电子电路CAD-温度控制

《电子电路CAD》课程设计报告

学院:电力学院

专业:电子科学与技术

学期：2013-2014第一学期

学号: XXXXXXXXX

姓名:XXX

指导老师:XXXXXXXXX

目录

第一章设计概述 (2)

1.1使用软件简介 (2)

1.2 设计目的及要求 (2)

第二章原理分析 (3)

2.1 温度控制器的结构 (3)

2.2 各电路的原理分析 (3)

第三章原理图绘制 (6)

3.1 原理图设计的一般步骤 (6)

3.2 元件库的设计 (7)

第四章PCB图的绘制 (8)

4.1 创建该项目下的PCB文件 (8)

4.2 绘制PCB ………………………………………………….,,,,, 9

4.3 设计规则检查 (9)

第五章软件设计......................................... .. (10)

总结 (15)

附录（图纸和清单）

第一章设计概述

1.1使用软件简介

a.使用汇编语言或C语言要使用编译器，以便把写好的程序编译为机器码，才能把HEX可执行文件写入单片机内。KEIL uVISION是众多单片机应用开发软件中最优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，甚至ARM，它集编辑，编译，仿真等于一体，它的界面和常用的微软VC++的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。因此很多开发51应用的工程师或普通的单片机爱好者，都对它十分喜欢。KEIL uVision5是uVision4的升级版本，页面有了进一步的优化，使用起来更加的人性化。

b. DXP软件

Altium designer summer 13 是Altium公司推出的新版本的电路设计软件，是在Protel 99SE的基础上，应用最先进的软件设计方法，它不仅可以进行电路原理图和PCB电路板的设计之外，还提供了FPGA设计、嵌入式软件设计、信号仿真分析、3D仿真等多种设计仿真平台，是所有设计工具集于一身的板级设计系统。

1.2设计目的及要求

a、设计要求

（1）设计一个温度控制器电路；

（2）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；对设计电路进行模拟与测试。

（3）撰写设计报告。

b、技术指标

温度测量范围0—99℃，精度误差为0.1℃；LED数码管直读显示；温度报警指示灯；

第二章原理分析

2.1 温度控制器的结构

运用protues软件进行仿真，keil软件与其调试

2.2 各电路的原理分析

本设计采用上电按钮复位电路：首先经过上电复位，当按下按键时，RST直接与VCC相连，为高电平形成复位，同时电解电容被电路放电；按键松开时，VCC对电容充电，充电电流在电阻上，RST依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST为低电平，单片机芯片正常工作。其中电阻R2决定了电容充电的时间，R2越大则充电时间长，复位信号从VCC回落到0V的时间也长。

本设计晶振电路采用12M的晶振。晶振的作用是给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。单片机的晶振并不是只能用12M，只要不超过20M就行，在准许的范围内，晶振越大，单片机运行越快，还有用12M的就是好算时间，因为一个机器周期为1/12时钟周期，所以这样用12M的话，一个时钟周期为12us，那么定时器计一次数就是1us 了，电容范围在20-40pF之间，这里连接的是20pF的电容。

机器周期=10*晶振周期=12*系统时钟周期

第三章原理图绘制

3.1原理图设计的一般步骤

1. 创建一个工程文档：file, new, project, pcb project （创建工程文档很重要，为后面原理图的检错，产生网络表和PCB 设计奠定基础，否则不能进行设计）；

2.创建一个原理图文件：file, new, schematic，并且保存全部文件；

3.设置图纸的大小：右击图纸，options, document options, standard styles 选择图纸大小；

4.放置元件图符号：libraries, 选择miscellaneous devices 原理图库，寻找原理图元件图符号，并且，注意元件的封装（一般都带有封装，没有的话，可以按TAB键进行选择合适的封装后再放置元件，这样每放一个元件，就有相应的封装了），可以先放置好一类符号元件，然后放另外一类的元件，直至一一放完所有的元件，例如，放置完所有的电阻元件等等）；在放置元件图符号时，对于已经装载的库

中没有的，或找不到的元件，必须查找。查找元件图：点击原理图纸空白处，在弹出的下拉菜单中，选择find component, 在libraries search 中，输入要查找的元件名称，选中clear existing query, scope 中，选择libraries on path, path 定位于安装2004 的文件夹，按查找即可进行查找中；

