第10章综合实例10.1频率计电路
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
10.2基于单片机的GSM控制电路设计10.1频率计电路设计 本例要设计一个测量频率的电路，测量范围为30Hz-300kHz，误差控制在2%以内。10.1.1电路分析 根据设计要求，控制系统采用单片机AT89C2051。测量信号通过整形电路，输出满足单片机要求的脉冲信号，经过单片机的运算、转换处理等通过4位数码管显示出频率值。设计的原理图如10-1所示，对应的元件属性如
表
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10-1所示。 图10-1频率计电路原理图表10-1元件属性表10.1.2绘制原理图 1.创立
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
执行菜单命令File>>New>>Project， 在NewProject对话框中选择ProjectType为PCBProject，ProjectTemplates为
，将该工程命名为频率计.PrjPcb。 2.创立原理图文件 在频率计.PrjPcb工程下，选择菜单命令File>>New>>Schematic，建立原理图文件频率计原理图.SchDoc。 3.加载元件库 根据表10-1所示，加载My、MotorolaAnalog、Miscellaneous和Miscellaneous四个元件库。其中My是自建库，这个库是在第9章中创立的，其中单片机元件AT89C2051和四位一体数码管DPY_8_4两个元件要在这个实例中使用。 4.放置元件 参考表10-1所示的元件属性，从相应的元件库中调用元件将其放置在图纸上，并修改属性。用移动、旋转等操作对元件进行的布局，得到如图10-2所示布局结果。图10-2元件布局 5.元件连线 执行菜单命令Place>>Wire，根据图10-1所示的频率计电路原理图来连接各个电气元件。完成所有的连线结果，如图10-3所示。图10-3完成原理图的连线 6.编译工程工程和网络表 (1)执行菜单命令Project>>CompilePCBProject频率计.PrjPcb，将对工程工程进行编译。通过查看Messages(消息)对话框，如果有Error提示，那么需要进行修改，修改好再重新编译，直到编译成功，没有错误。至于修改大致有两种情况，一种是原理图设计时出错，按照错误提示去修改；另一种是电气规那么检查设置要调整，比方有些情况可以不报错或者忽略。本例编译成功，在Messages(消息)对话框中显示的内容如图10-4所示。 (2)完成工程编译后，执行菜单命令Design>>NetlistForProject>>Protel，生成频率计原理图.NET网络表。图10-4Messages(消息)对话框10.1.3绘制印刷电路板图 1.准备工作 绘制印刷电路板图之前，需要做一些准备工作，保证绘制工作顺利进行，减少返工的概率。 (1)需要核查所选的元件封装是否符合工程的要求或者工程应用要求。在原理图编辑环境下，执行菜单命令Tools>>FootprintManager，系统将弹出FootprintManager(封装管理)对话框，如图10-5所示。图10-5FootprintManager(封装管理)对话框 在该对话框中查看每个元件的封装信息，如封装名，对应的封装库，二维图形等。如果封装不符合要求，可以进行修改或新增。点击Edit按钮，系统将弹出如图10-6所示的PCBModel对话框。在PCBModel对话框去选择一个适宜的封装，也可以点击Add按钮，弹出PCBModel对话框，选择一个封装作为元件封装的一种选择。图10-6PCBModel对话框 如果修改了元件封装，那么需要重新生成网络表。 (2)准备好网络表。如果修改了电路原理图的连接，或者更改了封装等和电气有关的变更，那么需要重新生成网络表。 (3)仔细研究工程产品的物理模型、印刷电路板的安装方式、产品使用环境和一些特殊的要求，用于确定元件布局的要求和PCB的物理形状大小。本例要求尺寸为70mm×50mm。 2.规划电路板 (1)创立PCB文件。执行菜单命令Files>>New>>PCB，在工程工程下新建一个PCB文件，默认名称为。通过执行菜单命令File>>SaveAs可以对新建的PCB图进行重命名，命名为频率计。 (2)设置板子物理大小。