机人体热释电红外电源1时钟芯片1664点阵屏显示串口通信程序下载温度传感器电源2键盘红外接收头红外遥控740V交流电数码管显示图1.1 总体方案框图如图1.1所示，整个系统包括单片机核心模块、1664点阵显示屏模块、数码管显示模块

5、、串口程序下载模块、日历时钟模块、温度测量模块、键盘模块、红外接收头模块、红外遥控模块，电源模块（两个）、人体热释电红外感应模块。通过电脑串口，可以将程序下载到单片机内部。时钟芯片在备用电池的供电情况下，实时记录和保持着走时。温度传感器检测着室内温度变化，将温度转换成单片机可以识别的数据。单片机将时钟和温度数据通过串口发送到点阵屏上显示，并且可以显示保存在单片机内部的广告内容，当前显示的第几条内容通过数码管显示，如果想改变现实内容，可以按下按键切换，或者通过无线红外遥控切换。当时钟走时不正确时，可以通过按键调整日历，退出后修改了的日历就已经保存在时钟芯片内部。该系统还有一优点是无人关断总电源功

6、能，虚线框内使用总电源（电源2）供电，而热释电红外检测部分使用电源1供电，当人体热释电红外传感器检测到活动人体时电源2开始有电流输出，单片机工作，LED点阵屏显示，延时一段时间。当没有检测到移动的人物时，电源2进入低功耗待机模式，没有电流输出，单片机以及其它芯片断电，系统处于实时监测节省电源状态。（以下是单元电路的介绍，可以分成单元电路1、2、3进行介绍）1664点阵屏电路设计（这里是单元电路1的介绍） 发光LED点阵模块的选择通常市场上的LED点阵模块分类有单色、双色、三色；点数57、88、及1616；接法共阴、共阳极（共阳是指对每一行LED来讲是共阳）；还分为室内、室外点阵等。这里选用16

7、块5mm红色88 LED共阳点阵模块SZ412388K组成1664点阵屏。SZ412388K点阵模块的内部结构与引脚图1.3 LED点阵模块与内部示意图 通常LED点阵的管脚并没有按照行列顺序规律的排列，使用前必须查找相关资料和测试管脚。LED点阵屏的送显方案选择要点亮点阵屏，例如共阳LED点阵只要在行上加上高电平，列上加上低电平。但从LED点阵内部结构了解到要显示字符就必须扫描点亮，因此显示方式可以分为两种：1.逐列扫描方式。即列依次轮流被点亮，行发送对应字码，使得能亮的一列点从左到右或从右到左扫描。2.逐行扫描方式。即行依次轮流被点亮，列发送对应字码，使得能亮的一行点从上到下或从下到上扫描

8、。由于点阵屏行为16，列为64，如果要达到同样的显示效果，采用逐列扫描的速度要比逐行扫描速度加快4倍。如果频率不够高显示的文字就会闪烁，因此采用了逐行扫描的方式连接电路。LED点阵屏行扫描电路设计16行如果直接采用单片机的I/O口扫描，占用太多的端口，因此采用4线-16线译码器74HC154作为扩展端口辅助芯片可以节省I/O口。74HC154引脚配置图如图1.4所示，引脚说明：图1.4 74HC154管脚图VCC:电源端（4.5V5.5V）GND:地端A、B、C、D：译码地址输入端（低电平有效）、：选通端（低电平有效）：输出端（低电平有效）74HC154的逻辑真值表如表1.1所示。表1.1 7

9、4HC154的逻辑真值表输 入选择的输出端（L）DCBALLLLLLLLLLLLLLLLLLHHLHLHLLLLLLLLLLLLHHHHLLHHLHLHLLLLLLLLHHHHLLLLLLHHLHLHLLLLLLLLHHHHHHHHLLHHLHLHHH无有效输出无有效输出说明 H：高电平 L：低电平 ：任意电平当选通端（、）均为低电平时，可将地址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。将A、B、C、D端口接到单片机的I/O口，给予二进制00001111便能依次扫描16个行点阵。74HC154的输入输出电流大小为25mA，假设一行64个LED全部点亮，所需的电流大约为10mA

10、64=640mA，因此74HC154的输出端必须加达林顿管驱动。PNP型达林顿管TIP127完全符合了这个电流要求，并且将74HC154的低电平输出有效转成高电平有效点亮共阳LED点阵。LED点阵屏列送字码电路设计64个列字码，必须得用串行转并行发送字码数据。8位移位寄存器74HC164可以将串行数据转换成并行输出，数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。74HC595也是8位移位寄存器，但驱动电流(35mA)比74HC164(25mA)的要大, 74HC595的优点还具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保

