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Altium Designer红外遥控电子钟


宁德师范学院
Altium Desigener 课程设计

实习项目: 系 专 学 姓 别: 业:

红外遥控电子钟 物理与电气工程系 电气工程及其自动化

号: qq2316670882 名: 要画板文件的联系我

指导老师: 日 期: 2014 年 6 月 6 日

Altium Designer 课程设计任务书
课程设计目的:
1.熟悉 Altium Designer 软件的界面; 2.掌握并能熟练运用 Altium Designer 软件制作元件库; 3.掌握并熟练运用 Altium Designer 软件设计电路原理图及 PCB 板布线;

主要内容:
设计一个电子钟有以下功能: 1.设计一个电子钟采用红外遥控的方法调节电子钟的年、月、日、时、分、秒; 2.显示年月日时分秒; 3.对时间进行设定; 4.闹铃功能; 5.整点报时功能; 6.显示温度;

基本要求:
1.拟定设计方案; 2.绘制红外遥控电子钟电路原理图并设计 PCB 板;

主要参考资料:
[1] 张惠峥,张鹏. 基于 Altium Designer 的电子产品一体化设计 [J]. 无线电通信技术, 2008 [2] 华文龙. Altium Designer 中的机电一体化设计 [J]. CAD/CAM 与制造业信息化, 2009 [3] 刘畅. Altium Designer 多图纸原理图设计方法探讨 [J]. 科技资讯, 2010 [4] 郭天祥.新概念 51 单片机 C 语言教程.电子工业出版社,2009 [5] 谢龙汉.鲁力.张桂东.Altium Designer 原理图与 PCB 设计及仿真.电子工业出版社, 2012 [6] 谷树忠.Altium Designer 教程:原理图、PCB 设计与仿真.北京: 电子工业出版社, 2010 [7] 谢自美.电子线路设计-实验-测试.武汉华中科技大学出版社,2000 [8] 阎石.数字电子技术基础-5 版.北京:高等教育出版社,2006





1 任务与要求 ............................................................. 1 2 红外电子钟的基本功能分析 ............................................... 1 2.1 红外遥控电子钟的控制模块 .......................................... 1 2.2 显示年月日时分秒 .................................................. 2 2.3 闹铃整点报时功能 .................................................. 2 2.4 能用红外线对电子钟进行遥控 ........................................ 3 2.5 温度采集 DS18B20 模块 .............................................. 3 2.6 复位电路的设计 ................................................... 3 3 创建新的元器件原理图及 PCB 封装 ......................................... 4 4 电路原理图的绘制过程及 PCB 板的制作过程 ................................. 9 5 课程设计总结 .......................................................... 14 参考文献 ................................................................ 15

Altium Designer 课程设计

红外遥控电子钟的设计
1 任务与要求
( 1 )了解原理图设计基础、学习 Altium Designer 软件的功能及使用方法。 ( 2 )掌握绘制原理图的各种工具、利用软件绘制原理图。 ( 3 )掌握编辑元器件的方法构造原理图元件库。 ( 4 )熟练掌握手工绘制电路版的方法。 ( 5 )掌握绘制编辑元件封装图的方法,自己构造印制板元件库。 ( 6 )了解电路板设计的一般规则、利用软件绘制原理图并生成印制板图。 ( 7 )并按要求撰写实验报告。

2 红外电子钟的基本功能分析
2.1 红外遥控电子钟的控制模块 TC89C54是一种带有4K 字节的闪烁可编程并且可擦除的只读式存储器(FPEROM —Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能 CMOS8位微 处理器,俗称单片机。该器件采用高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯 片中,STC89C54是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且 价廉的方案。引脚如图1所示:

图1 at89x51引脚
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2.2 显示年月日时分秒

图2 显示电路

DS1302的在实时显示时间中的应用,如图3所示。它可以对年、月、日、周、日、 时、分、秒进行计时,且具有闰年补偿等多种功能。

图3 DS1320

2.3 闹铃整点报时功能 本设计采用扬声器报警,当定时时间到时,蜂鸣器发出声响。蜂鸣器接线如图4所 示。

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图4 报时电路

2.4 能用红外线对电子钟进行遥控 红外接收需要连接输出 OUT 一个借口即可,如图5所示

图5 红外遥控电路

2.5 温度采集 DS18B20 模块 由于 DS18B20具有超小的体积,超低的硬件开消,抗干扰能力强,精度高,附加 功能强等特点,所以使得 DS18B20受到更多的使用,DS18B20的主要特征 :全数字温 度转换及输出; 先进的单总线数据通信; 最高12位分辨率,精度可达±0.5摄氏度; 12 位分辨率时的最大工作周期为750毫秒;可选择寄生工作方式; 检测温度范围为-55° C~+125°C(-67°F~+257°F); 内置 EEPROM,限温报警功能。