首先将PCB编辑区的当前工作层切换到机械层，即在PCB编辑器区的下方标签栏中单击Mechanical1选项，然后执行绘图命令Place>>Line绘制一个70mm×50mm的矩形框。如果系统单位不是公制的，需要执行菜单命令Design>>BoardOptions，在BoardOptions对话框中修改。 选中整个矩形框，再执行菜单命令Design>>BoardShape>>DefineFromSelectedObjects，即可完成板卡物理大小的设置，如图10-7所示。 执行菜单命令Place>>Dimension>>Dimension，放置板卡水平长度和高度标注。 (3)设置电气区域。在PCB编辑器区的下方标签栏中单击Keep-OutLayer选项，然后执行绘图命令Place>>Line在板卡物理边界内绘制一个封闭图形。图10-7PCB板的物理大小 3.导入网络表 执行菜单命令Design>>ImportChangesFrom频率计.PrjPcb命令，翻开EngineeringChangeOrder对话框。在该对话框中单击ValidateChanges按钮，对所有的元件封装进行检查，在检查全部通过之后，单击ExecuteChanges按钮，将所有的元件封装加载到PCB文件中，如图10-8所示。最后单击Close按钮，退出对话框。在PCB图纸上可以看到，加载到PCB文件中的元件封装及其连接关系，如图10-9所示。图10-8EngineeringChangeOrder对话框图10-9加载到PCB图纸上的元件封装及其连接关系 4.元件布局 对元件采用手工布局，利用鼠标拖动的
方法
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来调整元件的位置。对相同属性的元件利用排列对齐的方法进行统一调整。布局完成的效果如图10-10所示。其中放了4个焊盘作为支架通孔，分别安置在4个角落，规格设为：大小3mm×3mm，孔径3mm。图10-10完成元件的布局 5.布线 (1)设置布线的线宽。执行菜单命令Design>>Rules，在弹出的PCBRulesandConstraintsEditor对话框中选择Routing选项，在该选项下面，单击Width子规那么。在Width子规那么中设置一般信号线线宽为0.5mm，电源线VCC和地线GND线宽为1.0mm。设置好的规那么如图10-11所示。图10-11设置线宽规那么 (2)通过自动布线和手动布线相结合的方式来完成布线。先执行菜单命令AutoRoute>>All自动布线，再分析自动布线哪些地方合理，哪些不合理。对不合理的地方进行手工布局调整，手动走线调整。为了得到正确、美观的PCB图，这个过程可能需要屡次重复。如图10-12所示的效果是一次自动布线的效果，图10-13所示的是经过屡次布线后的效果。图10-12一次自动布线效果图10-13屡次调整布线效果 6.补泪滴和覆铜 执行菜单命令Tools>>Teardrops，在弹出的Teardrops对话框中选择对所有的对象进行补泪滴。 执行菜单命令Place>>PolygonPour(或者选择Wiring工具栏上的 图标)，在弹出的PolygonPour敷铜设置对话框中选择Solid填充方式，选择层面为BottomLayer(底层)，设置覆铜连接GND网络，覆铜方式为PourOverAllSameNetObjects，其他按默认值设置。绘制和禁止布线层一样的覆铜区域。按照相同的操作在顶层也进行和GND网络连接的敷铜，最后的效果如图10-14所示。图10-14覆铜效果 7.放置信息标注 执行菜单命令Place>>String，在弹出的String属性对话框的Text中输入标注信息，并将其放置到适宜的位置。如图10-15所示右下角处显示的标注。图10-15完成标志效果10.1.4编译工程 执行菜单命令Project>>CompilePCBProject频率计.PrjPcb，对整个工程工程进行编译。完成之后保存所做的工作，整个频率计工程的设计工作便完成了。 10.2基于单片机的GSM控制电路设计10.2.1电路分析根据 需求要求，GSM模块选用西门子的TC35或者TC35I，通过它可实现GSM通信和AT指令的本地测试。整个控制由单片机STC12C5A52S2实现，也支持51系列其他单片机。采用锁紧座以便单片机的更换，单片机的P0～P3的所有I/O口都有外接扩展。设置跳线接口电路，可实现串口、GSM模块、单片机直接的电路连接切换。该电路不仅放置了ISP下载接口，还提供了一些输入输出资源，包括LCD1602接口、蜂鸣器电路、两路5V继电器输出，配置EEPROM存储用户数据，三个输入按键，一个DS18B20接口。