简单的单片机开发系统设计(共29页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: PROTEL应用简单的单片机开发系统设计 初始条件：简单的单片机开发系统电路参考图一份，Protel99 SE 电路图辅助设计与绘制软件。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、 用PROTEL软件绘制电路的原理图，并给出相应的原理图网络表和原理图元件表。2、 建4个元件的原理图元件库以及相应的封装元件库。3、 用自动和手动相结合的方法设计出印制版电路图，除了给出完整的印制电路板图，还应给出分层图（顶层、底层、丝印层等）。4、 完成课程设

2、计报告。课程设计报告按章节书写，三项任务形成课程设计的三章内容，前面可以加PROTEL介绍，最后一章为总结。要求手写报告，PROTEL生成的图表须打印出来，以附件的形式放在报告的后面。时间安排：整个设计分散到学期中进行，期末上交报告，答辩。参考书目：1 柳春峰.Protel 99 SE实用教程.高等教育出版社2 顾滨.Protel 99 SE实用教程第二版.人民邮电出版社3 江思敏等.Protel电路设计教程.清华大学出版社指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录专心-专注-专业1 Altium Designer概述1.1 Altium Designer简介2005

3、年年底，Protel软件的原厂商 Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。 Altium Designer 6.0，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化 PCB 设计、可编程器件（如 FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。这款最新高端版本Altium Designer 6.除了全面继承包括9

4、9SE，Protel2004在内的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能。Altium Designer 6.0拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA设计功能和 SOPC设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计以及嵌入式设计集成在一起。 首先：在PCB部分，除了Protel2004中的多通道复制；实时的、阻抗控制布线功能；SitusTM自动布线器等新功能以外，Altium Designer 6.0还着重在：差分对布线，FPGA器件差分对管脚的动态分配， PCB和FPGA之间的全面集成，从而实现了自动引脚优化和非凡的布线效果。还有PCB文件切

5、片，PCB多个器件集体操作，在PCB文件中支持多国语言 （中文、英文、德文、法文、日文）,任意字体和大小的汉字字符输入，光标跟随在线信息显示功能，光标点可选器件列表，复杂BGA器件的多层自动扇出，提供 了对高密度封装（如 BGA）的交互布线功能, 总线布线功能，器件精确移动，快速铺铜等功能。 交互式编辑、出错查询、布线和可视化功能，从而能更快地实现电路板布局,支持高速电路设计，具有成熟的布线后信号完整性分析工具. Altium Designer 6.0 对差分信号提供系统范围内的支持，可对高速内连的差分信号对进行充分定义、管理和交互式布线。支持包括对在FPGA项目内部定义的LVDS信号的物理设

6、计 进行自动映射。 LVDS 是差分信号最通用的标准，广泛应用于可编程器件。Altium Designer 可充分利用当今FPGA 器件上的扩展I/O管脚。 其次，在原理图部分，新增加“灵巧粘帖”可以将一些不同的对象拷贝到原理图当中，比如一些网络标号， 一页图纸的BOM表，都可以拷贝粘帖到原理图当中。原理图文件切片，多个器件集体操作，文本筐的直接编辑，箭头的添加，器件精确移动，总线走线，自动网标 选择等！ 强大的前端将多层次、多通道的原理图输入、VHDL开发和功能仿真、布线前后的信号完整性分析功能。在信号仿真部分，提供完善的混合信号仿真,在对 XSPICE 标准的支持之外，还支持对Pspice

7、模型和电路的仿真。对FPGA设计提供了丰富的IP内核，包括各种处理器、存储器、外设、接口、以及虚拟仪器 。 第三 在嵌入式设计部分，增强了JTAG器件的实时显示功能，增强型基于FPGA的逻辑分析仪，可以支持32位或64位的信号输入。除了现有的多种处理器内核 外，还增强了对更多的32位微处理器的支持，可以使嵌入式软件设计在软处理器，FPGA内部嵌入的硬处理器，分立处理器之间无缝的迁移。使用了 Wishbone 开放总线连接器允许在FPGA上实现的逻辑模块可以透明的连接到各种处理器上。Altium Designer 6.0支持 Xilinx MicroBlaze，TSK3000 等32位软处理器，

