CAD课程设计51单片机最小系统报告

目录
第一章、功能要求 (2)
第二章、原理图设计 (3)
2.1 元器件的绘制 (3)
2.2 绘制原理图 (6)
第三章、PCB板的绘制 (9)
第四章、设计心得与体会 (10)
第一章功能要求
此次设计是一个51单片机的最小系统，整个系统包括电源电路、AD转换电路、51单片机主控芯片、温度采集电路、串口部分、复位电路等，其中P1口设计了一个4×4的矩阵键盘，P2口和P2口作为段选和片选的地址线，以驱动数码管的静动态显示，P3口就是一个控制口了，有接串口、复位和时钟电路。

此电路的设计是想利用18B20这一芯片实现温度的采集，并进行AD转换输出。

第二章原理图的设计
原理图的设计，会影响到后来的PCB板的规划，所以最初的设计就必须最优的设计方案，设计方案的选择、元器件的选择等，是至关重要的环节。

所有的项目的设计，都需要在最初建立一个项目，文件菜单栏中的创建PCB 项目，以下所有的工作都在此项目中完成。

图2 建立项目
2.1元器件的绘制
原理图的绘制之前都需要装载元器件库，选择“元器件“，在如下窗口中找到自己需要的元器件安装。

图2.1 元件库安装
由于元器件库里大部分的元器件都没有，所以大部分都需要绘制，建立自己
的组件库。

绘制元器件的过程如下：
打开DXP软件，在文件菜单栏里面创建原理图元件库，就会产生一个以Schlib为后缀的文件，在编辑区的中心有一个十字坐标轴将元件编辑区分成4个象限，但是我们一般在第四象限绘制。

根据原理图上面器件的形状，在放置一栏中放置元件的外形，再依次放置引脚，引脚的标注根据需要而修改，并且设置管脚属性，最后设置元件的属性，其中包括元件的封装和仿真参数。

图2.2 创建器件库
这里还要介绍一下元件的封装。

也是在文件菜单栏中创建PCB库，在工具一栏中选择新元件，在元件封装向导的指引下规定封装的形式和引脚规格，这包括封装的类型和各引脚之间的距离，引脚的大小等等，最后保存。

同时要在之前画的元件的图中找到此封装，将两者关联起来。

这才算完成一个元器件的绘制。

这里列举几个元器件图：
1、AD转换部分：TLC5649和5620都是AD转换部分使用到的芯片，这里是自己绘制的，包括封装。

图2.3 AD-TLC5649 图2.4 TLC5620
2．主控电路：这部分主要是包括51单片机及其周围一些接口电路和排阻，4个并口所接的芯片都是自己绘制的。

图2.5 STC89C52 图2.6 HEADER16
2.2绘制原理图
在DXP的软件中，在文件菜单栏中创建原理图，会产生一个以SCHDOC为后缀的文件，按照图纸，以此绘制原理图，移进相应的元器件，其中会用到电源线、地线、总线、导线等进行连接，并且一些简单的电阻和电容还是可以在元件库中找到。

放置元器件、导线，绘制的过程中注意各器件的安排，要适合整张图纸，使全体美观且便于检查，并学会快捷键的使用
子图部分：
这次的最小系统的设计涉及到了子图，采用自上而下的方法，从母图开始逐步细化，是DXP设计下的层次结构体现的淋漓尽致，给读书更直观、更清晰的理解。

在“文件”菜单栏中创建原理图，但是绘制的时候是采用工具栏中的一些
图标，例如放置方块电路和方块端口，对其设置属性和相应的电路参数。

再绘制子图，“设计”栏中选择“根据符号创建图纸”即可。

绘制过程中注意母图和子图的关联性和对应。

图示即为母图和子图：
1、串口部分：串口部分是为了给单片机下载需要的程序，用到的MAX232和串口。

图2.7 串口的母图和子图
2、4×4的矩阵键盘
图2.8 矩阵键盘母图
图2.9 矩阵键盘的子图3、蜂鸣器：
图2.10 蜂鸣器的母图和子图4、数码管显示：
图2.11 数码管的母图和子图
最后所有的部分完成及可见完整的原理图如下：
图2.12 51单片机最小系统原理图
绘制完整后，在“项目管理”菜单栏中检查是否有错误，在“设计”菜单栏中选中“设计项目的网络表”，其中是选择Protel选项。

此步是为了PCB板子的绘制做准备的，所以不可缺少.
第三章PCB图的绘制
原理图的“项目管理”菜单栏中选择“追加新文件到项目中”的“PCB文件”，就打开了PCB文件，首先要保存。

最初要设置PCB板子的规则，包括导线的宽度、板子的层数、孔的大小等。

然后，在机械层画出板子的大小，并且以能放进所有元件切板子小而优，导入网络表和元器件封装，这就要检查其中是否有错误，我们发现有几处的封装做的不是很完整，所以进行了修改（如果看不见原理图，可缩小再看），将其移近所画范围中，我们可以看见其中的飞线，那是说明这其中的连接。

然后手动布局，将所有器件移到最适合的位置，根据最初的设计规则，在一层或者两层连线（注意连线的过程中在转折处不要形成直角，否则会尖端放电，并且连线之前要考虑全局，不要给自己造成无路可走的局面），也可自动布线。

当所有的连线完成，调整布线的布局使其更加美观。

图3.1 PCB板
最后可在“工具”菜单栏中检查是否有错误，我们发现其实很多细节的地方，连线没有连到位，所以是断线状态，通过将图放大后修改完成。

如果有需要，可以给PCB板覆铜。

最后生成器件清单，在“报告”菜单栏中就可做到。

并将其以Excel方式保存。

第四章设计心得与体会
通过此次的课程设计，掌握了更多DXP程序工作的基本过程和任务。

本次设计由于是本身就有的图纸，所以绘制原理图的过程中没有很大的问题，但是元器件的绘制比较麻烦，期间有查阅相关书籍，询问了同学；并且PCB板的绘制，遭遇到布局不优良的问题，给设计造成了一些阻碍。

但是因为本次设计比平时上课的内容要复杂，比如子图的内容，知道了原理图的层次结构给设计带来的方便，所以还是得到不少锻炼。

对于器件的绘制更加熟悉了。

也激起了对课程学习的更大兴趣，并且对于单片机的相关知识也加深了许多，可以说是一举两得。

这次是自己真正学习的过程，并且完成论文的过程中又学会了使用更多的截图工具，所以算是意外的收获，以后还要继续努力。

参考文献：
1、邵群涛主编，《电气制图与电子线路CAD》，北京：机械工业出版社，2005。

2、程昱主编《精通Protel DXP电路设计》清华大学出版社。