第13章 Protel 2004综合应用案例.ppt

1、第13章 Protel 2004综合应用案例,印染自动化控制系统中设置、显示单元的实现,MC9S12NE64开发平台的实现,13.1 印染自动化控制系统中设置、显示单元的实现,在纺织工业中，染色工艺过程是纺织品上色的一个重要生产工序。布料染色要求在不同的升温、降温过程中，严格按照一定的升温速率或降温速率来进行，而且对于不同的染料、不同的纺织品，所要求的染液温度变化曲线也不同。常用的染色工艺为如图13.1所示阶梯升温工艺。,阶梯升温工艺示意图,13.1 印染自动化控制系统中设置、显示单元的实现,印染自动化控制器采用了MCS51单片机作为控制核心，完成了阶梯升温工艺。考虑到染色工艺的确定性、计算机

2、的普及和以后进一步集中控制的改进，本系统分为三个部分，如图13.2所示，第1部分是印染工艺的设置、显示单元，第2部分是印染工艺生产的现场控制单元，第3部分是现场CAN总线的扩展。,印染自动化控制器系统框图,13.1.1 设置、显示单元方案设计,参照图13.1所示阶梯升温工艺示意图，此印染工艺需要设置每个工艺段的保温温度、布料在保温期间需要正反转的次数（印染工艺中称为道数），考虑到设置时所用的按键以及用于运行时的温度指示、状态显示，设计了如图13.3所示显示面板。,显示面板示意图,13.1.1 设置、显示单元方案设计,整个设置、显示单元的控制采用1个独立MCS51单片机来实现，显示面板上设置的工

3、艺参数、功能控制指令通过串行口发送给现场控制单元，显示面板显示的现场数据也由通过串行口接收获取，其系统框图如图13.4所示。,设置、显示单元系统框图,13.1.2 原理图库文件的实现,根据设计要求，设置、显示单元中所选用的主要芯片如下。 MCS-51单片机：AT89C55WD。 CPU监控器：X5045。 锁存器：74HC373、74HC377。 译码器：74HC138。 数据存储器：6264。 LED数码管：2位LED数码管、3位LED数码管、4位LED数码管。 接插件：若干。 其中，AT89C55WD、74HC373、74HC377、74HC138、6264等标准元器件可以在系统提供的库文

4、件中找到。而X5045、2位LED数码管、3位LED数码管、4位LED数码管等元器件在系统库文件中找不到，所以需要自行设计。,13.1.2 原理图库文件的实现,X5045具有上电复位、低电压复位控制、可编程看门狗定时器、4Kbit的3-WIRE接口非易失性EEPROM等功能。X5045的引脚特征如图13.5所示，采用8个引脚的封装（DIP-8或者SOP-8），具体技术参数请参考X5045数据手册。,X5045引脚特征,13.1.2 原理图库文件的实现,下面以X5045为例，介绍非标元器件的设计。 启动Protel DXP 2004。 执行菜单“File”“Open”命令，在弹出的对话框中选择“

5、MySchLib.SCHLIB”并打开，如图13.6所示。,元器件库编辑界面,13.1.2 原理图库文件的实现, 执行菜单“Tools”“New Component”命令，并在“New Component Name”对话框中输入新建元器件名称“X5045”。 根据X5045的数据手册，放置X5045的原理图符号外形及引脚，并如图13.7所示修改引脚的显示名称及电气类型。,修改引脚属性,13.1.2 原理图库文件的实现,根据X5045的数据手册，绘制完毕的元器件原理图如图13.8所示。,X5045原理图,13.1.2 原理图库文件的实现, 执行菜单“Tools”“Component Proper

6、ties”命令，在库元器件属性界面修改默认元器件指示符名称为“IC？”，如图13.9所示。,修改X5045的属性,13.1.2 原理图库文件的实现,单击“Models for X5045”选项组中的“Add”按钮，添加X5045的PCB封装为“DIP8”，如图13.10、图13.11所示。,图13.10 添加新封装对话框 图13.11 添加PCB封装对话框,13.1.2 原理图库文件的实现,X5045最终的属性对话框如图13.12所示。,X5045最终属性对话框,13.1.2 原理图库文件的实现, 为方便原理图连线及根据信号线的一致性等原则，调整元器件的形状及引脚的位置，最后结果如图13.13

