电风扇模拟控制系统

1、电气与电子线路 CAD课程设计（学年论文）说明书课题名称：电风扇模拟控制系统 学生学号： 专业班级： 电气自动化 学生姓名： 学生成绩： 指导教师： 课题工作时间：填写说明:一、二、三项由指导教师在课程设计（学年论文）开始前填写并 交由学生保管；第四项由学生在完成课程设计后填写，并将此表与课程设计说明 书一同装订成册交给指导教师；成绩评定由指导教师按评定标准评分。此表格填写好后与正文一同装订成册。一、课程设计任务和基本要求：1、设计任务功能：设计电风扇模拟控制系统，该系统控制风扇三档风力运行 (自然风、常风、睡眠风)，通过按键选择风类，并用 LED显示。风 扇具有摇头和定时功能。可扩展 LCD

2、显示风扇运行模式等功能。任务：该设计要求根据功能要求提出电风扇模拟控制系统的设计 方案，设计出系统原理图，并进行参数计算和元器件选择，了解电路 的工作原理，绘出电风扇模拟控制系统的原理图及PCB图。2、基本要求绘图设计要求：画出电风扇模拟控制系统完整的原理图。ERC 电气规则检测。创建项目元件库文件，生产网络表及元件清单。画出所设计电路的PCB图,包括规划PCB板子大小、元器件 布局以及布线，布线方法则可根据具体情况使用自动布线 (手工调整) 或者手工布线两种不同方式，生成项目元件封装库。原理图中至少有2个自建元件符号，PCB中至少有2个自建 封装元件。设计报告要求：纸质档设计报告，报告应包括

3、以下内容：设计任务书、摘要、目录、正文、参考文献。电子档，包括自建原理图元件库、原理图、ERC网络表、元件清单、自建元件封装库、PCB图、DRC项目元件封装库等。二、进度安排：12月21号：下达设计任务。12月21号12月22号：设计原理图。12月23号：确定PCB板参数和元件封装类型。12月23号12月24号：设计PCB版图。12月25号12月26号：撰写报告12月27号：答辩。三、主要参考资料及主要参考文献：邵群涛.电气制图与电子线路CADM.北京：机械工业出版社，2005老虎工作室.电路设计与制版-Protel99入门与提高M.北京： 人民邮电出版社,2001老虎工作室.电路设计与制板-

4、Protel 99 SE高级应用M.北京：人民邮电出版社,2001谷树忠，刘文洲，姜航.Altium Designer 教程M.北京：电子工业出版社，2012四、答辩记录:1、在设计过程中遇到的问题及解决方案(至少 2个)。在画原理图的时候库里面找不到并排电阻。解决方法：通过查阅相关书籍和询问同学，最终自己把它绘制了出来。在由原理图生成PCB的时候找不到AT89C51芯片的封装。解决方法：通过查阅相关书籍和同学指导，利用AD软件自己画了一个封装2015年 月 日IV课程设计评审标准（指导教师用）评价内容具体要求权重调查论证能独立查阅文献和从事其他调研； 能提出并较好地论述课 题的实施方案；有收

5、集、加工各种信息及获得新知识的能力。0.1实践能力能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究工作。如装 置安装、调试、操作。0.2分析解决问题能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处 理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。0.2工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作 努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。0.2质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨 合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确， 符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确； 论文结果有应用价值。0.2创新工作中有创新意识；对前人工作有改进或独

6、特见解。0.1摘 要电风扇是我们日常生活应用非常广泛的家用电器， 具有使用方便，价格优惠 等特点。虽然目前空调已非常普及，但电风扇易于控制且风力柔和，仍是大部分 人的纳凉首选。本次采用AD软件以单片机为核心来设计pcb，AD的特点是速度 快、性能高，能够极大的减轻工程技术人员的劳动强度。 随着大规模集成电路的 发展，人工设计已经远远不能满足人们的需求，计算机辅助设计已经势在必行。经过本次课程设计应使学生掌握原理图及印刷电路板图的编辑、输出、网表生成、检查、分析及建立新原理图、印刷电路板图库等。通过实习学生可以独立实现电 路原理图和印刷电路板的设计，为今后在工作中的实际应用打下较为坚实的基 础。