5.给元件规划流水号（系统给元件自动编号，注意一般不手动编号，否则容易发生错误！）：tools, annotate quiet （如果没有规划好，可以复位后重来规划：tools, resetdesignators）；

6.元件布局与电气连接：手工拖放布局。布局的优劣以方便电气连接为佳（电气连接有两种方式：用导线连接和NET 连接。导线连接一定要从元件脚端点开始连线，连接不能重叠，否则会出来多余的点），放置导线与网络电气连接；

7.检查错误：右击原理图的空白处，workspace panels, design compilers, compile

errors,在弹出的compile errors 卡上没有错误，说明编译通过。保存全部文档；

8.元件的选择，旋转，删除、排列和元件相关参数的修改等等在元件的布局或修改时，经常要用到；

9.产生网络表：design, netlist for document, protel. 项目文件夹中可以看到网络表文件，打开，可以看到元件的说明与电路原理图的电连接网络情况；

10.保存并且打印输出原理图纸。

3.2 元件库的设计

1. 创建一个工程文档：file, new, project, pcb project （创建工程文档很重要，为后面原理图的检错，产生网络表和PCB 设计奠定基础，否则不能进行设计）；

2.创建一个原理图文件：file, new, schematic，并且保存全部文件；

3.设置图纸的大小：右击图纸，options, document options, standard styles 选择图纸大小；

4.放置元件图符号：libraries, 选择miscellaneous devices 原理图库，寻找原理图元件图符号，并且，注意元件的封装；在放置元件图符号时，对于已经装载的库中没有的，或找不到的元件，必须查找。

5.给元件规划流水号：tools, annotate quiet；

6.元件布局与电气连接：手工拖放布局。布局的优劣以方便电气连接为佳（电气连接有两种方式：用导线连接和NET 连接。导线连接一定要从元件脚端点开始连线，连接不能重叠，否则会出来多余的点），放置导线与网络电气连接；

7.检查错误：右击原理图的空白处，workspace panels, design compilers, compile

errors,在弹出的compile errors 卡上没有错误，说明编译通过。保存全部文档；

8.元件的选择，旋转，删除、排列和元件相关参数的修改等等在

元件的布局或修改时，经常要用到；

9.产生网络表：design, netlist for document, protel. 项目

文件夹中可以看到网络表文件，打开，可以看到元件的说明与电路原理图的电连接网络情况；

10.保存并且打印输出原理图纸。

第四章 PCB图的绘制

1.创建一个PCB 文档：file, new, PCB,SAVE ALL；

2.PCB 参数设置：右击PCB 的空白处，选择options, board options, 选择测量单位；在keep outlayer 层，选择place, dimension, dimension 画标尺的长度，以规划电路版的长宽大小，

再选择place, line, 画版的大小；再右击PCB 的空白处，选择design, rules,在弹出的卡中点击routing, width 进行设置连接导线的宽

度，和布线板层的层数routing layers，单面板，只选择bottom layer, 双面板，还要选择top layer；

3.将原理图中各元件的电气连接关系，导入PCB 文档中各元件封

装的连接关系，为元件布局的连线提供保证。步骤：在PCB 文档中，选择design, update schematicin PCB project. prj pcb, 在弹出

的confirm 中选择YES, 在弹出的 differencesbetween schematic document and PCB document 卡中右击，点击update all in PCBdocument, 再点击create engineering change order, 再点击validate changes,STATUS 栏全部打勾后，说明基本没有问题，最后点击execute changes, 在PCB板中导入了连接；

4.将元件选中并拖入PCB 板框内，检查元件的封装是否合适后，手工布局。布局时要用到元件封闭的选择、旋转、排列和封装的更换与查找。为布线提供良好的环境，使布线布通的概率提高，尽量少用跳线；

5.规划焊盘的大小与打孔孔径大小：选择相似的焊盘：右击该焊盘，find similarobjects, 在弹出的卡中，在该焊盘尺寸的X 和Y 座标栏中选择SAME, 点击OK，再在Inspector 卡中，修改X 和Y 座标相关焊盘参数和hole size 参数后，点击左键，系统即会对相关参数进行修改。