7、所示。,X5045最终原理图,13.1.2 原理图库文件的实现,按照同样的方法，完成其他元器件原理图符号的设计，并保存。在如图13.14所示的“SCH Library”面板中可以看到所有元器件的相关信息。,“MySchLib.SCHLIB”中所有元器件,13.1.3 原理图的实现,下面介绍设置、显示单元系统原理图的实现。 执行菜单“File”“New”“Project”“PCB Project”命令，Protel DXP 2004创建了一个空的PCB工程，默认名为“PCB_Project1.PrjPCB”。 执行菜单“File”“Save Project As”命令，选择保存路径，并将默认工程

8、另存为“DyeShow.PrjPCB”，如图13.15所示。,另存默认工程为“DyeShow.PrjPCB”,13.1.3 原理图的实现, 执行菜单“File”“New”“Schematic”命令，Protel DXP 2004创建了一个空的原理图，默认名为“Sheet1.SchDoc”。 执行菜单“File”“Save As”命令，选择保存路径，并将默认原理图另存为“DyeShow.SchDoc”，如图13.16所示。,另存默认原理图为“DyeShow.SchDoc”,13.1.3 原理图的实现, 执行菜单“Design”“Add/Remove Library”命令，选择常用的库文件加入到本

9、工程中，例如14.1.2节所用的“MySchLib.SCHLIB”等，如图13.17所示。,添加相关库文件,13.1.3 原理图的实现, 执行菜单“Design”“Document Options”命令，根据实际工程情况修改原理图“Standard styles”为A3大小，也可修改“Grids”选项组中的“Snap”及“Visible”属性，如图13.19所示。,修改原理图文档属性,13.1.3 原理图的实现, 核心控制电路的设计。 设置、显示单元的核心控制电路如图13.20所示。MCS51单片机的P1口扩展了44的矩阵键盘接口（J1），并用5.1K的排阻上拉至VCC；利用74HC373（I

10、C2）作为锁存器扩展了一个8K的数据存储器6264（IC3）；J3为MCS51单片机的串行通信接口用于与现场控制单元通信。,核心控制电路,13.1.3 原理图的实现, LED驱动电路。 显示面板上共有16位LED数码管和16个LED灯。其中16位LED数码管采用动态扫描的方法，同时16个LED灯也作为LED数码管动态扫描的一部分。如图13.21所示，系统把所有LED分为两组，每一组分别有8位LED数码管和8个LED灯，相当于每组有9位LED数码管。,LED驱动电路,13.1.3 原理图的实现, 电源电路。 为保证设置、显示单元与现场控制单元的电源稳定性，设置、显示单元的电源由单独一片7805稳

11、压获得，并用为每一片芯片设计了一个滤波电容，如图13.22所示。,电源电路,13.1.3 原理图的实现,经整理后最后设计完成的设置、显示单元原理图如图13.23所示。,完整的原理图,13.1.3 原理图的实现, 执行菜单“Project”“Compile Document DyeShow.SchDoc”命令，对“DyeShow. SchDoc”文件进行编译。如有编译错误，根据“Messages”面板中的警告和错误提示修改原理图，如图13.24所示，直到编译通过。其中部分警告信息可以忽略。,原理图编译后产生的信息框,13.1.3 原理图的实现, 执行菜单“Design”“Netlist For

12、Project”“Protel”命令，Protel DXP 2004创建了如图13.25所示的“DyeShow.NET”，以便PCB印制电路板的绘制。,生成的网络表文件“DyeShow.NET”,13.1.4 PCB印制板图的实现, 执行菜单“File”“New”“PCB”命令，Protel DXP 2004创建了一个空的PCB印制板图，默认名为“Pcb1.PcbDoc”。 执行菜单“File”“Save As”命令，选择保存路径，并将默认原理图另存为“DyeShow. PCBDOC”，如图13.26所示。,另存默认原理图为“DyeShow. PCBDOC”,13.1.4 PCB印制板图的实现

