电子线路CAD课程设计报告

电子线路CAD课程设计报告 院、 系： 信息工程学院 专 业： 电子信息工程 学 号： 姓 名： 指导教师：

二00一年6月 23 日 1

目 录 电子线路CAD课程设计报告 ........................................................... 2 1课程设计目的 ................................................................................... 2 2 课程设计题目描述和要求 ............................................................. 2 题1、振荡电路设计仿真 ............................................................ 2 题2、单片机8051开发板设计 .................................................. 2 3.课程设计报告内容 ........................................................................... 2 3.1振荡电路设计仿真 ................................................................ 2 3.1.1设计原理、方案论证 .................................................... 2 3.1.2 Protues电路原理图设计 ............................................... 5 3.1.3 软件仿真方法和结果分析 ........................................... 5 3.1.4设计和仿真过程中出现的问题及解决方法 ................ 5 3.2 单片机8051开发板设计 ...................................................... 6 3.2.1 设计原理、方案论证 ................................................... 6 3.2.2 Protues电路原理图设计 ............................................. 11 3.2.3 软件仿真方法和结果分析 ......................................... 11 3.2.4设计和仿真过程中出现的问题及解决方法 .............. 12 4.设计总结和心得体会..................................................................... 13 参考书目： ........................................................................................ 13 附录： ................................................................................................ 14 附录1：花样流水程序：................................................................. 14 2

电子线路CAD课程设计报告 1课程设计目的 目的：课程设计以电子线路CAD软件设计原理为基础，重点在硬件设计领域中实用的电子线路设计软件的应用。使学生掌握电子线路设计中使用CAD的方法。为后继课程和设计打下基础。 任务：通过电路设计，掌握硬件设计中原理图设计、功能仿真、器件布局、在线仿真、PCB设计等硬件设计的重要环节。 2 课程设计题目描述和要求 题1、振荡电路设计仿真 要求：1、相关电路知识，用NE555组成多谐振荡器 2、用proteus进行软件仿真 3、写实验报告 题2、单片机8051开发板设计 要求：1、cpu最小系统 2、八段数码管流水灯 3、键盘显示 4、蜂鸣器 5、A/D，D/A转换 6、串口通信 本次课程设计要求做两个，通过题1主要是学会对proteus的使用。而课程设计的重点是题2，主要通过题2学会单片机的内部结构，端口情况，以及对单片机的编程。 3.课程设计报告内容 3.1振荡电路设计仿真 3.1.1设计原理、方案论证 振荡电路是通过555定时器组成多谐振荡器来实现，其内部结构图为： 3

图1 555定时器内部结构 555定时器的工作原理为： 从图中可以看出555又比较器c1，c2，sr锁存器和集电极开路的放电三极管td三部分构成。 Vi1是比较器c1的输入端，Vi2是比较器的输入端。C1和c2的参考电压Vr1和Vr2又Vcc经三个5k的电阻分压给出。在控制电压输入端Vco悬空时，Vr1 =2Vcc/3，Vr1=Vcc/3。如果Vco外接固定电压，则Vr1=Vco，Vr2=Vco/2。 表1：555的功能表 输入 输出 Rd Vi1 Vi2 Vo Td的状态 0 X X 低 导通 1 ccV32 ccV31 低 导通

1 ccV32 ccV31 不变 不变 1 ccV32 ccV31 高 截止 1 ccV32 ccV31 高 截止 又555构成多谐振荡器，电路图为： 4

图2 555连成多谐振荡器 多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。 图9-30所示是由555定时器构成的多谐振荡器。R1、R2和C是外接元件。 刚接通电源时，uc=0，u0=1。当uc升至后，比较器C1输出低电平(=0)，基本RS触发器置0，定时器输出u0由1变为0。同时，三极管T导通，电容通过R2放电，uc下降。在 输出低电平(=0 )，使触发器置1，输出u0由0变为1。同时三极管T截止，于是电容C再次被充电。如此不断重复上述过程，多谐振荡器的输出端就可得到一串矩形波。同时，端口5可以接一滑动变阻器，改变555的参考电压，可以实现改变占空比。由计算得T1=R1Cln2; T2=R2Cln2; T=T1+T2=(R1+R2)Cln2; 其中T1为高电平持续时间，T2为低电平持续时间，T为方波波的周期。当然也可以通过改变R1，R2的比值来改变占空比，同时也可以改变R1，R2，C的值来改变方波的输出频率。 5

