简易门铃电路的设计

《电子线路CAD》课程论文题目：简易门铃电路的设计

1 电路功能和性能指标

简易门铃是一种简单的门铃电路，它由分立元件和中规模集成芯片的构成，主要采用NE555定时器电路和扬声器组成门铃，利用多谐振荡电路来制作一简易单音门铃电路。它主要由一个NE555、一个47uf的电容、一个0.047uf电容、一个0.01uf电容、一个36kΩ的电阻、一个30kΩ的电阻、两个22k电阻、一个喇叭、两个IN4148高速开关二极管、一个9013三极管、一个开关和一个6v电源组成。NE555作为多谐振荡器，发出脉冲波。与传统的门铃相比，其可靠性、抗干扰性都较好，应用领域也相对较广泛。

2 原理图设计

2.1原理图元器件制作

方法和步骤：

①右键点击项目文件，选择追加新文件到项目中，在二级菜单下选择Schematic

Library。

②在放置菜单中，选择放置矩形。

③在放置菜单中选择放置引脚。

④在放置引脚时，按Tab键，选择引脚属性。

图1

注：在放置引脚的过程中，引脚有一端会附带着一个×形灰色的标记，该标记表示引脚端是用来连接外围电路的，所以该端方向一定要朝外，而不能向着矩形的方向。若需要调整引脚的方向，可按键盘撒花上的空格键，每按一次，可将引脚逆时针旋转90°。

2.2 原理图设计

步骤：

①创建PCB工程项目，执行File→New→Project→PCB Project，在弹出对话框中选择Protle Pcb类型并点击OK。将新建默认名为“PCB Project1.PrjPCB”的项目保存，命名为“简易门铃”。

②创建原理图，在该项目文件名上点击右键，选择追加新文件到项目中，在二级菜单下选择Schematic。

③保存项目目录下默认名为“Sheet1.SchDOC”的原理图文件。并命名为“简易门铃”。

⑤绘图环境其他参数采用默认设置。

图2

编译原理图步骤：

①在原理图编辑页面，执行“Project→Compile PCB Project 简易门铃.PRJPCB”

菜单命令。

②在Messages工作面板中，出现提醒为“Warning”的检查结果可以忽略。

图3

生成项目元器件库步骤：

①在原理图编辑页面，执行“Design→Make Schemaic Library”菜单命令，在弹

出的确认对话框中单击OK按钮。

图4

2.3 原理图报表

生成原理图的网络表步骤：

①执行“Design→Netlist For Project→Project”菜单命令，系统自动生成Protel

网络表，默认名称与项目名称相同，扩展名为“简易门铃.NET”。

图5

网络表的作用是为PCB设计提供元器件信息、管脚连接关系信息及必要仿真操作信息。网络表是联系原理图和PCB的桥梁。

网络表中第二对方括号内的内容表示元器件C1的相关信息，即名称为C1，封装形式为RB7.6-15，描述为47uF/25V。

电气连接：第一对原括号内的内容表示网络名称为VCC，和该网络相连接的引脚有5个，分别为+6V的1脚（+6v-1），Q1的1脚（Q1-1），R2的2脚（R2-2），

S1的2脚（S1-2），U1的8脚（U1-8）。

生成原理图简易元器件清单步骤：

①在Reports下拉菜单中选择点击“Simple BOM”，系统将自动生成简易材

料清单报表。保持默认设置时，生成2个报表文件，分别为“简易门

铃.BOM”和“简易门铃.CSV”。

图6

注：在完成原理图报表的操作步骤时，需要注意的是按照操作顺序按成就可以，生成报表的步骤相对于其他的一些操作步骤要简单很多，生成原理图报表没有什么特别需要注意的地方。

3 PCB设计

3.1元器件封装制作步骤：

①在项目文件上点击右键，选择追加新文件到项目中，在二级菜单中选择PCB Library。

②在“编辑”菜单下拉菜单中选择“跳转到”的二级菜单中选择“参考”。设置基准参考点，便于定位放置封装的焊盘。

③在放置焊盘之前，应将“Multi-Layer”设置为当前层。执行“Place→Pad”菜单命令，光标变成“十”字形，然后将第一个焊盘放置在基准点。在放置前，按Tab键，设置焊盘的编号为1。