13、, 执行菜单“Design”“Add/Remove Library”命令，选择常用的库文件加入到本工程中，如“Miscellaneous.PCBLIB”、“MyPcbLib.SCHLIB”等，如图13.27所示。其中，“MyPcbLib.SCHLIB”为编者自定义的的封装库文件。,添加库文件,13.1.4 PCB印制板图的实现, 根据实际面板尺寸及安装位置，画出机械层、禁止布线层边界及安装孔。选中禁止布线层边界，并执行菜单“Design”“Board Shape”“Define from selected objects”命令，设置PCB板形状，如图13.28所示。因本例比较简单，只须做两层板

14、，所以不须另行设计PCB印制板的层数。,设置PCB板形状,13.1.4 PCB印制板图的实现, 执行菜单命令“Design”“Import Changes From DyeShow.SchDoc”命令，弹出“Engineering Change Order”对话框，如图13.29所示。,工程变化订单,13.1.4 PCB印制板图的实现,单击“Excute Changes”按钮，导入元器件封装及网络表后如图13.30所示。,导入元器件及网络表后的PCB板图,13.1.4 PCB印制板图的实现, 根据实际面板尺寸及利于布线的原则，手动放置元器件，放置好的PCB板图如图13.31所示。,放置好元器件

15、的PCB板图,13.1.4 PCB印制板图的实现, 执行菜单“Design”“Rules”命令，在如图13.32所示“PCB Rules and Constraints Editor”对话框中，设置设计规则元器件间距（“Compent Clearance”）、导线间距（“Clearance”）、导线宽度（“Width”）、焊盘过孔类型（“HoleSize”）等。,设置PCB规则,13.1.4 PCB印制板图的实现, 手动布线，如图13.33所示手动布线后的PCB印制板非常美观。,手动布线后的PCB板图,13.1.4 PCB印制板图的实现, 执行菜单“Place”“Polygon Pour”命令

16、，弹出“Polygon Pour”对话框，如图13.34所示，根据需要进行设置，将PCB板正反两面敷铜并与GND网络相连。,敷铜对话框,13.1.4 PCB印制板图的实现,完成敷铜后的PCB板如图13.35所示。,敷铜后的PCB板图,13.2 MC9S12NE64开发平台的实现,其80引脚TQFP-EP封装如图13.36所示。,MC9S12NE64的80引脚TQFP封装,13.2 MC9S12NE64开发平台的实现,MC9S12NE64开发平台以80引脚TQFP-EP封装的MC9S12NE64VTUE为核心CPU，利用内置网络变压器的RJ45网络连接器HR911105A实现了以太网功能，利用M

17、AX3232实现了串行通信的测试功能，利用其SPI总线外扩MCP2515 实现了CAN总线模块，利用电位器模拟电压变化，实现A/D测试功能，利用键盘、LED灯实现了基本的I/O测试功能。其系统框图如13.37所示。,MC9S12NE64开发平台系统框图,13.2.1 子原理图的实现,下面介绍各部分子原理图的实现。 执行菜单“File”“New”“Project”“PCB Project”命令，Protel DXP 2004创建了一个空的PCB工程，默认名为“PCB_Project1.PrjPCB”。 执行菜单“File”“Save Project As”命令，选择保存路径，并将默认工程另存为“

18、Ne64TestBoard.PrjPCB”。 执行菜单“Design”“Add/Remove Library”命令，选择常用的库文件加入到本工程中，如“MySchLib.SCHLIB”，MC9S12NE64开发平台中所用的元器件，编者根据其数据手册都已定义在此库文件中了。,13.2.1 子原理图的实现, 设计MC9S12NE64单片机主模块原理图，原理图保存为“MainBoard.SchDoc”。如图13.38所示，MC9S12NE64单片机主模块包括了一个MC9S12NE64单片机U1，一个复位电路由MAX708T复位芯片U6组成，一个BDM调试电路JP4，一个PLL电路。,MC9S12NE

