protel应用课程设计-二十三进制计数器设计

武汉理工大学《Protel应用实践》课程设计说明书PAGE24武汉理工大学《Protel应用实践》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:Protel应用实践——二十三进制计数器设计初始条件：Protel99se及以上版本如protelDXP要求完成的主要任务:绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图*.sch（自选）。可以涉及模拟、数字、高频、单片机、或者一个具有完备功能的电路系统。绘制相应电路原理图的双面印刷版图*.pcb对电路原理图进行仿真，给出仿真结果（如波形*.sdf、数据）并说明是否达到设计意图。时间安排：序号阶段内容时间1安排任务第17周2电路选择与绘制第18周3撰写报告第18周4答辩第18周合计2周指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要本次课程设计，是为了练习使用Protel软件绘制原理图，制作PCB，并对原理图进行仿真。在这次课程设计中，我选择以555定时器电路来产生矩形脉冲波，作为计数器的脉冲输入。555定时器应用非常广泛，可以由555定时器来构成施密特触发器，单稳态触发器，多谐振荡器。为了得到可调的矩形脉冲波形，选择用555定时器构成的占空比可调的矩形脉冲。原理图包括两部分，555定时器产生矩形脉冲波形电路，和计数部分电路。并绘制出PCB电路，熟悉电子电路设计的过程。对原理图进行仿真，由于对Protel的仿真功能不是很熟悉，因此选择部分电路仿真，仿真555定时器组成的脉冲电路。关键字555定时器计数器Protel99seAbstractThiscourseisdesigned,inordertopracticeusingProtelsoftwaredrawingschematics,PCBandschematicdiagramforemulation.Inthiscourse,Ichooseto555timercircuittogeneraterectangularpulsewave,asacounterofpulseinput.555timerapplicationcanbeverybroad,toformthe555timer,Schmitttrigger,thetriggermonostablemultivibrator.Inordertogetadjustablerectangularpulsewaveforms,selectuse555Timercomponent'sdutyfactoradjustablerectangularpulses.Schematicdiagramconsistsoftwoparts,the555timercircuitofrectangularpulsewaveformgeneration,andcountssomecircuits.AnddrawoutthePCBcircuit,familiarwithelectroniccircuitdesignprocess.Ontheschematicdiagramforsimulation,simulationofProtelfeatureisnotveryfamiliarwith,soselectpartsofthecircuitsimulation,simulationof555timercircuitofpulse.

Keyword555timercounterProtel99se目录摘要 IAbstract II目录 III1引言 12二十三进制计数器原理 22.1555定时器产生多谐振荡器 22.2二十三进制计数器原理 33Protel原理图绘制 43.1准备画图 43.3原理图放置元件 53.4连接电路 63.5元器件的封装 73.5.1封装元器件 73.5.2创建PCB元器件 84PCB板制作 94.1生成网络表 94.2创建PCB文件 94.3导入器件 104.4元件的手动布局 104.5元件的手动布线 104.6电路板覆铜 125Protel电路仿真 145.1放置电源及信号源 145.2设置仿真参数 155.3查看仿真波形 155.4仿真结果与分析 166心得体会 177参考文献 19附录 201元件清单 202完整原理图 213PCB板最后完成图 221引言电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation,EDA）技术是现代电子工程领域的一门新技术，它提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计方法。