成绩评定表
课程设计任务书
摘要
Protel设计系统是世界上第一套将EDA环境引入到Windows环境中的EDA开发工具，是具有强大功能的电子设计CAD软件，它具有原理图设计、印刷电路板（PCB）、设计层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是进行电子设计最有用的软件之一。是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL 等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。
单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）。因为单片机主要用于控制系统中，所以又称微控制器或嵌入式控制器。它具有嵌入式应用系统所要求的体系结构，微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。它把计算机的基本部件都微型化集成到一块芯片上，通常片内部都含有中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM，EPROM，Flsh ROM）、定时器/计数器和各种输入/输出（I/O）接口。
本次实验课设是利用单片机设计一个简易的365倒计时器，并利用Protel 99 SE对其原理图进行绘制，PCB图制作和仿真.
关键字：Protel设计;单片机;365计数器原理图绘制; PCB制作
目录
1. PROTEL原理图绘制 (1)
1.1 创建文件 (1)
1.2 原理图绘制 (3)
1.2.1选取原件 (3)
1.2.2.摆放原件，设置属性 (3)
1.2.3元件连线 (6)
1.3电气规则检查 (6)
1.4生成网络表 (7)
1.5生成材料清单 (8)
2.365倒计时原理 (9)
2.1总体设计思想 (9)
2.2复位电路 (9)
2.3时钟电路 (10)
2.4按键电路 (11)
2.5数码管显示电路 (11)
3．PCB图的制做 (11)
3.1创建PCB文件 (11)
3.2规划PCB版并导入网络表 (12)
3.3元器件的摆放及布线 (14)
4.总结 (15)
参考文献 (16)
1. Protel原理图绘制
1.1 创建文件
（1）打开protel 99se程序，点击file，new选择路径建立一个工程，如图1.1
图 1.1建立工程
（2）点击ok，下一步，新建一个SCH文件，也就是电路图设计项目，选择schematic Document 如图1.2
如图1.2新建SCH文件
（3）初始界面形成以后，可以更改图纸，点击design-Option-弹出如图1.3所示的对话框
图1.3更改图纸
（4）如果原始元件库中还没有自己需要的原件，还可以自己增加元件库，选择需要的原件所在的库，点击对话框下方的add，再点击OK，如图1.4
如图1.4添加原理库
1.2 原理图绘制
1.2.1选取原件
点击左边工具栏的Browse Sch，在元件库中找到所需要的原件，双击后仿真设计图纸中。如图1.5
图1.5选取原价图
1.2.2.摆放原件，设置属性
1.双击原件后，按tab键设计元件的属性，如图1.6如图更改原件属性，更改原件名称，注意名称每个原件不能相同，更改封装（footprint），每种元器件对应一种封装.，如图是开关原件的属性。
图1.6属性图
如图为单片机89C52的属性对话框
图1.7属性图
表2.1原件清单表
物理原件标识注释封装
AT89C52 U1 AT89C52 DIP-40
2N3904 Q1 2N3904 BCY-W3/E4
2N3904 Q1 2N3904 BCY-W3/E4
2N3904 Q1 2N3904 BCY-W3/E4
普通电容C1 普通电容RAD0.1
普通电容C2 普通电容RAD0.1 CRYSTAL C3 CRYSTAL CB2
电解电容C4 电解电容CD6
SW-PB S1 SW-PB SIP2
SW-PB S1 SW-PB SIP2
SW-PB S1 SW-PB SIP2
SW-PB S1 SW-PB SIP2
RES1 R1 RES1 AXIAL0.4
RES1 R2 RES1 AXIAL0.4
RES1 R3 RES1 AXIAL0.4
RES1 R4 RES1 AXIAL0.4
RES1 R5 RES1 AXIAL0.4
RES1 R6 RES1 AXIAL0.4
RES1 R7 RES1 AXIAL0.4
Dpy Red-CC DS1 Dpy Red-CC LEDDIP-10/C5.08RHD Dpy Red-CC DS2 Dpy Red-CC LEDDIP-10/C5.08RHD Dpy Red-CC DS3 Dpy Red-CC LEDDIP-10/C5.08RHD
2.将原件按照电路要求摆放好，注意要给连线做好准备。如图1.8
图1.8 摆放原件
1.2.3元件连线
使用WiringTools中的连线工具对电路图中的原件进行连线。要注意该线是否有电气性质。当预拉线的指针移动到元件的引脚或其他电气特性线时，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击鼠标左键就会形成一个有效的电气连接。连接好的原理图如图1.9。
图1.9 365倒计时原理图
1.3电气规则检查