8、PowerPC 405 硬核，并且支持AMCC 405和Sharp BlueStreak ARM7 系列分立的处理器。对每一种处理器都提供完备的开发调试工具。1.2 Altium Designer 主要特点(1)一种同时进行PCB和FPGA 设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能;(2)强大的前端将多层次、多通道的原理图输入、混合信号仿真、VHDL 开发和功能仿真及布线前信号完整性分析结合起来;(3)引入了以FPGA 为目标的虚拟仪器，当其与LiveDesign-enabled 硬件平台NanoBoard结合时，用户可以快速、交互地实现和调试基于FPGA 的设计;(4

9、)PCB和FPGA 之间的全面集成，从而实现了自动引脚优化和非凡的布线效果;(5)交互式编辑、出错查询、布线和可视化功能，从而能更快地实现电路板布局。2电路原理图绘制2.1原理图设计环境通过File/New/Schematic命令新建一个原理图文件。Altium Designer的原理图设计环境如图2.1-1所示。图2.1-1绘制原理图时，我们可以根据个人的喜好更改设置环境。我将格点（Grid）设置为10min,原理图纸张的大小设置为A4，布线时线条的颜色设置为蓝色。同时还可设置字体大小及颜色等。这些操作我们可以通过Design/Documents Option选项来进行操作。设置完成后我们即

10、可以开始原理图的绘制。2.2原理图元件放置及布线（1）原理图元件的放置首先，我们应该找到我们所需要的元件。我们可以在Altium Desgner自带的元件库里面找，通过Library/Search命令查找，也可以通过自己绘制原理图库。我是自己绘制的原理图库。当原理图库绘制好了，我们就可以放置元件了。放置时我们可以使用空格键使其逆时针旋转九十度，X水平旋转，Y竖直旋转。如果我们选中元件，使用Edit/Align命令可以对其元件进行对齐操作。（2）原理图元件的连线线及电气检查当所有的元件都放置好了之后，我们就可以连线了。使用Place/Wire命令连线，或者选择工具栏上的快捷图标进行连线。连线时我

11、们应该注意布局的美观及布线是否正确。绘图时我们一定要注意网络标号的连接。连线结束后我们应进行电气检查，使用Project/Compile菜单命令。有错则改，没错的话我们就进行下一步操作。（3）网络报表及元件清单的生成简单的单片机开发系统设计的原理图见附录一。编译原理图，如果完全没有错误，我们就可以生成元件清单了。使用菜单Design/Netlist For Document/Wirelist生成网络表。具体网络表见附录二。通过Report/Bill Of Material命令生成元件清单。具体的原件清单见附录三。3原理图元件库以及封装元件库的建立3.1原理图元件库的设计很多情况下，我们都不能在

12、Altium Designer自带的元件库里面找到我们所需要的元件，这时，就需要我们自己动手绘制元件库了。我们可以通过File/New/Library/Schematic Library命令进入元件库设计界面，然后自己动手设计所需要的元件库。我们可以通过Place/Rectangle放置芯片的外框，通过Place/Pin（或者使用PP快捷键）放置引脚，放置引脚是我们应该注意将它们的热点朝外。此次课设中，我绘制了DSC320MCG、74LS373、27C256三个元件的原理图库。设计他们的引脚属性时，我们可以在放置时按一下tab键，弹出引脚属性对话框。我将引脚的电气类型选择的是Passive，这

13、样他们在编译时就不会报错。这三个元件库见附录四。3.2封装元件库的设计绘制PCB板之前，每个元件都必须有其对应的封装（Footprint）。Altium Designer自身为我们提供的封装库是有限的，远远不能满足我们的设计要求。此时，我们这需要绘制自己所需元件的PCB库。绘制PCB库时，我们应该找到对应元件的PDF英文资料。根据其中的参数来设置这些元器件的规格。我们可以通过File/New/library/PCB Library命令来进入PCB设计界面。在这次设计中，我使用的是元件向导命令Tools/Component Wizard来进行操作的。三个芯片我均采用的是直插式的画法。过孔的大小是

14、阅读芯片资料得到。最后绘制的DSC320MCG、74LS373、27C256三个元件的封装库见附录五。4印制电路板设计4.1印制电路板基础在制作PCB板之前，我们首先应该满足这样的几个条件：（1）原理图绘制编译无错；（首先，我们必须新建一个PCB工程文件，我建立的工程为课设.PrjPCB,否则最后编译原理图时总会报错，显示. has no dirver错误信息。）（2）每个元件都有与其对应的封装，并建立了对应关系；（3）建立了相应的原理图元件库和封装元件库。最后，在我的PCB工程下的包含的文件如图4.1-1所示。图4.1-1当满足上面几个条件后，我们就可以将原理图导入到PCB板了。我们可以通过