EDA技术的发展和推广极大地推动了电子工业的发展。电路及印制电路板（PCB）设计是EDA技术的一个重要内容，Protel是其中比较杰出的一个软件。Protel99SE较以前的版本功能更加强大，它是桌面环境下以设计管理和协作技术为核心的一个优秀的印制电路板设计系统。Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。Protel设计系统是一套建立在IBM兼容PC环境下的EDA电路集成设计系统，由于其高度的集成性与扩展性，一经推出，立即为广大用户所接受，很快就成为世界PC平台上最流行的电子设计自动化软件。Protel99SE共有5个模块，分别是原理图设计、电路板设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。这是一个易于使用的含有大量元件库的原理图编辑器，主要用于原理图的设计。它可以为印制电路板设计提供网络表。该编辑器除了具有强大的原理图编辑功能以外，其分层组织设计功能、设计同步器、丰富的电气设计检验功能及强大而完善的打印输出功能，并具有一定的仿真功能，使用户可以轻松完成所需的设计任务。2二十三进制计数器原理2.1555定时器产生多谐振荡器图1用555定时器构成占空比可调的多谐振荡器当电路与电源接通瞬间，C2两端没有存储电荷，两端电压为零，555定时器2、6端输入电压为零，出现6端输入电压小于EQEQEQ\F(2,3)Vcc,2端输入电压小于EQ\F(1,3)Vcc，集成运算发大器A1输出高电平，A2输出高电平，基本RS触发器处于置“1”工作状态，输出信号Vo为高电平，使晶体管截止，电源Vcc给电容C2充电。利用二极管的单向导电性，电容充电时将经历Vcc→R5→Rw的上半部（Rw1）→D1→C2→公共端。一直维持到C2两端的电压略超过EQ\F(2,3)Vcc。当C2两端的电压略超过EQ\F(,)EQ\F(2,3)Vcc时，出现6端输入电压大于EQ\F(,)EQ\F(2,3)Vcc，2端输入电压大于EQ\F(,)EQ\F(1,3)Vcc的情况，集成运算放大器的A1输出低电平，A2输出高电平，基本RS触发器清零工作状态，输出信号Vo为低电平，使晶体管导通，电容放电。电容放电时将经历C2→D2→R6→Rw的下半部（Rw2）→三极管T→公共端。这种情况一直维持到C2的两端电压略低于EQ\F(,)EQ\F(1,3)Vcc。此后重新回到上述的充电过程，如此周而复始，形成振荡，产生矩形脉冲波输出。充电过程的方程式（2.1.1）充电所用时间（2.1.2）放电过程的方程式（2.1.3）放电所用时间（2.1.4）取R5=R6，改Rw的值就能实现占空比可调的多谐振荡器了2.2二十三进制计数器原理图2二十三进制计数器电路图十位的进位信号由个位计数器提供，将个位计数器的输出端CO控制十位计数器的脉冲信号，个位计数器接收到第10个脉冲时向十进位。十位计数器的输出端Q2与个位计数器的输出端Q2和Q1经与非门控制两片计数器的清零端CLR，当计数器的输出状态为00100011时，立即反馈为零，实现23进制递增计数。3Protel原理图绘制3.1准备画图进入Protel99SE，创建一个数据库，执行菜单File/New命令，系统弹出文件类型的对话框，从框中选择原理图服务器（SchematicDocument）图标，双击该图标，在空白处右击，在弹出来的快捷菜单中，单击“New…”命令，弹出“NewDocuments”对话框，如图3所示。图3NewDocument对话框双击图标，在文件夹窗口会出现一个原理图文件的图标，建立了一个原理图。双击原理图图标，进入原理图设计服务器界面，开始画原理图。

3.2定位元件和加载元件库本次课设要做仿真图，因此直接用仿真元器件库中的元件来做原理图，需要添加仿真库。点击BrowseSch下的Add/Remove,弹出如图4所示对话框。在对话框中找到Sim.ddb文件，点击Add,用Remove按钮移除其他的元件库，只加载仿真元件库。只用在仿真库中找到的元件才能进行仿真，仿真元件库中有大量的元件，一般的电路图都能够画出。如果加载的元件库过多，就有可能导致原理图的有些元件不是仿真库中的，导致仿真时出现错误。图4加载元件库对话框3.3原理图放置元件根据实际电路的需要，到元件库中找出所需的元件，然后用元件管理器Place按钮将元件放置在工作平面上，根据元件之间的走线把元件调整好。

