電路設(shè)計軟件應(yīng)用報告
學(xué)院： 通信與電子工程學(xué)院
班級： 通信132班
學(xué)號：
姓名： 張
指導(dǎo)教師： 李
目錄
Altium Designer 簡介3
一、實習(xí)目的3
二、實習(xí)內(nèi)容4
三、系統(tǒng)硬件電路的功能描述4
3.1 系統(tǒng)硬件功能的總體描述4
3.2分部分的硬件功能描述4
四、 典型元件原理圖庫、PCB庫的設(shè)計方法7
4.1原理圖繪制過程7
4.2、PCB的生成13
五、實習(xí)心得體會15
六、參考文獻(xiàn)16
附圖：總原理圖及PCB附圖（A3格式）
Altium Designer簡介
Altium Designer系統(tǒng)是Altium公司于2006年年初推出的一種電子設(shè)計自動化(Electronic Design Automation，EDA)設(shè)計軟件。該軟件綜合電子產(chǎn)品一體化開發(fā)所需的所有必須技術(shù)和功能。Altium Designer 在單一設(shè)計環(huán)境中集成板級和FPGA系統(tǒng)設(shè)計、基于FPGA和分立處理器的嵌入式軟件開發(fā)以及PCB版圖設(shè)計、編輯和制造，并集成了現(xiàn)代設(shè)計數(shù)據(jù)管理功能，使得Altium Designer成為電子產(chǎn)品開發(fā)的完整解決方案。 隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展和電子計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了電子設(shè)計自動化技術(shù)日新月異。特別是在20世紀(jì)80年代末期，由于電子計算機(jī)操作系統(tǒng)Windows的出現(xiàn)，引發(fā)了計算機(jī)輔助設(shè)計(Computer Aided Design CAD)軟件的一次大的變革，紛紛臣服于Microsoft的Windows風(fēng)格，并隨著Windows版本的不斷更新，也相應(yīng)地推出新的CAD軟件產(chǎn)品。 在電子CAD領(lǐng)域，Protel Technology (Altium的前身)公司在EDA軟件產(chǎn)品的推陳出新方面扮演了一個重要角色。 20世紀(jì)80年代末，Windows系統(tǒng)開始日益流行，許多應(yīng)用軟件也紛紛開始支持Windows操作系統(tǒng)。Protel也不例外，相繼推出了Protel For Windows 1.0，Protel For Windows 1.5等版本。這些版本的可視化功能給用戶設(shè)計電子線路帶來了很大的方便，設(shè)計者不用再記一些煩瑣的命令，這也讓用戶體會到資源共享的樂趣。 20世紀(jì)90年代中期，Windows 95開始出現(xiàn)，Protel也緊跟潮流，推出了基于Windows 95的3.X版本。3.X版本的Protel加入了新穎的主從式結(jié)構(gòu)，但在自動布線方面卻沒有什么出眾的表現(xiàn)。另外，由于3.X版本的Protel是16位和32位的混合型軟件，所以不太穩(wěn)定。 Altium Designer作為最佳的電子開發(fā)解決方案，Altium Designer將電子產(chǎn)品開發(fā)的所有技術(shù)與功能完美地融合在了一起，其所提供的設(shè)計流程效率是傳統(tǒng)的點式工具開發(fā)技術(shù)所無法比擬的。與以前的Protel版本相比較，Altium Designer的主要特點及功能如下： 1.一體化的設(shè)計流程 2.增強(qiáng)的數(shù)據(jù)共享功能 3.可編程器件的充分利用 4.完全的約束驅(qū)動設(shè)計 5.結(jié)構(gòu)化的設(shè)計輸入 6.面向各種處理器的嵌入式軟件設(shè)計 7.高密板和高速信號設(shè)計的支持 一、實習(xí)目的 掌握一種電路原理圖與電路板的繪制方法是電類工程師的必備條件。本實習(xí)可使用軟件工具Altium Designer9.0以上版本（或Protel99SE或POWERLOGIC、PADS）。本實習(xí)的教學(xué)任務(wù)是通過實際操作練習(xí)，使學(xué)生掌握利用電路設(shè)計軟件繪制各種電路板原理圖的方法，SCH部分應(yīng)掌握： 軟件界面和基本操作；元件封裝的設(shè)計； 原理圖設(shè)計的基本操作；系統(tǒng)工作環(huán)境的設(shè)置等基本應(yīng)用。學(xué)會繪制的技巧和了解設(shè)計各種實際應(yīng)用電路的方法，同時可以進(jìn)行PCB設(shè)計。 二、實習(xí)內(nèi)容 結(jié)合以前所學(xué)課程（例如模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)、電子設(shè)計自動化、通信原理等）設(shè)計一個系統(tǒng)，繪制具有一定復(fù)雜度的電路原理圖。