7、关键词：单片机；Altium Designer ； pcb;电路板 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1方案论证 1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1系统功能要求 11.2方案论证 11.3电气电子线路 CAD设计步骤 2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 2项目元件库 32.1自建元件库 32.2元器件封装概述 4II2.3利用向导自建元件封装库 4 HYPERLINK l bookmark12 o Curren

8、t Document 3原理图设计 53.1原理图设计操作流程 5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 4 PCB图设计 84.1设计步骤和操作 84.2元件布局要求 84.3 PCB布线原则 9 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 5结论 10参考文献 11 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 附录1系统原理图12 1方案论证1.1系统功能要求利用单片机设计完成一款设计电风扇模拟控制系统，本次实验是基于MCS-51 单片机 AT89C51图1.1电风

9、扇模拟控制系统1.基本要求（1）用4个LED显示电风扇的工作状态（1,2,3,4四档风力），显示风类：“自 然风”、“常风”和“睡眠风”。（2） 设计“自然风”、“常风”和“睡眠风” 三个风类键用于设置风类。 设计一个“摇头”键用于控制电机摇头。（3）设计一个“定时”键，用于定时时间长短设置。选作（1）设计过热检测与保护电路，若电风扇电机过热，则电机停止转动，蜂鸣器 报警，电机冷却后电机又恢复转动。（2）用LCD作为用户界面显示风扇运行模式等信息。其他功能 1.2方案论证本系统由五个模块组成，分别是输入模块、显示模块、电机控制模块、过热 保护模块以及单片机控制系统。其中单片机控制系统是核心，由

10、AT89C51晶振和复位电路组成。它通过处理输入的各种数据信息来对其它模块发出指令，进行相应的操作。输入模块由5个按键组成，分别控制电机的风速、正反转和定时时 间。显示模块由8位共阴数码管组成，显示定时时间和风速。过热保护模块由ADC0808和外围电路组成，通过设定电压初始值使电机超值停转并且相应二极管 发光报警。电机控制模块由L298和其它的元器件组成，它主要是放大输入信号 的倍数，用来驱动电机。1.3电气电子线路CAD设计步骤前期准备前期准备包括创建工程文件、准备元件库和绘制原理图。创建PCB工程文件，就相当于在计算机中创建一个文件夹，将与PCB设计相关的文件统一规整到该工程文件下，便于日

11、后的管理、更改等操作。接下来就要准备好项目中所需要库文件，包括原理图的元件库和PCB的元件库。当然元件库可以用 Altium Designer自带的库，但一般情况下较难找到合 适 的，最好是根据所选期间得标准尺寸资料自己做元件库。PCB吉构设计PCB结构包括创建PCB文件，确定电路板尺寸和各项机械定位， 在PCB设 计环境下绘制PCB版面，并按定位要求放置所需的接插件、 按键/开关、螺丝孔， 装配孔等。并充分考虑和确定布线区域和非布线区域。PBC布局布局要求均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。在放置元器件时，一定 要考虑元器件的实际尺寸、元器件之间的相对位置，以保证电路板的电气性能和 生产安

12、装的可行性和便利性，然后适当的修改器件的摆放使之整齐美观。PCB布线布线是最重要的工序。这将直接影响着PCB板的性能好坏.o在PCB的设计 过程中，布线一般有三种境界的划分：首先是布通，其次是电气性能的满足，接 着是美观。网络和DRC及结构检查首先，在确定电路原理图设计无误的前提下，将所生成的PCB网络文件与原理图网络文件进行物理关系的网络检查， 并根据输出文件结果及时对设计进行 修改，以保证布线连接关系的正确性；网络检查正确通过后，对PCB设计进行DRC检查，并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证PCB布线的电气性能。最后需进一步对PCB的机械安装结构进行检查和确认。2项目元件库2.1

13、自建元件库新建原理图元件库新建：选择【File】/【NeW /【library】/【Schematic】菜单命令。保存：选择【File】/【Save菜单命令；弹出【Save Schlib1.SchLibAs,】对话框。选择保存路径。为库文件添加文件单击打开【SCH Library】面板，此时在右边的工作区进行元件绘制。绘制元件外形库元件的外形一般由直线、圆弧、椭圆弧、椭圆、矩形和多边形等组成，系 统也在其设计环境下提供了丰富的绘图工具。为元件添加引脚选择【Place】/【Pin】菜单命令，光标变为十字形状，并带有一个引脚符 号，此时按下【Tab键，弹出【Pin Properties】对话框，可