3.1.2 Protues电路原理图设计 按图在proteus上连接电路，设置参数，然而在连接的过程中出现的最大问题就是找器件，方法是：点击左栏第二个图标，然后点击靠右一点的p，就出现一个查找器件的窗口，通过输入各个器件的名字来分别找到不同的器件。连接好电路图如下：

图3 555仿真电路 3.1.3 软件仿真方法和结果分析 打开仿真开关，可以得到图4：

图4占空比50% 图5 调整占空比后 方波为端口3输出波形，三角波为端口6输出波形。 图5是通过改变R1，R2的比值来改变占空比。 3.1.4设计和仿真过程中出现的问题及解决方法 在开始是按着指导书上的电路图来连接，但是却发现，波形总是会产生异常波动，然后通过改变各种电阻电容参数都不能消除。最后把电池组改成power电源后，这种情况就消失了，就是上面的情况。所以猜测，出现这种情况的原因是电池组电压不稳定造成的。下图为异常波形图： 6

图6 异常波形 可以发现，波形发生的严重的抖动，如果这种抖动不加以限制的话，就会产生各种误差，甚至烧坏元器件，所以必须消除。 3.2 单片机8051开发板设计 3.2.1 设计原理、方案论证 此题目包含6个模块：cpu模块，LED流水灯模块，键盘数显模块，蜂鸣器模块，A/D、D/A转换模块，串口通信模块。其中cpu模块是整个设计的核心，就像人的大脑，控制着其他电路的工作情况，其他模块是cpu的外围设备，受cpu的控制，就像人的躯体。下面分别对各个模块进行分析： 3.2.1.1 cpu模块 Cpu模块需要设计的包含三个部分：晶体震荡电路，复位电路，各端口总线，如下图所示。

图7 晶振 图8 复位电路 图9 端口 晶振片产生频率稳定的波形输入到单片机的xtal1，和xtal2口，加入两个电容是为了减小杂散电容的影响，使输出频率更稳定。，复位电路中通过按键产生一个高电平使单片机复位，电解电容是使按键产生有效复位。对单片机各端口标号，是为了连线的方便。 7

3.2.1.2 LED流水灯模块 LED为共阳极，电阻为保护电路。 流水灯的c语言程序见附录，下同； 3.2.1.3 键盘数显模块 本模块包括三个部分:8255,四个七段数码管，8路键盘。 可编程并行接口8255：它包含4个并行口，与外设接口部分：PA口，PB口，PC口，与CPU连接的引脚信号：D口，还有一些控制线，片选信号CS，低电平有效，读信号RD，低电平有效，写信号WR低电平有效，复位信号RESET，高电平有效，地址信号A1A0，下面是控制信号的操作表： 表2 8255控制端口 CS RD WR A1 A0 操作 0 1 0 0 0 写端口A 0 1 0 0 1 写端口B 0 1 0 1 0 写端口C 0 1 0 1 1 写控制寄存器 0 0 1 0 0 读端口A 0 0 1 0 1 读端口B 0 0 1 1 0 读端口C 0 0 1 1 1 无操作 8255A共有三种工作方式： 方式0 基本输入输出方式，即无须联络就可以直接进行8255A与外设之间的数据输入或输出操作。A口、B口、C口的高4位和低4位均可设置为方式0。方式1 选通输入输出方式，此时8255A的A口和B口与外设之间进行输入或输出操作时，需要C口的部分I/O线提供联络信号。只有A口和B口可工作于方式1。 方式2 选通双向输入输出方式，即同一端口的I/O线既可以输入也可以输出，端口A有方式0、方式1和方式2三种工作方式； 端口B只能工作于方式0和方式1； 端口C只能工作在方式0；而端口C仅工作于方式0。 控制字如下：