摆放元件的基本操作移动元件：用鼠标左键点中元件，并按住不放，然后移动元件。元件的旋转：就是改变元件的放置方向。用鼠标左键点中元件后，按住不放，此时可以使用功能键，就可以实现元件的旋转。SPACE键：让元件旋转90°。Ctrl+X键：使元件左右对掉，即是自光标为轴作水平对调。Ctrl+Y键：使元件上下对掉，即是自光标为轴作垂直对调。3.4连接电路此时一定要选用工具条中的进行连线，因为只用此线才是具有电气性质，当预拉线的指针移动到元件的引脚或其它电气特性线时，指针的中心将会出现一个黑点，它提示我们在当前状态下单机鼠标左键就会形成一个有效的电气连接。绘制好的原理图如图5和图6所示。Protel原理图中具有相同节点标号的节点电气连接。图5所示的555定时器构成的占空比可调的多谐振荡器和图6所示的二十三进制计数器是通过相同的节点【OUT】连接在一起的。在电路连接完成后，可进行ERC检查。ERC主要是检查电路图中是否有电气特性不一致的情况，根据问题的严重性分别以错误（Error）或警告(Warning)信息来提示用户。选择Tools菜单下的ERC项，在弹出的对话框中，直接点击OK键即可进行ERC检查。如果有错误，改正错误后可再进行ERC检查。图5555定时器构成的脉冲电路绘制的原理图图6计数器电路绘制的原理图3.5元器件的封装3.5.1封装元器件在绘制PCB的界面中，点击Browse的下拉菜单，选中Libraries文件夹，在Libraries中找到原理图中元器件相应的封装。在数字芯片中一个可能包含几个元器件，因此可以将相同的元器件封装到一个芯片里面。以把两个运放封装到一个芯片为例，双击元件，打开元件对话框，如图7所示。使两个元器件的型号相同，都填LM358，然后再将一个的Part填1，另外一个填2，点击OK，两个运放就封装到一个芯片里了。图7运放参数设置对话框3.5.2创建PCB元器件由于PCB的封装库中没有数码管的封装，这时就需要自己绘制一个元器件的封装。与新建原理图操作相同，弹出“NewDocuments”对话框后，双击对话框中的PcbLibraryDocuments图标，在文件夹窗口会出现一个元器件封装库文件的图标，默认文件名为“PCBLIB.LIB”,启动元器件封装编辑器，给数码管的封装改名为SHUMAGUAN。然后在编辑界面绘制数码管的封装。注意焊盘的编号和原理图里的引脚编号一样，最后在丝印层绘制元件的边框。画好后保存并更新库文件，用的时候导入这个库文件就行了。图8数码管封装模型4PCB板制作4.1生成网络表网络表非常重要，它是PCB（电路板）布线的依据，也是原理图设计软件SCH与印刷电路板软件PCB之间的接口。选取设计菜单下的createnetlist选项则弹出如图9所示对话框，点击OK键就可生成网络表文件。图9生成网络表对话框4.2创建PCB文件打开Documents文件夹，在空白处右击，在弹出来的快捷菜单中，单击“New…”命令，弹出“NewDocuments”对话框。如图2选择图标点击OK，在文件夹窗口会出现一个元器件PCB文件的图标。双击图标，进入PCB设计主界面。4.3导入器件选择菜单栏中的Design∣LoadNets...,弹出如下对话框。图10加载网络表对话框单击Browse…，在弹出的下拉菜单中选择原理图所生成的网络表，再单击Execute,网络表加载成功。4.4元件的手动布局先把重叠的元件拖开，Protel虽然具有自动布局的功能，但是并不能完全适合电路工作的需要，有时也需要人工调整。因为我做的原理图也不算太复杂，而且也可以对Protel操作更加熟练，我选择手动的对元件进行布局。依据电路的功能及元件的大小，适当的摆放元件。4.5元件的手动布线Protel的自动布线功能也不是尽善尽美，我选择手动布线。手动布线设置布线的参数，选择Design|rule,弹出如图13所示对话框，选择Widthconstraint，设置电源布线参数。手动布线时要注意分层布线，在TopLayer布线为红色，在BottomLayer布线为蓝色，为双层布线板。布线时选用工具栏中的图标，在导线不能穿过的地方用过孔。删除不理想的布线，点击Edit|Delete选项，光标变成了十字光标，左键点击要删除的导线，即可删除。布线完毕后，执行菜单命令Tools/DesignRulesCheck…，对短路情况和没有布置的连线进行检查，如果不存在错误，那么对电路板的设计就完成了。图11布线参数设置对话框手动布线结果如图所示图12PCB布线电路图4.6电路板覆铜在TopLayer和BottomLayer层分别进行覆铜。覆铜时左击工具栏的按钮操作会弹出如下对话图13覆铜参数设置对话框在对话框中设置合适的参数，覆铜节点选择GND。