14、以修改引脚参数, 移动光标，使引脚符号上远离光标的一端(即非电气热点端)与元件外形的边线 对齐，然后单击，即可放置一个引脚。定义元件属性打开库文件面板，在元件栏选中某个元件，然后单击【Edit】按钮，或者直 接双击某个元件，可以打开【Library ComponentProperties】对话框，利用此 对话框可以为元件定义各种属性。元件报表与错误检查元件规则检查报告的功能是检查元件库中的元件是否有错，并将有错的元件。如图2.1、2.2 所示一89Header 9图2.2排阻2.2元器件圭寸装概述元器件封装只是元器件的外观和焊点的位置，纯粹的元器件封装只是空间的 概念，因此不元器件封装只是元器

15、件的外观和焊点的位置， 纯粹的元器件封装只 是空间同的元器件可以共用一个封装，不同元器件也可以有不同的元件 2.3利用向导自建元件封装库在PCB元件库编辑器编辑状态下，执行菜单命令【Tools】/【Component Wizard,】，弹出【Compo nent Wizard】界面，进入元件库圭寸装向导。单击“下一步”按钮，在弹出的对话框中元器件封装外形和计量单位。单击“下一步”按钮，设置焊盘尺寸。单击“下一步”按钮，设置焊盘位置。单击“下一步”按钮，设置元器件轮廓线宽。单击“下一步”按钮，设置元器件引脚数量。单击“下一步”按钮，设置元器件名称。单击“下一步”按钮，点击“ Finish ”完成

16、向导。完成好的元件封装如图2.3、2.4所示图2.3 51单片机图2.4电阻3原理图设计3.1原理图设计操作流程创建PCB工程(项目文件)启动Protel DXP后，选择菜单【File】/【NeW/【Project】/【PC田roject】 命令。保存PCB项目(工程)文件选择【File / /【Save Project /菜单命令，弹出保存对话框【Save PCB_Project1.PrjPCBAS, / ;选择保存路径后在【文件名】栏内输入新文件 名保存到自己建立的文件夹中。创建原理图文件在新建的PCB项目(工程)下，选择菜单【File / /【NeW /【Schematic/ 命令。保存

17、原理图文件选择【File / /【Save /菜单命令，弹出保存对话框 【Save Sheet1.SchDocAS,】，选择保存路径后在【文件名】栏内输入新文件名保存 到自己建立的文件夹中。设置工作环境选择【Design / /【Docume ntOptio n,】菜单命令，在系统弹出的框中进行 设置。放置元件方法一：安装库文件的方式放置选择【Design/ /【Add/Remove library /菜单命令，在弹出的对话框中单 击安装找到库文件即可。方法二：搜索元件方式放置原理图布线选择【Place / /【Wire/工具菜单，此时将带十字型的光标放到元件引脚位 置单击鼠标左键即可进行连线

18、(注意拉线过程不应一直按住鼠标左键不放)，将导线拉到另一引脚上单击鼠标左键即放完一根导线，放置完导线单击右键或者 【Esc】键结束放置。原理图电气规则检查选择【Project】/【Compile PCBProject工程名】；若无错误提示，即通过电器规则检查，如有错误，则需找到错误位置进行修改调整。如图3.1所示TimeDateN. aClassDodnient Scunce Masugd5:27:22dianshan.SCompiler Net NetU2_1 contains floarting input pins (Pin 9:27:222D1&/V4dianhan.S.Compile

19、r Unc&nnecl&di Pin U21 al 120 J 909:27:22201&/1/4ctanghankS diartshan.S. diNftsh朗占Compter Net NetU2_2 contains floarting input ping (Pin . sCompiler Unuomected Pin U2-2 at 120r180Compiler Net NetU2_3 contains floating input pins (Pm 9:27:229:27:229:27:222016/1/J2D1G/1/42016/V4Coriipiter Unconnectedl