11、持不变，这在串行速度慢的场合很有用处，使得LED点阵屏没有闪烁感。同时输出端有使能禁止控制端，可以使输出为高阻态。74HC595引脚配置与功能逻辑符号如图1.5。图1.5 74HC595引脚配置与内部逻辑图表1.2列出了74HC595的引脚控制端功能，芯片时序功能描述见表1.3所示。表1.2 74HC595的引脚控制端说明：符号引脚描述VCC、GND16、8电源、地DS14串行数据输入端Q0Q715、17并行数据输出端Q79串行数据输出10主复位（低电平有效）SH_CP11移位寄存器时钟输入ST_CP12存储寄存器时钟输入13输出有效控制端（低电平有效）表1.3 74HC595功能表输入输出功

12、能SH_CPST_CPDSQ7QnLLNC为低电平时仅仅影响移位寄存器LLLL空移位寄存器到输出寄存器HLLZ清空移位寄存器，并行输出为高阻状态LHHQ6NC移位寄存器的数据移位，下降沿移位寄存器数据不变。LHNCQn移位寄存器的内容到达存储寄存器并从并口输出。下降沿时存储寄存器数据不变LHQ6Qn移位寄存器内容移位，先前的移位寄存器的内容到达存储寄存器并输出。H高电平状态 L低电平状态 上升沿 下降沿 Z高阻NC无变化 无效LED点阵屏模块电路设计LED点阵屏显示模块电路图如图1.6所示。行总共为16个TIP127驱动，列为8个74HC595送字码。A0A3接到单片机输出端，用四位二进制控制

13、16行扫描输出，OE控制74HC154的使能输出，为高电平时行无有效输出，屏幕黑屏。DS为字码串行发送端。图1.6 LED点阵屏显示模块原理图时钟日历电路设计（这里是单元电路2的介绍）时钟芯片的选择目前市场上的时钟芯片种类繁多，各具特色。DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决子“千年”问题；DS12C887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。在12小时制模式中，用AM和PM区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种

14、是用BCD码表示；DS12C887中带有128字节RAM，其中有11字节RAM用来存储时间信息，4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息，称为控制寄存器，113字节通用RAM使用户使用；此外用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。PCF8563是飞利浦公司的一款低功耗的CMOS实时时钟日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递。最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动增加。DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带R

15、AM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302是常用的时钟芯片，描述资源丰富，并且价格较实惠，所以选择DS1302比较合理。DS1302性能特点 31字节带后备电池的RAM用于数据存储 图1.7 DS1302引脚图 串行 I/O口

16、，管脚数量少 宽范围工作电压：2.05.5V 工作电压2.0V时，电流小于300nA 读/写时钟或RAM数据时有两种传送方式；单字节传送和突发模式传送 8脚DIP封装或其他可选封装方式 脚号名称功能1VCC2主电源2、3X1、X2接32768Hz晶振4GND地线5CE复位6I / O数据输入输出7SCLK串行时钟8VCC1后备电源表1.4 DS1302引脚功能 简单的3线接口 与TTL 兼容(VCC=5V) 可选工业级温度范围：-40+85 与 DS1202兼容DS1302引脚功能说明及内部结构DS1302的引脚如图1.7所示。VCC1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保

17、持时钟的连续运行。DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大者供电。当VCC2大于VCC10.2V时，VCC2给DS1302供电。当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。DS1302的引脚功能如表1.4所示，内部电路原理图如图1.8。图1.8 DS1302内部原理图 DS1302与单片机接口电路上拉电阻可以有效的抑制线路的反射波干扰，使得阻抗匹配，DS1302与单片机通信数据不容易出错。备用电源BT1，可以用电池或者超级电容器(0.1F以上)。虽然DS1302在主电源掉电后的耗电很小，但是，如果要长时间保证时钟正常，最好选用小型充电电池。与单片机的连接原理图如图1.9。图1.9

18、 DS1302与单片机接口电路单片机与电脑通信（这里是单元电路3的介绍）RS-232电平与TTL电平转换驱动电路图1.15 MAX232内部框图STC单片机串口与PC机的RS-232接口不能直接对接，必须进行电平转换。MAX232是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。内部结构如图1.15。由于电脑串口RS-232电平是-10V、 +10V，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0、+5v,MAX232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TI