6.手工布线：对哪层布线前，就要先选择该层后进行布线：interactively route

connections；

7.保存并且输出PCB 板图；

总结：通过这次课程设计对EDA设计有了更深的了解。在设计的时候会出现些错误，培养了自己运用科学的方法分析问题、解决问题的能力。

第五章软件的设计

本课程设计使用的软件为keil，通过不断的调试，最后完成了软件的设计：

#include

#define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define M 1

sbit DQ=P0^0; sbit speak=P0^7;

sbit duan=P3^0;

sbit wei=P3^1;

sbit cool=P3^2;

sbit low=P3^3;

sbit normal=P3^4;

sbit hot=P3^5;

unsigned char code

table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f ,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x 6f,

0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6, 0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef,0x3 9};

uint temp,tc;

float f_Temp;

void delay(uint x)

{

uint i,j;

for(i=0;i

for(j=0;j<110;j++); } void Temp_initial() //DS18B20初始化

{

uint i;

DQ=0;

i=0;

while(i<100)

i++;

DQ=1;

i=0;

while(i<4)

i++;

}

bit Temp_readbit() {

uint i;

bit dat;

DQ=0;

i++;

DQ=1;

i++;

i++;

dat=DQ;

i=0;

while(i<8)

i++;

return(dat);

}

uchar Temp_read()

{

uchar i,j,dat;

dat=0;

for(i=0;i<8;i++)

{

j=Temp_readbit();

j=j<

dat=dat|j;

}

return(dat);

}

void Temp_write(uchar dat) {

uint i;

bit testb; uchar j;

for(j=0;j<8;j++) {

testb=dat&0x01;

dat=dat>>1;

if(testb)

{

DQ=0;

i++;

i++;

DQ=1;

i=0;

while(i<8)

i++;

}

else

{

DQ=0;

i=0;

while(i<8)

i++;

DQ=1;

i++;

i++;

}

}

}

void Temp_change() {

Temp_initial();

delay(1);

Temp_write(0xcc);

Temp_write(0x44); }

uint get_Temp()

{

uchar a,b;

Temp_initial();

delay(1);

Temp_write(0xcc);

Temp_write(0xbe);

a=Temp_read();

b=Temp_read();

temp=b;

temp=temp<<8;

temp=temp|a;

f_Temp=temp*0.0625;

temp=f_Temp*10+0.5;

return temp;

}

void dis_Temp(uint t) {

uchar gw,sw,bw;

bw=t/100;

sw=t%100/10;

gw=t%100%10;

duan=1;

P2=table[bw];

duan=0;

P2=0x00;

wei=1;

P2=0xfe;

wei=0;

P2=0x00;

delay(M);

duan=1;

P2=table[sw+10];

duan=0;

P2=0x00;

wei=1;

P2=0xfd;

wei=0;

P2=0x00;

delay(M);

duan=1;

P2=table[gw];

duan=0;

P2=0x00;

wei=1;

P2=0xfb;

wei=0;

P2=0x00;

delay(M);

duan=1;

P2=table[20];

duan=0;

P2=0x00;

wei=1;

P2=0xf7;

wei=0;

P2=0x00;

delay(M);

tc=bw;

}

void Temp_check()

{

if(tc>2)

{

hot=1;

speak=0;

normal=0;

low=0;

cool=1;

dis_Temp(get_Temp());

}

if(tc<2)

{

hot=0;

speak=1;

normal=0;

low=1;

cool=0;

dis_Temp(get_Temp());

}

if(tc==2)

{

hot=0;

speak=1;

normal=1;

low=0;

cool=0;

dis_Temp(get_Temp());

}

}

void main()

{

duan=0;

wei=0;

hot=0;

speak=1;

normal=0;

low=0;

cool=0;

while(1)

{

Temp_change();

dis_Temp(get_Temp());

Temp_check();

}

}

总结：通过本次课程设计，逐渐的掌握了keil、protues、dxp 等软件的应用方法及温度传感器DS18B20的读取和写入。进一步的了解51单片机的应用。在模拟仿真的过程中，学到了在课堂上不会学