当整个电路设计完成后，可以进行电气规则检查。主要是检查电路图中是否有电气性质不一致的情况。电气规则检查依据问题的严重性分别以错误或警告信息来提示用户。ERC 检查报告无错后进行下一步。报告如图1.10。
图1.10电气检查
1.4生成网络表
网络表非常重要，它是PCB中自动布线的灵魂，也是原理图设计软件SCH与印刷电路板软件PCB之间的接口。所以必须生成网络表。选取设计菜单下的create netlist选项，点击OK后生成网点击OK后生成网络表.如图1.11
图1.11生成网络表
1.5生成材料清单
执行菜单命令Report/BILL OF MATERIAL出现新的对话框选择[sheet]点击下一步，其他默认直到倒数第二步将Protel Format、CSV Format、Client Spreadsheet 全部选中点击下一步和Finish就生成了材料清单，如图1.12
2.365倒计时原理
2.1总体设计思想
倒计时器以AT89C52单片机为核心，起着控制作用。系统包括四位数码管显示电路，按键电路，复位电路，时钟电路。倒计时的总体框图如下图所示：
倒计时的总体框图2.1
2.2复位电路
复位是单片机的初始化操作，只需给AT89C52的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可得单片机复位.复位时，PC 初始化为0000H，使单片机从OUT单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，由于程序运行出错或操作错误而使系统处于死锁状态。为摆脱死锁状态，也需按复位键使得RST脚为高电平，使单片机重新启动。
在系统中，有时会出现显示不正常。为了调试方便，需要设计一个复位电路。AT89C52单片机复位电路共有上电复位、按键电平复位和按键脉冲复位。本系统的复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。复位电路可由简单的RC电路构成，也可使用其它的相对复杂，但功能更完善的电路。
本系统采用的电路工作原理是：上电瞬间，RC电路充电，RESET引脚端出现正脉冲，只要RESET保持10ms以上高电平，就能使单片机有效的复位。当时钟频率选用12MHz时，C取10uF，R取10KΩ，上电自动复位电路由上电瞬间C与R构成充电电路，RESET端的电位与电源Vcc相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。RC时间常数越大，上电时RESET端保持高电平的时间越长，这组参数足以保证复位操作。若复位电路失效，加电后CPU从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运行。按键S5的功能是按键复位，按下S5键时RST为高电平，只要保持10ms以上的高电平，就可以使单片机复位。按键复位用在系统运行时的复位，使系统重新运行。
图2.1复位电路
2.3时钟电路
时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准有条不紊地一拍一拍地工作的。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统得稳定性。常用的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。
单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路，只要外界一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。本系统使用的是内部时钟方式。一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。
图2.2 时钟电路
2.4按键电路
本系统的按键电路的作用是能够调整倒计时的初始值。用四个按键分别设定它们的四种初始状态。所达到的效果是按一下对应的键时，所对应的值出现。s3对应365的设定，s2对应十位的设定，s1对应个位的设定。另外s1按键不但可以设定个位的初值，还可以起到暂停倒计时运行的作用；即当系统在运行时，按s1键，系统暂停，如果继续按s1键，则数的值增加，完成的是设定9的功能。同样，s4也有两个功能：一个是设定三位数的初值，一个是起到开启系统的作用，即当系统处于暂停时，按s4键，则系统开始运行，如果继续按s4键，则完成的是设定天的初值的功能。
2.5数码管显示电路
显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。
通常在显示上采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，另一种是动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多，所耗得电能较大；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中，为了减少端口资源，降低电能消耗，采用的是动态显示方法。
本系统的倒计时时间的最大范围是365。从格式可知数码管显示电路要用到3位数码管。本系统选了三个数码管有段选和位选控制，在此电路中有8个位选，8个段选，分别用单片机的P0口和P1进行8个位的控制。
3．PCB图的制做
在原理图绘制后就进行其PCB板设计制作了.