图6 温度采集电路

2.6 复位电路的设计 简单复位电路的好处在于不受工作电压范围的限制,而专用复位集成电路,必须注 意复位电压和工作电压是否匹配。这类专用的复位集成芯片除集成复位电路外,还有些 集成看门狗、EEPROM 存储器等其他功能模块。复位电路可采用简单的电阻、电容及 按键开关构成上电自动复位和手动复位,也可选择专用的复位集成芯片。复位电路连接
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示意图如图7所示:

图7 复位电路

3 创建新的元器件原理图及 PCB 封装
首先打开 Altium Designer,然后启动 File>NewProject>Integrated Library 命令,创建 一个新的集成元件库,再新建一个原理图库,并保存到指定文件夹,按照自己的需求命 名。以89x51为例: 创建工程文件:

图 8 新建工程

创建元件的原理图及封装:点击菜单栏上 tool>new conponment ,输入新元件的名 字。

图 9 创建新元件

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图10 新建 PCB 板

在空白处点击右键,点击 place >rectangle ,可以画出元件的大致大小。

图11 画元件原理图

再点 pin,可以给元件添加针脚。双击针脚,在相应位置可以对引脚的名字按要求 进行修改,取非的引脚选择 DOT 选项:

5

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图12 引脚设置

画好的89x1原理图如图所示:

图 13 at89x51 原理图

再新建元件库的封装, 点击 File>New>Library>PCB Library,设置合适的网格和单位。 点击 tool>comonpent wizard ,再设置元件正确的焊点尺寸和焊点间距离,封装针脚的个 数,保存。

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图14 封装向导

选择元件的引脚封装类型,选择芯片类型的,如图15所示:

图 15 选择引脚类型

设置焊盘的大小,选择内径为 40mil,外径为 80mil。

图 16 设置焊盘大小

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设置竖排两个引脚的距离为 100mil,横排两个引脚的距离为 60mil。如图 17 所示:

图 17 设置引脚间距离

芯片 89x51 的引脚个数为 40 个,选择引脚个数为 40,完成。如图 18 所示:

图 18 设置引脚个数

图19 40个引脚的封装
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命名封装为89x51,,保存,添加到库。 为画好的元件添加封装,点击 tools >model manager ,点击 add footprint ,选择刚才画 好的封装即可。

图 20 给 89x51 添加封装

至此元件 89x51 基本绘制完成, 保存并添加到库, 绘制电路原理图的时候拖出即可 使用。红外遥控电子钟的芯片 7805,DS18B20,DS1302,LCD 等元件都是用类似的方法制 作完成,其他元件,例如电阻,电容,滑动变阻器,LED 等在软件自带的元件库里面都 可以找的到。拖到原理图中后,设置正确的参数即可。

4 电路原理图的绘制过程及 PCB 板的制作过程
在菜单 file >new 下分别新建工程文件, 原理图文件及 pcb 板文件, 都采用相同的命 名“红外遥控电子钟”保存到想要保存的位置。

图21 新建工程
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图22 新建原理图

在软件右下角点击 system>libraries ,再点击 install 添加自己制作的元件库。

图 23 添加元件库

拖出来放到原理图界面就可以使用,按电路图选择安放元件的位置。

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图24 布置原理图

点击菜单栏

按钮进行连线。对每个元件按原理图正确命名,不能重复。元件安

放的位置应根据电路图合理安排。选择合适的电容,电阻,变阻器,LED。点击菜单栏 上 这两个按钮,分别添加接地极,电源极,再点击 添加网络标号,双击可以修

改网络标号名称,接线完成后保存,如图下图 14 所示:

图 25 红外遥控电子钟原理图

原理图完成后绘制 PCB 板,再点击菜单栏 Design >Update pcb document ...按钮,将 原理图更新到 pcb 板文件。 点击前两个按钮,可以纠错和改正原理图中的错误,不能改正 的要去原理图中寻找问题所在,一般是元件没有命名或者引脚的封装有误等。
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图26 更新到 PCB 板

图27 布置 PCB 板

PCB 板文件界面网格设置成20mil 比较合适。按照原理图将元件按照不同模块排放 位置,适当改变位置,按住鼠标左键,点击空格键可以对元件进行旋转,让线路尽量少 交叉,删除棕红色底层后就可以开始连线。 对于个别线路不可避免的产生交叉的,可以使用两个涂层进行跳线。

图28 不同涂层

右击 pcb 板文件空白处选择 Design>rules 对线宽,GND,VCC 粗细进行定义。设置普 通的线宽为20mil,VCC,GND 线宽为50mil。元件布置合理后,点击菜单栏
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按钮进行

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接线,注意原理图中交叉的线路应该绘制在不同的涂层,通过不段的调整尽量少跳线。 如图所示:

图 29 设置电路线路参数

图 30 GND 线路参数

图 31 VCC 线路参数

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图 32 在 PCB 板上布线

完成后重命名保存,结果如下图所示:

图 33 红外遥控电子钟 PCB 板

5 课程设计总结
首先在熟悉 Altium Designer 操作环境的基础上,大概的了解 Altium Designer 中建 立一个原理图时需要依照的工作流程:1.原理图的绘制;2.PCB 封装;3.布局;4.走线, 至于后面的那些步骤,自己在实践中琢磨。下面这些内容是我在学习时总结的一点小技 巧:
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1. 平移 向上滑动鼠标滑轮则向上平移,向下滑动则向下平移。 按住 SHIFT 键同时向下滚动鼠标滑轮会向右平移,反之向左平移。 2. 放大 按住 CTRL 键同时向上滚动鼠标滑轮会放大。按键盘上的 pgUp 键放大,按 pgDn 键缩小。按住鼠标滑轮不动,然后再向上滑动会放大,向下会缩小。 3. 空格键为旋转。 4. ctrl+*为在 pcb 板上添加焊点。 另外在设计的过程中主要出下了两个错误,经过研究学习找到了解决方案: 1.从原理图导入 PCB 时出现 can't locate document 错误:画图时先建一工程文件-保存--再再工程里添加新的或现有文件的原理图和 PCB (新的原理图和 PCB 进行保存) , 然后再设计,那么导入时就不会出现这问题。 2.has no driver 错误:原理图不在当时的工程下,拉进去即可。

参考文献
[1] 张惠峥,张鹏. 基于 Altium Designer 的电子产品一体化设计 [J]. 无线电通信技术, 2008 [2] 华文龙. Altium Designer 中的机电一体化设计 [J]. CAD/CAM 与制造业信息化, 2009 [3] 刘畅. Altium Designer 多图纸原理图设计方法探讨 [J]. 科技资讯, 2010 [4] 郭天祥.新概念 51 单片机 C 语言教程.电子工业出版社,2009 [5] 谢龙汉.鲁力.张桂东.Altium Designer 原理图与 PCB 设计及仿真.电子工业出版社, 2012 [6] 谷树忠.Altium Designer 教程:原理图、PCB 设计与仿真.北京: 电子工业出版社, 2010 [7] 谢自美.电子线路设计-实验-测试.武汉华中科技大学出版社,2000 [8] 阎石.数字电子技术基础-5 版.北京:高等教育出版社,2006

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电子技术设计性实训成绩评价表
课程名称 题目名称 学生姓名 序号 评价项目 工作量、 工作态 度和出勤率 学号 指 Altium Designer 课程设计 红外遥控电子钟 指导教 师姓名 标 秦洁琼 职称 满分 讲师

评分

按期圆满的完成了规定的任务, 难易程度和工 作量符合教学要求,工作努力,遵守纪律,出 勤率高,工作作风严谨,善于与他人合作。 课程设计选题合理,计算过程简练准确,分析 问题思路清晰,结构严谨,文理通顺,撰写规 范,图表完备正确。 工作中有创新意识, 对前人工作有一些改进或 有一定应用价值。 能正确回答指导教师所提出的问题。 45 20

1

2

课程设计质量

3 4 总分 评语:

创新 答辩

5 30

指导教师:








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