RemoveDeadConnect是去死铜，一般选上。如果电路板实现整面覆铜，则GridSize和TrackWidth选择相同的大小的值，如果选择网格覆铜，则GridSize和Trackwidth选择不用大小的值，并可以在hatchingstyle选项中选择调整网格覆铜的角度，对接地进行覆铜可以让信号稳定，点击OK后，选择覆铜区域，即可对电路板进行覆铜。图14TopLayer层放置网络名称为GND的覆铜5Protel电路仿真由于对数码管的仿真不熟悉，并不能对完整的原理图进行仿真，因此选择对部分电路进行仿真。通过网上查阅资料。了解到Protel可以对555定时器电路仿真，在数码管方面的仿真不常见，故选择对555定时器组成的占空比可调的多谐振荡器进行仿真。5.1放置电源及信号源在仿真库中找到合适的电源及信号源，设置参数。在由555定时器组成的多谐振荡器中，有两个电源，Vcc1和Vcc2。双击电源图标，打开电源参数设置对话窗口，如图15所示，选择合适的电源参数。图15电源参数设置对话框5.2设置仿真参数执行菜单命令Simulation∣Setup...,弹出如图16的对话框图16仿真参数设置对话框在General标签中的SelectAnalysestoRun栏下，选择仿真分析的方法。这里选择OperatingPointAnalysis（直流工作点分析）和Transient/FourierAnalysis（瞬态分析/傅里叶分析）。在对话框中的CollectDataFor下拉表中，有5个不同的数据存储类型。这里选择“NodeVoltages,SupplyCurrents,DeviceCurrentsandPowers”(存储每个节点的电压、每个供电电源的电流以及每个元件上的电流和功耗)。接着指定所要显示数据的节点，直接双击AvailableSignals列表总需要的节点，就会在ActiveSignals列表栏中列出。5.3查看仿真波形在仿真的过程中改变滑动变阻器的值，可以改变多谐振荡器的矩形脉冲周期。该电路可调节滑阻值得到占空比为0.5的波形图，如图17所示，这是一般的555定时器所构成的多谐振荡器所部能实现的，调节滑阻的比值又可得到各种占空比的波形，图18所示波形正是其中的一种。图17占空比为0.5的波形图图18改变滑阻比值得到的另一组矩形波5.4仿真结果与分析仿真结果是占空比可调的矩形脉冲波，改变滑组的比值得到两组占空比不同的矩形脉冲波，与原理图功能是一样的，达到了电路设计的目的。改变滑组的比值时会改变充放电时间常数，这样就能实现占空比的调节。6心得体会Protel是一款功能很强大的软件，能够画原理图，制作PCB，还兼有仿真的功能。刚开始听说要做Protel课设的时候并没有觉得有什么难度，我们在大二上学期的实习中就接触过Protel，对这个软件有点熟悉。可是在做课设的过程中，才了解到我们以前使用Protel做PCB，完全是依葫芦画瓢，一步一步照着书上做，只要最后做PCB的自动布线的条数和老师所要求的一样，就算完成任务了，根本就不了解这样做的原理。通过这次课设对Protel有了更深层次的了解。开始做课设的时候，由于不了解这款软件的仿真功能，认为只要原理图够复杂就可以了，尝试画过很多电路图。单片机就是其中的一个，因为元器件库中没有单片机相应的模型，自己手动画了一个单片机的模型，学会了自己添加元器件库。在选择好电路图后，就尝试着仿真。我以前对Protel的仿真一无所知，通过上网查资料，去图书馆查阅书籍，才渐渐对它的仿真有点了解。元件只有在Protel的仿真库中，才能进行仿真。仿真库里没有单片机，我决定换个电路图。在网上搜了一些以往关于Protel课设的资料，觉得做555电路可行。我选择了做555定时器构成的占空比可调的多谐振荡器，仿真是个大难题，就开始做仿真。刚开始做仿真遇到很多问题，仿真时总是说有错误，而那些错误我又看不懂，做了好多次后真是有点心灰意冷了。但是这些问题不解决又不行，只有硬着头皮做下去。终于在我不懈的努力之下，有波形出来了，虽然只是一些横线，但是也是对我的一个很大的鼓励。在我改了电路的一些参数后，也基本上能够仿真出来了。做完这次仿真后，我也几乎能看懂Protel仿真会出现的那些问题了，虽然不一定都能解决。仿真做好之后，我就开始做PCB了。虽然大二那次实习时也做过PCB，但是那时候完全没理解封装的意义。我这次的原理图中很多元件是实习时没用到过的，需要到网上查资料。在看一个视频教程时，知道一个元件的封装型号是与封装库中的封装模型相对应的。二极管的元件的管脚编号和封装的焊盘编号对不上，改过之后才能将二极