3.1创建PCB文件
如图3.1创建PCB文件同创建sch电路图文件一样，双击进入document，执行菜单命令/【NEW】，双击即可创建PCB文件。在生成PCB文件之前应保证原理图没有错误，文件生成后将所需
要的库文件导入到PCB，否则即使原理图无错误系统也会报错。
图3.1创建PCB
3.2规划PCB版并导入网络表
（1）设定工作层面：执行菜单命令Design/Options后， Design/Options页面基本工作层面说明：信号层（Signal Layers）：用来放置元件、导线等与电气信号有关的电气元素。对于制作双面板而言，要选中顶层铜膜布线面（Top Layers）和底层铜膜布线面（Bottom Layers）。丝印层（Silkscreen）：用于绘制元件的外形轮廓，元件序号和标注字符等。一般选中顶层（Top overlay）即可。防护层（Mask）：自动生成，不选。禁止布线层（Keep Out Layer）：用于规定放置元件和布线的区域。多层面（Multi layer）：用于快速把对象（例如，焊盘和过孔）加入到所有的信号层，选中即可。其它的选项使用默认设置即可。
（2）规划电气边界：在禁止布线层（Keep Out layer）进行。首先点击相应的层面标签：然后在此层面上绘制一个区域（一般为方形）。在*.Sch文件界面下，执行菜单命令Design/Update PCB,会出现一个界面。全部使用默认值。然后单击按钮进入Update Design对话框的Changes选项卡，可以发现更新过程是否存在错误。如果没有错误，单击对话框的按钮Execute即可将本次更新的变动反映在PCB文件中。
（3）在PCB状态下执行菜单命令【Design】/【Netlist……】,在出现的对话框中点击标签然后选择之前创建好的后缀名为.net的网络表。若元件封装、原理图均无错误后即可在PCB版上生成元器件。在网络表文件载入
时，常常会出现两种错误：Footprint Not Available(封装元件遗漏)、
Node Not Found(引脚遗漏)。在加载的时候，应该注意改正错误，得到正确的网络表。生成的PCB如图3.2
图3.2 生成的PCB
（4）定义边框。
在设计工作区的版层标签上选择keepOut layer，选取工具条上的放置铜膜走线，画一个边框。只要圈住所有器件就行，不用太大。
图3.3 PCB边框
3.3元器件的摆放及布线
(1)摆放原件
将原件摆放合理，把重叠的元件拖开，将原件标注等摆正。如图3.3
图3.4摆放原件
(2)自动布线
.Protel PCB 内集成了一个功能强大而品质高超的自动布线程序，能自动地设计出最佳的自动布线策略。选择自动布线菜单中的All，在弹出的对话框中选RouteAll便开始自动布线程序，布线完成后在弹出的对话框中选择OK便完成了自动布线。自动布线如图3.5
图3.5 PCB自动布线图
4.总结
.通过本次Protel课程设计，自己更加熟悉了该软件的操作，了解了Protel 在电路原理图的绘制和PCB板制作上的强大功能。通过一个星期的课程设计，发现自己的实践经验还比较缺乏，理论联系实际的能力需要提高。
本次课设是制作了365倒计时器，在课设过程中，巩固了数字电路方面的理论知识，通过这次课程设计，我掌握了做课程设计的基本思路和方法，在脑海里形成了基本的设计理念和设计技巧，锻炼了自己的思维能力与动手能力。
本次设计实验在原理图倒成PCB因为封装不对，在经过查询各种资料，和咨询网络，最终做成了，小有成就感。这也启示自己遇到困难不轻易言弃。
最后，感谢在课设中给我帮助的同学与指导我的老师！
参考文献
[1] 谢自美，电子线路设计实验测试（第三版），武汉：华中科技大学出版社
2006
[2] 赵景波、王劲松、滕敦朋, Protel 2004电路设计：从基础到实践，北京：电子
工业出版社2007
[3] 张瑾、张伟、张立宝，电路设计与制板Protel 99SE入门与提高, 北京：人民
邮电出版社2007
[4] 张伟、孙颖、赵晶，电路设计与制板：Protel 99SE高级应用,北京：人民邮电
出版社2007
[5] 康华光主编，电子技术基础模拟部分（第五版），高等教育出版社，2006
[6]李广弟.单片机基础［Ｍ］.北京航空航天大学出版社，1994
[7]阎石.数字电子技术基础（第三版）. 北京高等教育出版社，1989
[8]赵晶．Prote199高级应用[M]．人民邮电出版社，2000．