19、A/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。串口通信电平转换如图1.16所示。图1.16 串口通信及程序下载接口电路图电源电路设计（这里是单元电路4的介绍）利用稳压芯片LM7805和电容稳压滤波，提供5V电压供电。按键电路（这里是单元电路5的介绍）控制电路PCB图显示电路PCB图总体电路原理图（总体电路原理图一定要有，最好能把PCB版画出）附录A 电子元器件明细表（以下是元器件明细表，一定要有）A.1 LED点阵屏控制部分元件清单元件封装代号名称值数量纽扣电池BT13V1瓷片电容RAD-0.1C1, C2

20、, C5, C7, C8, C9, C10, C11, C15, C16, C17, C190.1uF, 0.01uF12电解电容C3, C4, C6, C18，C14，C2010uF, 47uF, 100uF，4700uF6贴片电容0805C12, C1320pF21N4007DIODE-0.4D111N5408DIODE-0.7D21DB9串口接头DSUB1.385-2H9J11自锁开关K21LED3LED1, LED22插针HDR1X2P11牛角座P21电源接口HDR1X3P31直插电阻AXIAL-0.4R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R9, R12, R13,

21、R14, R17, R251K, 1M, 2M, 4.7K, 10K, 20K, 47K, 10013贴片电阻0805R8, R10, R11, R15, R16, R18, R19, R20, R21, R22, R23, R2410K, 100, 47012变位器RL1200K1排阻RX11按钮开关S1, S2, S3, S4, S5, S66晶振Y1，Y224MHz，32768Hz2A.2 LED点阵屏幕部分元件清单元件封装代号名称值数量瓷片电容RAD-0.1C1, C2, C3, C41044插针HDR1X4H，HDR1X3P1，P22达林顿管221A-02Q1, Q2, Q3, Q4

22、, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, Q10, Q11, Q12, Q13, Q14, Q15, Q16TIP127168x8单色点阵U1, U2, U3, U4, U5, U6, U7, U8, U9, U10, U11, U12, U13, U14, U15, U161674HC154SO24_MU17174HC595DIP-16U18, U19, U20, U21, U22, U23, U24, U258A.3 电源部分元件清单元件封装代号名称值数量电解电容C1，C2，C54700uF，2200uF，470uF3瓷片电容RAD-0.1C3, C4, C61043整流桥D-46_6A

23、D11插针HDR1X3P1, P22三端稳压管VR1，VR27805、3V32参考文献（参考文献也一定要有）1. 张大明. 单片微机控制应用技术. 机械工业出版社，2006.42. 余永权. ATMEL89系单片机应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2001.3. 沈红文.单片机应用系统设计实例与分析.北京：北京航空航天大学出版社，20034. 扬振江.流行单片机实用子程序及应用实例. 西安：西安电子科学技术出版社. 2002.35.周杭慈.单片机程序设计基础.北京：北京航空航天大学出版社，2003.56.赵 亮.单片机C语言编程与实例.北京：人民邮电出版社., 2002.97. 江晓安.

24、模拟电子技术.西安：西安电子科技大学出版社. 20008. 张毅剛. MCS-51单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社. 2001.9. 沙占友, 王彦朋, 孟志永. 单片机外围电路设计. 北京：电子工业出版社，2003.110. 戢卫平. 单片机系统开发实例经典.北京：冶金工业出版社，200611. 张靖武, 周灵彬. 单片机系统的PROTEUS设计与仿真.北京：电子工业出版社，200712. 戴佳，苗龙. 51单片机应用系统开发典型实例. 北京：中国电力出版社，2005.713. (美) Tom Petruzzellis. 传感器电子制作李大寨译. 北京：科学出版社，200714.

25、 (日) 松井邦彦著，梁瑞林译. 传感器应用技巧141例 各种传感器的结构工作原理应用线路. 北京：科学出版社，200615. 周志敏, 周纪海, 纪爱华. LED驱动电路设计与应用北京：人民邮电出版社，200616. 楼然苗, 李光飞. 单片机课程设计指导. 北京：北京航空航天大学，200717. 无线电合订本.2007年（下册）. 人民邮电出版社，2008.118. 张天. 51单片机C语言开发详解.电子工业出版社，2008设计心得体会（最后是心得体会）通过这次设计，我全面的了解到了单片机的使用和点阵显示的原理，更加熟练的掌握了Protel软件的使用。在过去的学习里，我们运用单片机设计的电路大多是电信号电路，硬件设计上都很少考虑到环境干扰等因数，这次涉及到信号，在刚开始的时候遇到了很多原来没有遇到的问题，但是通过图书馆里丰富的资料及丰富的网络资源，让我对传播信号有了一定的了解，从而在调试的时候尽量做到电路的的