电子线路CAD课程设计(简易数字电压表)

简易数字电压表的设计

学 号 专业年级 指导教师

2021年12月14日

一、概述:

CAD是puter Aided Desigi计算机辅助设计）的简称，旨在通过计算机来完成电子线

路的设计过程、包括电原理图的编辑、电路功能仿真、工作环境模拟、印制板设计〔包括自动布局、自动布线〕与检测〔包括布线、布局规则的检测和信号完整性分析〕等。 二、课程设计的目的

1、对protel99软件的全面掌握和熟练运用。 2、掌握原理图的绘制。

3、学会元件库文件的绘制、保存与应用。 4、能区分各种不同的文件和元件的作业。 5、电路规则的检查并修改原理图中的错误。 6、PCB板的生成。 7、设计布线规则并布线。

8、生成材料清单。 97、印制PCB板和焊接。

三、课程设计的要求

运用Protel99SE软件绘制出一个由STC15F204EA单片机控制的简易电压表的原理图和PCB板，并将PCB板印制出来做成实物图，使之加载程序后可实现显示测量电压的功能。

电路中有1路输入电压，通过STC15F204EA单片机中的A/D转换通道，将电压模拟信号转换为数字信号，结果并按十进制由4位LED灯显示。

四、芯片介绍

STC15F204EA单片机是宏晶科技推出的新一代超低价A/D转换单片机单片机，1个时钟/机器周期，高速、高可靠，8路10位高速A/D转换。内部高精度R/C时钟，，±1%温飘，彻底省掉外部昂贵的晶振，5MHz~35MHz宽范围可设置。它采用低功耗设计，内部高精度

R/C时钟，内部高可靠复位，8级可选复位门槛电压复位，彻底省掉外部复位电路，可测的电压宽度为5.5 ~ 3.8V工作频率：5M ~ 35MHz，相当于普通8051: 60M ~ 420MHz，含有256字节片内RAM数据存储器，内EEPROM功能，擦写次数10万次以上。8通道，10位高速ADC，速度可达30万次/秒，2路定时器还可当2路PWM 或D/A使用，2个16位可重装载定时器。有硬件看门狗，先进的指令集构造，26个通用I/O ，串功能可由[P3.0/INT4,P3.结合定时器实现。

STC15F204EA管脚图如下：

五、硬件设计

电压输入彳A/D转换 单片机]3由显（示|LED显示

，' '''简易数字电压表驱动电路

原理图如下：

PCB图如下：

需要的原料清单： 实验原理：

利用STC15F204EA单片机中的A/D转换通道，将被测的输入模拟量转换为数字

量，再对其进展进制的转换与变量别离，使被测电压通过LED显示出来，即完 成了要求的简易电压表。

六、软件设计

程序代码：

#include void display(void);

#define Led_duan P2//定义各LED灯的连接收脚 sbit Ledl = P37; sbit Led2 = P3\"6 ; sbit Led3 = P3A5 ; sbit Led4 = P3A4;

#define Full1//为1时表示溢出 #define Empt0//为0时表示清零

Unsigned char codeDisp_Tab[] = {0*03,0*9f,0*25,0*0d,0*99,0*49,0*41,0*1f,0*01,0*09,0*02}; /供阴数码管代码段

unsigned charDisplay_buffer[] = {0*3f,0*3f,0*3f,0*3闹始/(LED unsigned int V_value=0;

void delay(unsigned int /i/延时函数{

unsigned char j; while(i--)

for(j=0;j<115;j++); }

unsigned char flag=0,count=0; void main(void) {

unsigned char bb=10;

IE=0*A0;/允许总中断和串行中断 P1ASF=0*01; while(1) {

ADC_CONTR=0*8a; //A/D转换控制存放器赋值while(bb--){EA=0;关闭中断display(); } EA=1;

A

ADC_CONTR=0*8a;

}

void AD101(void) interrupt 4 // u 使用串行中断 {

V_value=ADC_RES ;//A/转换结果高8 位 ADC_CONTR=0*;

V_value=V_value*5/255;

Display_buffer[0]=Disp_Tab[ V_value/1]; Display_buffer[1]=Disp_Tab[V_value%1/10]; Display_buffer[2]=Disp_Tab[V_value%10]; EA=0; }

void display(void) //Led_duan=P2 {

Led2=Empt;

Led_duan=Display_buffer[0]&0*fe; Led2=Full; delay(3); Led2=Empt; Led3=Empt;

Led_duan=Display_buffer[1]; Led3=Full; delay(3); Led3=Empt; Led4=Empt;