电源采用LM2576-5稳压器使输入工作电压范围9～40V可以正常工作。为了保证模块稳定和模块供电要求采用LM2576-5ADJ可调稳压转为GSM模块供电。 设计的电路原理图如图10-16所示，对应的元件属性如表10-2所示。图10-16GSM控制器电路原理图表10-2元件属性表10.2.2绘制原理图 1.创立工程 执行菜单命令File>>New>>Project，创立工程命名为GSM控制器.PrjPcb工程工程。 2.创立原理图文件 在GSM控制器.PrjPcb工程下，选择菜单命令File>>New>>Schematic，建立原理图文件GSM控制器原理图.SchDoc。 3.加载元件库 根据表10-2所示，设计中需要的元件都集成在My元件库中，所以只需要加载My元件库即可。这个集成库是作者多年设计积累的个人自建库，读者可以从前言提到的网络地址访问下载，也可以联系作者索取。 4.放置元件和连线 根据参考电路图，进行分模块的设计。通过放置元件布局，再连线绘制各个模块电路。完成绘制的电源电路图如图10-17所示，单片机最小系统电路图如图10-18所示，TC35接口电路图如图10-19所示，串口电路和下载电路图如图10-20所示，继电器输出电路图如图10-21所示，其他输入输出资源电路图如图10-22所示。图10-17电源电路图10-18单片机最小系统电路图10-19TC35接口电路图10-20串口电路和下载电路图10-21继电器输出电路图10-22其他输入输出资源电路 5.编译工程工程和网络表 (1)执行菜单命令Project>>CompilePCBProjectGSM控制器.PrjPcb，将对工程工程进行编译。在Messages(消息)对话框中查看信息提示，如果有Error提示，那么需要进行修改，修改好再重新编译，直到编译成功，没有错误，如图10-23所示。 (2)完成工程编译后，执行菜单命令Design>>NetlistForProject>>Protel，生成GSM控制器原理图.NET网络表。图10-23Messages(消息)对话框10.2.3绘制印刷电路板图 1.规划电路板 (1)创立PCB文件。执行菜单命令Files>>New>>PCB，在工程工程下新建的一个命名为GSM控制器PCB图.PcbDoc的PCB文件。 (2)设置电路板物理大小。将PCB编辑区的当前工作层切换到机械层，即在PCB编辑器区的下方标签栏中单击Mechanical1选项，然后执行绘图命令Place>>Line绘制一个120mm×100mm的矩形框。最后选中整个矩形框，执行菜单命令Design>>BoardShape>>DefineFromSelectedObjects，完成电路板物理大小的设置。 (3)设置电气区域。在PCB编辑器区的下方标签栏中单击Keep-OutLayer选项，然后执行绘图命令Place>>Line在板卡物理边界上绘制一个封闭图形。 2.导入网络表 执行菜单命令Design>>ImportChangesFromGSM控制器.PrjPcb命令，导入网络表。 3.元件布局 根据信号流向和电路板美观的根本要求，对元件进行手工布局。在电路板上放置了4个焊盘作为支架通孔规格设为：大小3 mm×3 mm，孔径3 mm。另外放置标注信息：和。完成的效果图如图10-24所示。图10-24完成元件的布局 4.布线 (1)设置布线的线宽。执行菜单命令Design>>Rules，在弹出的PCBRulesandConstraintsEditor对话框中设置线宽。要求设置一般信号线线宽为0.508mm，电源线VCC和地线GND线宽为1.0mm，继电器输出线都为1.0mm。设置好的规那么如图10-25所示。图10-25设置线宽规那么 (2)通过自动布线和手动布线相结合的方式来完成布线。经过屡次布线调整后的效果如图10-26所示。图10-26屡次调整布线效果 5.补泪滴和覆铜 先执行菜单命令Tools>>Teardrops，在弹出的Teardrops对话框中选择对所有的对象进行补泪滴。再执行菜单命令Place>>PolygonPour，对顶层和底层铺接地的铜。最后得到的效果如图10-27所示，3D模式效果图如图10-28所示。图10-27覆铜效果图10-283D模式下效果10.2.4编译工程 执行菜单命令Project>>CompilePCBProjectGSM控制器.PrjPcb，对整个工程工程进行编译。完成之后保存所做的工作，整个GSM控制器工程的设计工作便完成了。
浙公网安备 33021202002483