要求如下： 1）所給出的原理圖設(shè)計應(yīng)有系統(tǒng)的理論完整性，應(yīng)該包含類似晶振、復(fù)位電路等構(gòu)成基本系統(tǒng)的元件，并且給出其合理的取值。 2）此系統(tǒng)至少包含不同型號的8腳以上（含8腳）的芯片器件（例如89c51等，相同型號的多個芯片算一個）數(shù)量不少于4個，從而能夠可以從硬件上完成2-3種以上可以描述的硬件功能。 特別說明： 諸如以下的多腳非芯片不計入其中，例如液晶（LCDxx）、鍵盤（Keyxx）、下載接口（JTAG、ISP、IAP等）、擴(kuò)展接口（CONxx、Headerxx、Jxx）、七段數(shù)碼管等非芯片接口不計入芯片數(shù)量。如果有擴(kuò)展RAM或ROM只能最多選擇擴(kuò)展其中之一的功能。 3）根據(jù)自己設(shè)計的系統(tǒng)，設(shè)計部分芯片的原理圖封裝，按照設(shè)計繪制正確的原理圖。 4）根據(jù)設(shè)計的原理圖設(shè)計PCB圖（可選，加分項）
三、系統(tǒng)硬件電路的功能描述 3.1 系統(tǒng)硬件功能的總體描述 本次設(shè)計的電路可以實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換，ROM存儲空間的擴(kuò)展以及單片機(jī)與外設(shè)直接實現(xiàn)串口通信的功能，本電路設(shè)計包含晶振和復(fù)位電路。 3.2分部分的硬件功能描述 圖3-1
本部分是總體電路部分的核心。主要由51單片機(jī)，時鐘電路和復(fù)位電路組成。采用內(nèi)部時鐘方式，AT89C51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，它的輸入端為XTAL1,輸出端引腳為XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，上圖左半部分是AT89S51內(nèi)部時鐘方式的電路。C1和C2的典型值通常選擇為30pF。電容大小會影響振蕩器頻率高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振頻率范圍通常是1.2～12MHz。晶體頻率越高，單片機(jī)速度就越快。速度快對存儲器的速度要求就高，印制電路板的工藝要求也高，即線間的寄生電容要小。晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。為提高溫度穩(wěn)定性，采用溫度穩(wěn)定性能好的電容。 常選6MHz或12MHz的石英晶體。隨著集成電路制造工藝技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的時鐘頻率也在逐步提高，已達(dá)33MHz。按鍵手動復(fù)位有電平和脈沖兩種方式。本設(shè)計用的按鍵式電平復(fù)位電路。又在P1.7口接了一個LED燈，主要作用是工作指示燈。當(dāng)單片機(jī)上電時，將P1.7設(shè)置為低電平，則指示燈亮，說明單片機(jī)正常工作。 圖3-2
本模塊是實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的功能，在輸入端輸入模擬量，在輸出端則是轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便于單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 目前單片的ADC芯片較多，對設(shè)計者來說，只需合理的選擇芯片即可�，F(xiàn)在部分的單片機(jī)片內(nèi)集成了A/D轉(zhuǎn)換器，在片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器不能滿足需要，還是需外擴(kuò)。另外作為擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換器的基本方法，應(yīng)當(dāng)掌握。 盡管A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，但目前廣泛應(yīng)用在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的主要有逐次比較型轉(zhuǎn)換器和雙積分型轉(zhuǎn)換器，此外-Δ式轉(zhuǎn)換器逐漸得到重視和較為廣泛的應(yīng)用。 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，在精度、速度和價格上都適中，是最常用的A/D轉(zhuǎn)換器。 隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換器的新設(shè)計思想和制造技術(shù)層出不窮。