15、。Design/ImportChanges from 课设.PrjPCB命令来完成相关操作。4.2简单的单片机开发系统PCB设计PCB板的绘制，大致分为以下几个流程：（1）新建一个PCB工程，保存名称为课设.PCBdoc。使用Keep Out Layer设置禁止布线层。（2）使用Design/Rules检查设计原则。包括拐弯方式规则，间距限制，过孔类型及布线宽度等。我采用的均是默认设置。（3）使用自动布线与手动布线相结合的方式布线。首先我使用Auto Route/All进行全部元器件的自动布线。然后我们看哪些线连得不怎么好或者太密不美观的话，再使用Place/Interactive Routi

16、ng进行手动布线。下面是布线时使用的一些快捷键：SHIFT+R 切换冲突解决模式：推挤、绕开、包围和推挤、忽略；SHIFT+SPACR 切换不同的走线角度；SHIFT+W 切换不同的走线宽度。（4）添加泪滴。使用Tools/Teardrops命令调出Teardrops Option对话框，在Action区域内选择Add来添加泪滴。点击OK关闭对话框。（5）使用Project/Compile命令编译PCB文件，如果没有错误，则保存PCB文件。最后生成的PCB总图见附录六，顶层图见附录七，底层图见附录八，丝印层见附录九，焊接图见附录十，铺地图见附录十一。4.3 PCB设计总结在做这次课设之前，我并

17、没有太多的接触过Altium Designer这款软件，只听同学说过它的功能很强大。通过这个课设，我开始正真地理解了它之所以强大。Altium Designer作为Protel 99 SE的升级版，它不仅拥有Protel的所有功能，而且比Protel更加强大。在绘制PCB板时，我们一定要先设置Keep Out Layer禁止布线层，这样为我们正确的布线提供了一个前提。在导入原理图元件时，我们一定要先保存我们所建立的PCB文件，否则将会出现错误提示信息而无法将其导入。布线时，我们一定先要将元件布局设置好，这是我们画出一幅美观、整洁、成本低廉的PCB板子的前提与必要条件。我们可以通过多次尝试的方法

18、将元件多角度旋转及其拖动需找最适合布线的方向及其放置位置。Altium Designer还为我们提供了多种PCB视图。其中有3D模型，顶层图，底层图等。为我们进行PCB板设计提供了很大的帮助。由于这次时间仓促，Altium Designer中还有很多功能没有学会。但是，Altium Designer作为我们专业必须会用到软件，在今后的时间里我还会继续学习的。5学习总结Altium Designer作为电子信息类专业必须学会的软件，对于我们的重要性不言而喻。而在这次课设之前，我并没有太多的接触过这类软件。通过这次学习，让我受益匪浅。首先，对于建立一个PCB文件必须按照一定的步骤进行。依我看，这个

19、步骤是：建立一个PCB工程添加原理图文件，并绘制原理图添加各元件的封装，建立对应关系建立PCB图纸将原理图导入到PCB文件布线，编译，输出PCB文件开始时，我并没有严格按照这个步骤来设计，导致浪费了很多时间。比如说开始时我并没有建立一个PCB过程，编译原理图时出现了很多错误而无法解决。后来在同学的帮助下才解决了这一难题。再后来设计PCB板时，由于有些的元件与封装并没有建立对应关系，而导致后来无法将原理图正确导入到PCB中。不过后来经过自己查阅资料以及观看视频教程才将这一问题解决。所以说，书籍才是我们最好的老师，我们不能想当然的按自己的想法去学习。由于Altium Designer 的功能很强大

20、，所以Altium Designer的按键及其功能选项也相当的多。这就要求我们有一定的英语阅读能力。其实，Altium Designer中为我们提供了功能庞大的帮助文件，我们可以通过help命令查询。这也是我这次设计实践的最大收获之一。我们应该学会自己解决学习中遇到的问题，而不能一味的等着被人来替你解答。这样不仅可以使我们收获很多，同时也对培养我们的自主学习有很大的帮助。由于这次时间有限，我对Altium Designer的学习还远远不够，只能说是入门了。但是，在以后的日子里我还是会继续学习的。我相信这次的学习为我日后的学习打下了一定的基础，使我在以后的学习中会轻松不少。参考文献1 柳春峰.P