习到的知识，有的时候虽然原理是可行的，但是，在实际当中却相差很远，比如蜂鸣器、电机的使用，虽然说在原理仿真上是可行的，但是在实际过程中要考虑它的功率以及驱动电流。此外在制作的PCB的时候要考虑诸多的因素，之前要考虑封装的可行性，再到后来的板子大小，器件的布局，布线的方法等等。总而言之，经过老师的严格要求下，使我有了制作PCB的基本经验，对今后的自己制作以及毕业设计有很大的帮助。

附录：

温度控制器仿真图：

温度控制器原理图：

温度控制器PCB：

温度控制器网络表

[ * P4-source

P4-source ]

[

C1 RAD0.2

Cap

]

[

C2

RAD0.2 Cap

]

[

C3

CAPR5-4X5 Cap2

]

[

C4

RAD0.2 Cap

]

[

C5

RAD0.2 Cap

]

[

C6

RAD0.2 Cap ]

[

D1

LED-0

LED0

]

[

D2

LED-0

LED0

]

[

D3

LED-0

LED0

]

[

DS1

TO92

DS18b20

]

[

LS1

CD9

Speaker

]

[

Q1

TO92

NPN

]

[

R1

AXIAL-0.3

Res

]

[

R2

AXIAL-0.3

Res

]

[

S1

AN12

?￠?ˉ?a1?

]

[

SEG￡?

4BIT_8SEG_LED

7SEG

]

[

T￡?

dianji

dianji

]

[

U1

DIP-40

AT89C51

]

[

U2

DIP-20

74HC573

]

[

U3

DIP-20

74HC573

]

[

Y1

R38

XTAL

]

(

A0

U1-21

U2-2

U3-2

)

(

A1

U1-22

U2-3

U3-3

)

(

A2

U1-23

U2-4

U3-4

)

(

A3

U1-24

U2-5

U3-5

)

(

A4

U1-25

U2-6

)

(

A5

U1-26

U2-7

)

(

A6

U1-27

U2-8

)

(

A7

U1-28

U2-9

)

(

D0

SEG￡?-0 U2-19

)

(

D1

SEG￡?-1 U2-18

)

(

D2

SEG￡?-2

U2-17

)

(

D3

SEG￡?-3

U2-16

)

(

D4

SEG￡?-4

U2-15

)

(

D5

SEG￡?-5

U2-14

)

(

D6

SEG￡?-6

U2-13

)

(

D7

SEG￡?-7

U2-12

)

(

DUAN

U1-10

U2-11

)

(

GND

*-2

*-3

C1-1

C2-1

C4-2

C5-2

C6-2

D1-2

D2-2

D3-2

DS1-1

R2-2

T￡?-2

U1-20

U2-1

U2-10

U3-1

U3-10

)

(

NetC1_2

C1-2

U1-19

Y1-1

)

(

NetC2_2

C2-2

U1-18

Y1-2

)

(

NetC3_2

C3-2

R1-2

R2-1

U1-9

)

(

NetDS1_2

DS1-2

U1-39

)

(

NetLS1_2

LS1-2

U1-32

)

(

NetQ1_3

Q1-3

T￡?-1

)

(

NetR1_1

R1-1

S1-2

)

(

NetQ1_2

Q1-2

U1-1

)

(

NetD1_1

D1-1

U1-2

)

(

NetD2_1

D2-1

U1-3

)

(

NetD3_1

D3-1

U1-4

)

(

VCC

*-1

C3-1

C4-1

C5-1

C6-1

DS1-3

LS1-1

S1-1

U1-40

U2-20

U3-20

)

(

VDD

*-4

Q1-1

)

(

W0

SEG￡?-8 U3-19 )

(

W1

SEG￡?-9

U3-18

)

(

W2

SEG￡?-10

U3-17

)

(

W3

SEG￡?-11

U3-16

)

(

WEI

U1-11

U3-11

)

温度控制器元件清单：

Comment Designator Footprint Quantity

Cap C1, C2, C4,

C5, C6 RAD0.2 5

Cap2 C3 CAPR5-4X5 1 LED0 D1, D2, D3 LED-0 3 DS18b20 DS1 TO92 1 Speaker LS1 CD9 1 P4-source POWER P4-source 1 NPN Q1 TO92 1 Res R1, R2 AXIAL-0.3 2 微动