為滿足各種不同的檢測及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)不同、性能各異的A/D轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)運而生。目前，除并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器外，隨著單片機(jī)串行擴(kuò)展方式的日益增多，帶有同步SPI串行接口的A/D轉(zhuǎn)換器的使用也逐漸增多。串行輸出的A/D轉(zhuǎn)換器具有占用端口線少、使用方便、接口簡單等優(yōu)點。 圖3-3 AT89S51串行口的輸入、輸出均為TTL電平�？垢蓴_性差，傳輸距離短，傳輸速率低。為提高串行通信的可靠性，增大串行通信的距離和提高傳輸速率，都采用標(biāo)準(zhǔn)串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等。根據(jù)通信距離和抗干擾性要求，可選擇TTL電平傳輸、RS-232C、RS-422A、RS-485串口進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸。 本模塊是利用單片機(jī)外擴(kuò)的RS232串口電路，實現(xiàn)單片機(jī)與外設(shè)之間的串口通信。在測控系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲容量和數(shù)據(jù)處理能力都較低，所以一般情況下單片機(jī)通過串行口與PC機(jī)的串行口相連，把采集到的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)上，再在PC機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 由于單片機(jī)的輸入輸出是TTL電平，而PC機(jī)配置的都是RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口，為9針“D”型連接器（插座），如圖3-4所示。由于兩者的電平不匹配，必須對單片機(jī)輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-232電平。 圖3-4
圖3-5 AT89C51單片機(jī)與EPROM的硬件接口電路，圖3-5為外擴(kuò)了16KB的EPROM 27128的電路圖。由于只擴(kuò)展了一片EPROM，所以片選段CE’ 直接接地，也可接到某一高位地址線進(jìn)行線選，當(dāng)然也可以接到某一地址譯碼器的輸出端。
四、 典型元件原理圖庫、PCB庫的設(shè)計方法 4.1原理圖繪制過程 1) 建立工程 方法一：選擇菜單File\Project\PCB Project。 方法二：單擊File工作面板中New區(qū)域下的Blank Project(PCB) 。 方法三: 單擊Home工作區(qū)窗口中的Printed Circuit Board Design，在新出現(xiàn)的窗口中單擊New Blank PCB Project。 圖4-1 圖4-2
在Project工作面板中新建的項目文件上單擊右鍵或在Project按鈕上單擊，然后在彈出的快捷菜單中選擇Save Project，如上圖所示； 2) 建立原理圖 建立項目文件后,就可以在該項目文件下新建原理圖文件(SCH)了。 方法一：執(zhí)行菜單命令File\New\Schematic。 方法二：單擊File工作面板中New區(qū)域下的Schematic Sheet。 圖4-3 單擊工具欄中存盤按鈕 或選擇菜單File\save,系統(tǒng)將會彈出文件保存對話框,如下圖所示,在對話框中選擇保存路徑并輸入文件名稱,單擊保存。  圖4-4一般情況下，在結(jié)束設(shè)計退出軟件之前，應(yīng)依次關(guān)閉打開的文件和項目。關(guān)閉文件可以選擇菜單File\Close或在欲關(guān)閉的文件標(biāo)簽上單擊鼠標(biāo)右鍵從彈出的快捷菜單中選擇Close*** （***為文件名）；關(guān)閉項目文件時，在圖所示的快捷菜單中選擇Close Project。如果文件或項目未保存則提示存盤。 采用類似的方法，可以新建并保存或關(guān)閉PCB文件，PCB庫文件，集成元件庫等。 原理圖的操作步驟: 1、創(chuàng)建原理圖文件：在當(dāng)前項目中創(chuàng)建原理圖文件。 2、配置工作環(huán)境：設(shè)置圖紙的大小、方向和標(biāo)題欄，也可以根據(jù)需要配置個性化的設(shè)計界面。 3、放置電路元器件：在原理圖圖紙空間中添加電路所需的元件、其他電氣對象和非電氣對象。其中的元件可以從原理圖庫文件中獲取，對于庫中沒有的元件，可以自行創(chuàng)建。