19、64单片机主模块原理图,13.2.1 子原理图的实现, 设计以太网及RS232串行通信模块原理图，原理图保存为“SciNet.SchDoc”。如图13.39所示，以太网及RS232串行通信模块包括了一个RS232通信电路由MAX3232（U3）及DB9（J1）组成和一个由HR911105A组成的以太网通信电路。,以太网及RS232串行通信模块原理图,13.2.1 子原理图的实现, 设计LED、键盘I/O测试模块原理图，原理图保存为“KeyLed.SchDoc”。如图13.40所示，键盘测试部分由4个独立式键盘组成（由PJ口控制采样）；LED测试部分由一个4位的LED模组通过动态扫描的方式组成，

20、其位驱动由PT口控制9013来实现，字段驱动直接由PH口控制74HC245（IC1）来实现。,LED、键盘I/O测试模块原理图,13.2.1 子原理图的实现, 设计CAN总线通信模块原理图，原理图保存为“CanBoard.SchDoc”。如图13.41所示，CAN总线通信模块由MC9S12NE64单片机通过SPI总线来控制CAN总线控制器MCP2515来实现，CAN总线驱动由PCA82C250来实现。,CAN总线通信模块原理图,13.2.1 子原理图的实现, 设计AD测试及电源模块原理图，原理图保存为“PowerAD.SchDoc”。如图13.42所示，AD测试模块由8个电位器分压后接到AD口

21、来实现，电源模块由一片LM11173.3芯片来实现5V到3.3V的稳压。,AD测试及电源模块原理图,13.2.2 顶层原理图的实现, 在“Ne64TestBoard.PrjPCB”中，添加一个新的原理图文件“Ne64TestBoard. SchDoc”，用于顶层原理图的设计。 打开原理图文件“Ne64TestBoard.SchDoc”，执行菜单“Design”“Create Sheet Symbol From Sheet”命令，弹出如图13.43所示选择文件对话框。,选择文件对话框,13.2.2 顶层原理图的实现, 首先选择“MainBoard.SchDoc”，单击“OK”按钮关闭对话框，在弹

22、出的图纸入口方向确认提示框中单击“No”按钮，生成MC9S12NE64单片机主模块对应的图纸符号如图13.44所示。,主模块对应的图纸符号,13.2.2 顶层原理图的实现, 按照相同的操作，为其他的4个子原理图文件“PowerAD.SchDoc”、“SciNet.SchDoc”、“CanBoard.SCHDOC”、“KeyLed.SchDoc”，在顶层原理图中分别建立4个图纸符号“U_PowerAD”、“U_SciNet”、“U_CanBoard”、“U_KeyLed”，如图13.45所示。,子原理图生成的图纸符号,13.2.2 顶层原理图的实现, 调整图纸符号及入口位置，并进行对应的连接，最

23、后生成的顶层原理图如图13.46所示。,顶层原理图,13.2.2 顶层原理图的实现, 执行菜单“Project”“Compile PCB Project Ne64TestBoard.PrjPcb”命令，对“Ne64TestBoard.PrjPcb”文件进行编译。如有编译错误，根据“Messages”对话框中的警告和错误提示修改原理图，直到编译通过。其中部分警告信息可以忽略。,13.2.2 顶层原理图的实现, 执行菜单“Design”“Netlist For Project”“Protel”命令，Protel 2004创建了如图13.47所示“Ne64TestBoard.NET”，以便PCB印制电路板的绘制。,网络表“Ne64TestBoard.NET”,13.2.3 PCB印制板图的实现, 执行菜单“File”“New”“PCB”命令，Protel 2004创建了一个空的PCB印制板图，默认名为“Pcb1.PcbDoc”。 执行菜单“File”“Save As”命令，选择保存路径，并将默认原理图另存为“Ne64TestBoard. PcbDoc”。 执行菜单“Design”“Add/Remove Library”命令，选择常用的库文件加入到本工程中，如“MyPcbLib.SCHLIB”等。,13.2.3 PCB印制板图的实现, 根据实际面板尺寸及安装位置，画出机械