电子线路CAD课程设计报告

目录

第一章绪论 (2)

1.1设计目的及要求 (2)

1.2 设计流程 (2)

第二章原理分析 (3)

2.1 最小系统的结构 (3)

2.2 各电路的原理分析 (3)

第三章原理图绘制 (8)

3.1 原理图设计的一般步骤 (8)

3.2 元件库的设计 (8)

第四章 PCB图的绘制 (12)

4.1 创建该项目下的PCB文件 (12)

4.2 绘制PCB (12)

总结 (15)

参考文献 (16)

附录 (17)

第一章绪论

1.1 设计目的及要求

电子线路CAD是以电为主的机电一体化工科专业的专业基础课，作为通信工程专业，要通过学习一种典型电子线路CAD软件altium designer，掌握计算机绘制包括电路（原理）图、印刷电路板图在内的电气图制图技能和相应的计算机仿真技能。通过本次设计，达到了解DXP软件的运用，认识51单片机的最小系统的构成以及学会改正制图过程中遇到的问题。

根据课程设计的题目，独立设计、绘制和仿真电路，实现51单片机的最最小系统。要求如下：

（1）设计出原理图自己绘制51单片机最小系统的电路图，分析电路图中各小电路的工作原理；

（2）用DXP软件画出原理图；

（3）用DXP软件仿真出PCB板，熟悉电路板的加工工艺；

1.2 设计流程

本次设计主要是熟练运用DXP作出最小单片机系统的电路图，以下通过介绍最小系统的各部分电路的电路图及原理，通过在DXP上绘制原理图，检查并修改错误，最后生成完整PCB板。

第二章原理分析

2.1 最小系统的结构

单片机单片微控制器，是在一块芯片中集成了CPU（中央处理器）、RAM（数据存储器）、ROM（程序存储器）、定时器/计数器和多种功能的I/O(输入和输出)接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。

单片机最小系统电路主要集合了串口电路、USB接口电路、蜂鸣器与继电器电路、AD&DA转换电路、数码管电路、复位电路、晶振电路和4*4矩阵键盘等电路。如下介绍几种简单的电路设计。

下图是本次设计的的几个有关电路图总体框图：

图2-1 总体设计框图

2.2 各电路的原理分析

2.2.1晶振电路+按键复位电路设计

图2-2

2.2.2串口电路设计

51系列单片机片内有一个串行I／O端口，通过引脚RXD(P3．0)和TXD(P3．1)可与外设电路进行全双工的串行异步通信。8051单片机的串行端口有4种基本工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任一方式，以满足不同应用场合的需要。其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以扩展单片机的I／O电路；方式1多用于双机之间或与外设电路的通信；方式2，3除有方式l的功能外，还可用作多机通信，以构成分布式多微机系统。串行端口有两个控制寄存器，用来设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送的波特率(每秒传送的位数)以及作为中断标志等。在一定条件下，向阳UF写入数据就启动了发送过程；读SBUf就启动了接收过程。串行通信的波特率可以程控设定。在不同工作方式中，由时钟振荡频率的分频值或由定时器Tl的定时溢出时间确定，使用十分方便灵活。

串口电路设计主要是采用RS232与上位机PC相连，驱动串口电路则使用MAX232芯片进行设计，电路设计如图2-3所示。

图2-3串口电路设计

2.2.

3.蜂鸣器设计

蜂鸣器一般作为报警功能使用，结构比较简单，使用起来很方便。

蜂鸣器设计电路如图2-2-2所示。

图2-4 Bell设计电路

2.2.4.AD&DA转换器设计

AD转换器也就是模数(Analog to Digital)转换器，即将模拟量(如电压、电流等)转换成数字量显示。设计采用了TI公司的AD芯片TLC549 ，这是一种低价位、高性能的8位 AD转换器，是以8位开关电容逐次逼近的方法实现 A/D 转换。DA转换器就是数模(Digital to Analog)转换器，即将数字信号转换成模拟信号。

AD&DA转换电路如图2-5所示。

图2-5 AD&DA转换电路

2.2.5.四位8段数码管的设计

数码管电路设计如图2-6所示。

图2-6 数码管的电路设计

2.2.6.4*4矩阵键盘的设计

在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立按键键盘相比，要节省很多的I/O 口。矩阵键盘的按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。列线通过上拉电阻接到+5V。

平时无按键动作时，列线处于高电平状态，而当由按键按下时，列线电平状态将由与此列线相连的行线电平决定。行线电平如果为低，则列线电平为低；行线电平如果为高，则列线电平亦为高。这一点是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。

该电路中还有一个与门，这个与门用来产生中断信号，当键盘中没有键按下时，所有行线的输出都应为低电平，以区别于列线状态，当矩阵键盘中任何一只键按下时，与门输出由高电平变为低电平，向CPU申请中断，由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。

矩阵键盘的电路设计如图2-7所示。

图2-7 矩阵键盘

第三章原理图绘制

3.1原理图设计的一般步骤

（1）打开altium designer ，建立一个项目，并保存为“cad课设”。

（2）下面所有元件设计及PCB的制作都要求在这个项目中进行。

（3）打开文件中创建原理图，点击。进入原理图界面，此时根据原理图图纸大小及版图选择符合自己的板式。

（4）放置元件。从元件库中选取所需元件。

（5）原理图布线。

（6）检查原理图是否正确，显示详情。

图3-1检查电路图

3.2 元件库的设计

（1）根据所给的原理图，在altium designer上画出图形。对于元件库里面没有的器件，需要自己查阅芯片数据手册手动画出元件库，然后放在“my device”元件库中。

（2）如下图所示。先点击文件选项中创建，选中库，继续点击原理图库。根据要求画出元件的引脚图。

手动绘制元件如下