20、 Pin U2-3 at 1.20 J 709:27222016/1/4dianslian.S. diartslhan-SCompiler Net NetU2=4 containsfloafting input pins (Pin .Compiler Uncorriect&dl Pin U2-4 at 120J609:27:229:27:222D16/1/4 2D1G/V4diarnrshBn.S.Compiler Net NetU2_S eortainsfloating input pins Pin .2722201&/1/4diamsbi 曰 mS dianshan. diianshan-

21、S.Compter Uncornnected Pin U2-5 at 120.150Compiler Net NetU2_27 contains floating input pins (Pin .Compile Unc&nnect&df Pin U2-27 at 120,210927229:27:229:27:222016/1/42D1G/1/42016/174COnripiier1 M軾 N$t U2.28 COntsin flpsting ini.4 ping 卩注.,9.27.222016/V4diaoshari.S Compiler Unconnected Pin U2-28 at

22、120,2003:27:222D16/1/4tSansrian S.Compiler Unconnected Pin Ul-31 at 380.34091011121314151G17IE图3.1电器规则检查生成网络表如图3.2所示LZJ-D4D51-1DS2-1DS31DS4-1F3-叮1-5D3DS1-2DS2-2DS3-2DS4-2PSSUl-4D2DS1-4DS2-4DS3-4DS4-4P3-401-3DIDS1 = DS2-DS3-6DS4-6图3.2网络表(10)元器件清单如图3.3所示CftTtntfl审 Dit&pta* EMariMdr- LiFWtHTvnerri眉3CAp

23、aciarC1.C2.C3.C4RAD-0.3CapcdpnHDkhIpDdaut DkideDl. DI D3. D45MCOhcde-LEMTypicd INFRARED GaAs- DSLED4LEWCy HueC14.2 mm Senerai Pupase DS1, 0S2.血合工 D古4HDpy QueCCMeterhdiGaRng IrslrunertmHAD43.1lMeSer:Hudef 9Htsdw 3nP1.P2. P3HDRlKSiHeaderResstarR4AXIAL-04Hes2SV/PBSurimiSLS.S3LS4. S5SP5T-JS-W-FBAT 阳口1E&

24、1 Mcra-z Mira Iw wthDIP则ATSfK&l全刪列1展示内AKCIWJ8N匚 HOSE 畑 hid 如” curwcceoflNL29BN血 FiJ BntHgc DriverMtArwafilSVL2NAddressXTALY1R3BXTAJLBill of Materials- For Project dPrjPCB (No PCB Document SelectedicWxavEdBjrMhflrChecked母 EBdeJlDEECpkHjrCfimwH 匚 nmnan/SInme CWMnM 如 NWfBOtAraplamt ConiHnenl Kind Compc

25、r#n| Link 1 Dei CMWWitLjfikl UFOn亠口叭H- r- N M-6-E哙十：！一；导出选陨ExceiS质JZ昨梏式酉心站鬧 WofkghMt门如加处:十“ 複粧口 砂II程IfijE1痢搆惧扳文件O打开耳出的色麴性应商顺碱 里为更相宜的fH相砸 L注禹绚的时惧采用巒i!中噪Mf怖救翦益单M鼬IIE”2f.TI门二.Mr图3.3元器件清单4 PCB图设计4.1设计步骤和操作（1）创建PCB工程（项目）文件如果在原理图绘制阶段已经新建，则无需新建。启动Protel DXP后，选择菜单【File】/【NeW /【Project】/【PCB Project】命令。（2）保存

26、PCB工程（项目）文件选择【File】/【Save Project】菜单命令，弹出保存对话框【Save PCB_Project1.PrjPCBAS ,】对话框；选择保存路径后在【文件名】栏内输入 新文件名保存到自己建立的文件夹中。（3）原理图绘制详见第三章（4）将原理图导入PCB单击【设计】，然后点击【update PCB documeng】，在弹出的对话框中点击 执行更改。（5）PCB布局通过移动、旋转元器件，将元器件移动到电路板内合适的位置，使电路的布局最合理。（6）PCB布线我在把各个元器件排列好后选择了自动布线。PCB图如图4.1所示。4.2元件布局要求（1）先布放关键元器件，然后按照地址线和数据线的走向布放其他元件。（2）高频元器件引脚引出的导线应尽量短些，以减少对其他元件及其电路的影 响。（3）模拟电路