要使原理圖能夠生成正確的用于制作印刷電路板的網(wǎng)絡(luò)表文件，需要對元件的電氣特征進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。 4、布局原理圖：要使電路原理圖規(guī)范、美觀、便于布線、減少錯誤，需要對原理圖中各個元件的位置進(jìn)行合理的布局。 5、原理圖布線：在各個元件管腳之間添加具有電氣連接特性的連接線。 6、電氣檢測和調(diào)整：檢測原理圖有無錯誤，并對出錯的內(nèi)容進(jìn)行修改和調(diào)整。 7、輸出報表：使用各種報表工具生成包含原理圖文件信息的報表文件。其中，最重要的是網(wǎng)絡(luò)表文件。 8、保存原理圖文件：將設(shè)計完成的原理圖文件保存到磁盤中。 9、打印圖紙：根據(jù)需要打印規(guī)范化的原理圖紙。 3) 原件庫的操作 對于元件和庫文件的各種操作，Altium Designer Summer 09系統(tǒng)中專門提供了一個直觀靈活的【庫…】面板 圖4-5
直接加載元件庫 執(zhí)行【設(shè)計】/【添加/移除庫】命令或在【庫…】面板上，單擊左上角的 “庫…”按鈕，則系統(tǒng)彈出如圖4-6所示的【可用庫】對話框。 圖4-6【可用庫】對話框
對話框中有3個選項卡，【工程】中列出的是用戶為當(dāng)前工程自行創(chuàng)建的元件庫，【已安裝】中列出的則是系統(tǒng)當(dāng)前可用的元件庫。 
在【工程】選項卡中單擊“添加庫”按鈕，或者在【已安裝】選項卡中單擊“安裝”按鈕，系統(tǒng)彈出如圖4-6所示的元件庫瀏覽窗口。 圖4-7 圖4-8
查找元件并加載相應(yīng)的元件庫 打開【庫…】面板，單擊“搜索”按鈕，系統(tǒng)彈出【搜索庫】對話框。 在【域】列表框的第一行選擇“Name”， 在【運算符】列表框中選擇“contains”，在【值】列表框中輸入元件的全部名稱或部分名稱 ，如“AD9850”。設(shè)置【搜索】類型為：“Components”，選中【庫文件路徑】單選框，此時，【路徑】文本編輯欄內(nèi)顯示系統(tǒng)所提供的默認(rèn)路徑：“C\PROGRAM FILES\ALTIUM DESIGNER SUMMER 09\Library\”，如圖4-8所示。單擊“搜索”按鈕后，系統(tǒng)開始查找。 查找結(jié)束后的【庫…】面板如圖4-9所示。可以看到，符合搜索條件的元件只有1個，其原理圖符號、封裝形式等顯示在面板上，用戶可以詳細(xì)查看。 圖4-9 單擊【庫…】面板右上方的“Place”按鈕，則系統(tǒng)會彈出提示框，以提示用戶：要放置的元件所在的元件庫為“AD RF and IF Frequency Synthesiser.IntLib”，并不在系統(tǒng)當(dāng)前可用的元件庫中，詢問是否將該元件庫進(jìn)行加載。 單擊“是”按鈕，則元件庫“AD RF and IF Frequency Synthesiser.IntLib”被加載。此時，單擊【庫…】面板上的“庫…”按鈕，可以看到。在【可用庫】對話框中，“AD RF and IF Frequency Synthesiser.IntLib”已成為可用元件庫，如圖4-10所示。 圖4-10 4）原理圖中元件庫的操作 當(dāng)繪制原理圖時，常常在放置元件之前，需要添加元件所在的庫。因為元件一般保存在一些元件庫中，這樣能很方便用戶設(shè)計使用。盡管Altium Designer Summer 09內(nèi)置的元件庫已經(jīng)相當(dāng)完整，但是在繪制原理圖的時候還是會遇到一些在庫中找不到的元件，比如某種很特殊的元件或新出現(xiàn)的元件。 因此，Altium Designer Summer 09提供了一個完整的創(chuàng)建元件庫的工具，即元件庫編輯管理器，使用戶能夠隨心所欲地編輯符合自己要求的庫元件，并可建立相應(yīng)的庫文件，加入到工程中，使得工程自成一體，便于工程數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，也增加了其安全性和可移植性。本章中將詳細(xì)介紹如何制作元件、元件的封裝及新建一個庫，以及輸出相應(yīng)的文件報表。 當(dāng)繪制原理圖時，常常在放置元件之前，需要添加元件所在的庫。因為元件一般保存在一些元件庫中，這樣能很方便用戶設(shè)計使用。盡管Altium Designer Summer 09內(nèi)置的元件庫已經(jīng)相當(dāng)完整，但是在繪制原理圖的時候還是會遇到一些在庫中找不到的元件，比如某種很特殊的元件或新出現(xiàn)的元件。 因此，Altium Designer Summer 09提供了一個完整的創(chuàng)建元件庫的工具，即元件庫編輯管理器，使用戶能夠隨心所欲地編輯符合自己要求的庫元件，并可建立相應(yīng)的庫文件，加入到工程中，使得工程自成一體，便于工程數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，也增加了其安全性和可移植性。本章中將詳細(xì)介紹如何制作元件、元件的封裝及新建一個庫，以及輸出相應(yīng)的文件報表。 啟動原理圖庫文件編輯器有多種方法，通過新建一個原理圖庫文件，或者打開一個已有的原理圖庫文件，都可以進(jìn)入原理圖庫文件的編輯環(huán)境中。 執(zhí)行【文件】/【新建】/【庫】/【原理圖庫】命令，則一個默認(rèn)名為“SchLib1.SchLib”原理圖庫文件被創(chuàng)建，同時原理圖庫文件編輯器被啟動，如下圖所示:
圖4-11 原理圖符號繪制工具欄 單擊實用工具中的  ，則會彈出相應(yīng)的原理圖符號繪制工具欄，如圖3-2所 示。其中各個圖標(biāo)的功能與【放置】級聯(lián)菜單中的各項命令具有對應(yīng)的關(guān)系，如下圖所示： 圖4-12 圖4-13
【SCH Library】面板是原理圖庫文件編輯環(huán)境中的專用面板，用來對當(dāng)前原理圖庫中的所有元件進(jìn)行編輯和管理，如下圖所示：
圖4-14
用戶要建立自己的原理圖庫，一種方式是自己創(chuàng)建各種庫元件，繪制其原理圖符號并編輯相應(yīng)屬性，就象前面我們所做的一樣；還有一種方式是把現(xiàn)有庫文件中的類似元件復(fù)制到自己的庫文件中，直接使用或者在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行編輯修改，創(chuàng)建出符合自己需要的原理圖符號，這樣可以大大提高設(shè)計效率，節(jié)省時間和精力。 復(fù)制庫元件 把集成庫“TI Logic Decoder Demux.IntLib”中的元件“SN74LS138N”復(fù)制到前面所創(chuàng)建的原理圖庫“電路設(shè)計課設(shè).SchLib”中。 打開原理圖庫“電路設(shè)計課設(shè).SchLib”。 執(zhí)行【文件】/【打開】命令，找到“C：\Program Files\Altium Designer Summer 09\Library\Texas Instruments”目錄下的庫文件“TI Logic Decoder Demux. IntLib”，如圖4-15所示。
圖4-15
4.2、PCB的生成 要先新建PCB工程如圖4-16所示。 
圖4-16 然后執(zhí)行編譯操作，如圖4-17，結(jié)果應(yīng)如圖4-18。 圖4-17 圖4-18 然后點擊設(shè)計->Update PCB Document 圖4-19 最終布線結(jié)束生成圖如下所示 圖4-20
五、實習(xí)心得體會 通過這次課程設(shè)計讓我學(xué)會并熟悉了Altium designer 這一軟件的應(yīng)用，包括原理圖、原理圖相應(yīng)的元件庫的建立以及PCB的生成和布線應(yīng)注意的問題等都更加熟悉。 在制圖過程中遇到了許多問題，比如，第一次接觸這個軟件很多地方都不知道，花了較多時間熟悉軟件功能，而且自己在網(wǎng)上找到的許多庫里的元件沒有封裝，在最后生成PCB的時候無法正常生成，因此又重新找了對應(yīng)的芯片替換。還有在編譯過程中發(fā)現(xiàn)了許多錯誤和警告，在我一個個對照百度搜索了錯誤的內(nèi)容之后一點點地修改好了原理圖，最后進(jìn)行PCB的繪制。在PCB布線之前的元器件的擺放很有講究，要盡可能的減少線的交集，因為雙面板子線如果交叉沒辦法正常生成板子，所以在調(diào)整元器件位置時候需要耐心。并適當(dāng)用空格鍵旋轉(zhuǎn)器件減少線的交叉。最后自動布線就可以了。 本課題所繪制的原理圖，是利用單片機(jī)和AD轉(zhuǎn)換模塊、RS232串口電路模塊和存儲器擴(kuò)展模塊四個部分來實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換，ROM存儲空間的擴(kuò)展以及單片機(jī)與外設(shè)直接實現(xiàn)串口通信的功能，本電路設(shè)計包含晶振和復(fù)位電路。 本次課程設(shè)計加強(qiáng)了我運用軟件的能力，熟練了我對實驗設(shè)備的調(diào)試能力，也鍛煉了我檢錯能力，收獲頗豐。我接觸到了很多新的知識，也回顧了部分學(xué)過的內(nèi)容，這幾天過的非常充實，也很有意義。在很多次失敗之后，通過自己的努力和不斷摸索讓我明白了最什么事情都要有耐心，不怕困難，勇往直前。這樣肯定能鍛煉自己的解決問題的能力，讓自己在未來的學(xué)習(xí)和工作中有更多的實踐經(jīng)驗。當(dāng)然過程中還存在些許不足之處，不足之處還望老師能批評指正，謝謝！
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2018-7-6 07:36 上傳
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