④设置跳转栅格最小单位为10mil。

⑤焊盘上下间隔为100mil，左右间隔为300mil的标准距离。

⑥绘制封装外形，将当前层设置为Top Overlay，然后选择菜单“放置”→“直

线”。

⑦选择“简易门铃.SCHLIB”文件，然后点击右下角SCH，在上拉菜单中选择“SCH Library”，在模型信息框，点击“追加”，在弹出的“加新的模型”对话框中选择“Foot tprint”。在“PCB模型”对话框中，点击浏览，选择刚才设计的元器件封装，点击确定。

图7

注：在设计封装的时候，过程比较多，需要设置的参数也相对于其他步骤要繁琐，需要注意的是，绘制PCB封装时，一定要设置基准参考点。通常可将基准参考点设置为1号焊盘中心位置。系统默认长度为英制单位，即mil，也可以更改为公制单位，可通过菜单命令“View→Toggle Units”设定。需要注意的是，在创建封装时，一般应遵循标准的最小焊盘间距，即100mil，这样便于与标准封装符

号统一，也有利于制作PCB时进行元器件布局和布线。

3.2 PCB设计步骤：

①创建PCB文件，在项目文件中，单击右键，选择“追加新文件到项目中→PCB”。

②设置物理边界，设置当前层为“Mechanical 1”，然后在菜单中选择“放置→直线”设定PCB板的物理边界，然后选择菜单栏中“设计→PCB板形状→根据选定的元件定义”。

③其他PCB参数设定均采用默认设置。

④加载PCB数据，在原理图编辑器中，在原理图文件上，点击右键，选择“Compile Document 简易门铃.SCHDOC”。然后点击“设计→Update PCB Document简易门铃PCBDOC”。

⑤在项目变化订单对话框中，单击“Validate Changes（使变化生效）”，系统将对所有的元器件信息和网络连接信息进行检查。检查无误后，单击“Execute Changes（执行变化）”。

图8

⑥删除“Room”，用鼠标点击“Room”区域内的任何空白位置选中“Room”，

按键盘上的“Delete”键删除。

⑦调整元器件布局，选中所有元器件，将选中的所有元器件移动至黑色编辑区域内。然后根据在边界内布局。

⑧设定自动布线规则，点击“设计→规则”，在导线宽度（Width）设计规则上点击鼠标右键，选择“新建规则”，在“第一个匹配对象的位置”选项区选定“网络（Net）”，然后点击“全部对象”右侧的下拉菜单，从网络列表中选择VCC。在“约束（Constraints）”区域中，将导线宽度的三个约束值均设置为“40mil”。使用同样的方法，设置地线GND的线宽约束，设置线宽的三个约束值均为“30mil”。设置完后，点击确定。

⑨自动布线，选择菜单栏“自动布线→全部对象”。完成如上图所示。

生成项目的封装库操作步骤：

①选择当前工作页面为PCB编辑页面。执行菜单命令“Ddsign→Make PCB Library”，系统将生成与项目同名的封装库文件，扩展名为“PcbLib”。

图9 图10

注：在加载PCB数据的时候，相应的“Message”栏会显示错误信息，提示用户需要对该对象进行检查和修改，需要注意的是在加载前需要检查元器件的封装是否对应。

3.3 PCB设计后处理

PCB补泪滴操作步骤：

①执行“Tools→Teardrops”菜单命令，打开泪滴设置对话框。

②这里全部采用默认设置，单击“OK”按钮完成补泪滴操作。

图11

PCB放置敷铜操作步骤：

①单击PCB工作页面下的工作层标签“Top Layer”，将当前工作层设定为顶层。

②点击PCB布线工具栏上的放置敷铜按钮，弹出敷铜属性设置对话框，将“Connect to Net”设置为“GND”，同时勾选“Remove Dead Copper”。

③单击“OK”按钮，光标变成“十”字形，设置敷铜范围区域。构建一个封闭

的矩形敷铜区域，系统将自动在顶层放置好敷铜。

④将当前工作层切换为底层，步骤同上。

图12

生成PCB信息报表步骤：

①在PCB编辑器中，执行“Reports→Borad Information”菜单命令，打开PCB 信息对话框。

图13 图14 图15

生成网络状态表操作步骤：

①在PCB编辑器中，执行“Reports→Netlist Staus”菜单命令，系统将自动生成网络状态报表。

图16

注：在放置敷铜时，形状可以是任意多边形，但必须是封闭的，否则无法放置敷铜。在放置敷铜边界线的时候，通常距离电路板边缘20-50mil。

4 心得体会

①课程论文中遇到的问题及解决方法

在制作PCB封装的时候，开始是按照书上的步骤进行操作，但是书本上绘制电容器为例子。我在绘制NE555P集成块封装的时候，遇到的问题是，不知道焊盘的间距。于是在网上检索NE555P的相关信息，网上给出的方法是，找到官方库中NE555P的封装，然后用测量工具，测量系统自带的封装尺寸。第二个问题又来了，NE555P的封装不知道在系统自带的那个库文件里面，书本上的介绍有限，于是只能在网上检索NE555P的封装在那个库文件，找到了库文件，最后