Led_duan=Display_buffer[2]; Led4=Full; delay(3); Led4=Empt; }

七、实验步骤

具体步骤如下：

1、根据设计要求及电路图选择适宜元器件并在protel99里建立一个.sch文件，在这个文

件内添加并放置相应的元器件，连好线绘制出电路图。

注意：？1。七。199里包含有元件库，里面含有大量的元器件，但对于protel99里没有的元件，自己应根据原件图绘制出来。绘制元件库时，首先应先建立一个sch. librar：文件，在其中绘制出引脚、标号，例如STC15F204EA单片机就需要自己绘制，画好后先保存再添加到原件库中，然后再在.sch文件中调用出来。

2、对.sch文件中放置的原件，根据其不同的外观对其一一进展封装的添加。添加封装完成

后对.sch文件进展电气规则检查，检查没有错误后对绘制好的.sch文件生成相应的PCB文件，在.pcb文件里就有对应的原件封装出现

注意：？1函。199里并没有全部的封装，对自己需要的元件封装根据相应的要求绘制出来。首先新建一个pcb.librar文件并在其中绘制出原件的形状，隔离好引脚间的距离，然后保存添加到.pcb文件的元件库中。

3、.pcb文件生成后应先在顶层绘制好板子的大小，在板子范围内结合原理图摆放并调整好

各元件的位置，摆放规则应尽量使pcb图摆放紧凑，整齐，美观，使各元件之间连线的时候线条及穿插线尽量少。

注意：元件摆放整齐的同时又要估测个元件的大小，使之连接实物时两原件能直接放置得下不会相互阻碍。在连线时就算有穿插线也应尽量使线能绕过其他元器件使之相连，尽可能的减少跳线的使用，这样走线就没则复杂。

4、生成pcb图后就是布线规则的设计°PCB设计时电源线和接地线一定要粗，其他线条也

尽可能的粗，一般连线的宽度是0.8mm，平安距离也尽可能的大一点，这样使焊接的时候不容易短接。

注意：简易数字电压表的设计中包含有STC15F204EA单片机，其有28个引脚，且其需要连线的引脚比较集中，布局较难调整，穿插线较多，所以需要连接跳线，在跳线处应尽量放置一个焊盘，这样在焊接的时候比较容易连线。

5、打印PCB板、转印、腐蚀、打孔、涂抹松香、安装元件、焊接。

转印时应将转印温度调至180°，转运-3次后，轻轻拉开外层纸*发现没有 完全转运至覆铜板上时，应及时再转印几次，直至整个电路图都出现在板子上， 对于其存在断路的地方用碳性笔进展描绘再进展腐蚀。

腐蚀时应注意不要过度腐蚀，那样会造成断路，也不要腐蚀不完整，会造成短路。腐蚀完成将板子清洗后假设发现没有腐蚀完全的地方可用小刀将铜刮除，在修整板子时可用万用表对其进展测量，与原理图进展比照看是否还存在断路或断路现象。

打孔时根据元件引脚的大小适当的选用0.8mm或1.0mm的针进展钻孔，钻孔时应注意不要离打孔机太近，以免飞出来的木屑或断针刺伤眼睛。打孔完毕后涂抹松香，可防止板子受到空气的腐蚀。

将元件按照PCB图进展安装，并用烙铁和锡丝进展焊接。〔安装元件时有正

负极之分的元件注意不要反接，焊接时注意不要出现虚焊和短接的情况。〕

使用因为此设计电阻采用的是贴片电阻，焊接时比较困难，需要用镊子夹住进展焊接，以免电烙铁过热烫伤手。

6、

八、实验总结

通过这次实验让我更加学会熟练操作Protel99软件，也加深了对CAD电子线路设计的了解，使单片机设计和硬件设计联系起来，完成电路图的连接和对单片机指令的操作系统及其控制。

这次的动手实验也让我们更加清楚了自己制作一块电路板的方法和流程，最后看到自己画的电路图制作成板子并能实现其功能的时候，心情真的很冲动，感觉到自己收获是挺大的。尤其在画PCB板时，由于芯片引脚较多而且与其他元件相连时存在穿插线实在太多，只能不断的对位置、平安距离和线宽进展设置，修改了很屡次后终于只剩下一根导线实在没方法对其进展连接，只得外加一根走线，对于很屡次的改变之后这结果还算能够承受，看着自己最好画出来的图本来很烦躁的心里松了一气。学习的过程就是这样充满困难的，我们要不断的尝试去挑战，以后也需要多多的培养动手能力和运用知识的能力。