21、rotel 99 SE实用教程.高等教育出版社2 顾滨.Protel 99 SE实用教程第二版.人民邮电出版社3 江思敏等.Protel电路设计教程.清华大学出版社4 杨杉等. Protel DXP实用教程.西安电子科技大学出版社附录附录一 简单的单片机开发系统设计原理图附录二 网络表Wire List<<< Component List >>>Cap C1 RAD-0.3Cap C2 RAD-0.3Cap2 C3 CAPR5-4X5XTAL CRY1 R38Res2 R1 AXIAL-0.4Res2 R2 AXIAL-0.4SW-PB S1 SPST-2D

22、S80C320MCG U1 DS80C320MCG74LS373 U2 74LS37327C256 U3 27C256<<< Wire List >>> NODE REFERENCE PIN # PIN NAME PIN TYPE PART VALUE00001 ALE U1 30 ALE PASSIVE DS80C320MCG U2 11 LE PASSIVE 74LS37300002 GND C1 1 1 PASSIVE Cap C2 1 1 PASSIVE Cap R2 1 1 PASSIVE Res2 U1 31 EA PASSIVE DS80C32

23、0MCG U2 1 OE PASSIVE 74LS373 U3 20 E PASSIVE 27C25600003 NetC3_2 C3 2 2 PASSIVE Cap2 S1 2 2 PASSIVE SW-PB00004 NetR1_1 R1 1 1 PASSIVE Res2 R2 2 2 PASSIVE Res200007 NetU1_3 U1 3 P1.2/RXD1 PASSIVE DS80C320MCG00008 NetU1_4 U1 4 P1.3/TXD1 PASSIVE DS80C320MCG00022 PSEN U1 29 PSEN PASSIVE DS80C320MCG U3 2

24、2 G PASSIVE 27C25600023 RESET C3 1 1 PASSIVE Cap2 U1 9 RST PASSIVE DS80C320MCG00024 VCC R1 2 2 PASSIVE Res2 S1 1 1 PASSIVE SW-PB00025 X1 C1 2 2 PASSIVE Cap CRY1 1 OSC1 PASSIVE XTAL U1 19 X1 PASSIVE DS80C320MCG00026 X2 C2 2 2 PASSIVE Cap CRY1 2 OSC2 PASSIVE XTAL U1 18 X2 PASSIVE DS80C320MCG00029 A0 U

25、2 2 Q0 PASSIVE 74LS373 U3 10 A0 PASSIVE 27C25600030 A1 U2 5 Q1 PASSIVE 74LS373 U3 9 A1 PASSIVE 27C25600031 A2 U2 6 Q2 PASSIVE 74LS373 U3 8 A2 PASSIVE 27C25600032 A3 U2 9 Q3 PASSIVE 74LS373 U3 7 A3 PASSIVE 27C25600033 A4 U2 12 Q4 PASSIVE 74LS373 U3 6 A4 PASSIVE 27C25600034 A5 U2 15 Q5 PASSIVE 74LS373

26、 U3 5 A5 PASSIVE 27C25600035 A6 U2 16 Q6 PASSIVE 74LS373 U3 4 A6 PASSIVE 27C25600036 A7 U2 19 Q7 PASSIVE 74LS373 U3 3 A7 PASSIVE 27C25600037 A8 U1 21 (A8)P2.0 PASSIVE DS80C320MCG U3 25 A8 PASSIVE 27C25600038 A9 U1 22 (A9)P2.1 PASSIVE DS80C320MCG U3 24 A9 PASSIVE 27C25600039 A10 U1 23 (A10)P2.2 PASSI

27、VE DS80C320MCG U3 21 A10 PASSIVE 27C25600040 A11 U1 24 (A11)P2.3 PASSIVE DS80C320MCG U3 23 A11 PASSIVE 27C25600041 A12 U1 25 (A12)P2.4 PASSIVE DS80C320MCG U3 2 A12 PASSIVE 27C25600042 A13 U1 26 (A13)P2.5 PASSIVE DS80C320MCG U3 26 A13 PASSIVE 27C25600043 A14 U1 27 (A14)P2.6 PASSIVE DS80C320MCG U3 27

28、A14 PASSIVE 27C25600045 AD0 U1 39 (AD0)P0.0 PASSIVE DS80C320MCG U2 3 D0 PASSIVE 74LS373 U3 11 DQ1 PASSIVE 27C25600046 AD1 U1 38 (AD1)P0.1 PASSIVE DS80C320MCG U2 4 D1 PASSIVE 74LS373 U3 12 DQ2 PASSIVE 27C25600047 AD2 U1 37 (AD2)P0.2 PASSIVE DS80C320MCG U2 7 D2 PASSIVE 74LS373 U3 13 DQ3 PASSIVE 27C25600048