测量时，测量单位一个是英制，一个是公制，准备在网上去换算的，最后在尝试了在“查看菜单中切换点位”，问题解决了，最后测量引脚上下间距是100mil，左右间隔是300mil。在设计过过程中，其他的问题都能一一在书本上找到解决的办法。

②心得体会

学习这门课程最大的收获就是，让我学会了一些基本电路图的绘制，刚接触Protel DXP软件时，对其操作什么都不会，但是在老师讲解和操作指导后，以及自己的努力下。慢慢的会做了。开始会新建原理图文件和PCB文件，但都不会查找元器件和绘制元器件。刚开始做Protel DXP时，最难的是对元件的查找和对元件库的管理和添加，还有PCB封装的绘制的确对于不懂Protel DXP的我们，实在很难找到成功的感觉，往往错误百出，到处都存在问题，每一个详细的步骤都要认真记下，不然后期都不会操作。随着对Protel DXP的了解，我也慢慢地开始有感觉会做了。开始学习原理图元件的绘制了，在做原理图绘制之前要打开原理图绘制界面，在绘制原理图元件时要注意元件一般的尺寸大小适中，还有元件管脚电气属性的设置和消箭头的一些简单的方法。原理图的绘制完成后便是修改文件名称和添加元件库了。只要对这些基本方法都掌握后，就可以绘制一些基本的原理图了，绘制图形时一定要注意元件的摆放，以及原理图要求美观，清晰等等。PCB的封装，是做Protel DXP很难的一步，制作图时都要以元器件实物的型号和大小为依据，实物元件的种类繁多，以种类的不同大小又不一，所以要以对待不同的PCB封装是不一样的。PBC封装尺寸的大小主要在管脚的距离上，管脚距离的大小决定了实物元件能否安装。要从原理图生成PCB就要保证每个元件都有对应的封装。不仅大小要对应符号也要对应。在这些步骤都完成后就可以从原理图生成PCB了。在从原理图生成PCB时要保证每个元件都是正确的，确保每个元件都被导入。PCB生成后最主要的工作就是对元件的布局和布线了，PCB元件的布局的要求是功能元件要尽量在一起，主要功能集成块要放在电路板中央，重元件要有支架，开关和发热元件靠边放，高频部分布线要尽量短，最后元件摆放要整齐美观，元件布局好后就是布线了，布线可以是单层，双层和多层的，布线后尽量不要存在飞线，布局好后就是布线了，依实际情况可以从新布线，布线完后添加泪滴和敷铜，PCB就制作完成了，可以进行3D仿真

观察。Protel 的学习注重实际练习，练习多了便有了经验,经验积累多了便有了感觉，有了感觉便学会了Protel所以在以后的学习中我定会从实际出发，加强练习。

学习这门课程收获最重要的一点就是学习的方法，学会了如何查找问题，分析问题，解决问题。本学期在老师热情指导下，我熟练掌握了Protel DXP 2004这款软件。在此对老师表示衷心的感谢！

5 参考文献

[1] 陈学平.Protel 2004 快速上手[M].北京：人名邮电出版社，2005.

[2] 李小坚，赵山林，冯晓君，等.Protel DXP电路设计与制版实用教程[M].2版.

北京：人名邮电出版社，2009.

[3] 王冬，来羽，王会良.Protel DXP 2004应用100例[M].北京：电子工业出版

社，2011.

[4] 刘刚，彭荣群，范中奇.Protel DXP 2004 SP2 原理图与PCB设计实践[M].

北京：电子工业出版社，2013.

[5] 许向荣，张涵，闫法义.零点起飞学Protel DXP 2004 原理与PCB设计[M].

北京：清华大学出版社，2014.

[6] 谈世哲. Protel DXP 2004 电路设计基础与典型范例[M].北京：电子工业出版

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[7] 薛楠.Protel DXP 2004 原理图与PCB设计实用教程[M].北京：机械工业出版

社，2012.

[8] 陈兆梅.Protel DXP 2004 SP2 印制电路板设计实用教程[M].2版.北京：机械

工业出版社，2012.