计算机电气绘图实验实训指导书.doc
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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作计算机电气绘图实验、实训指导书 重庆科技学院电子信息工程学院58目录Protel 99se实验实验一 绘制最小单片机系统电路图2实验二 电气规则检查功能的应用4实验三 模拟电路仿真(一)5实验四 绘制SCH元件8实验五 绘制单片机系统电路10实验六 绘制PCB元件12实验七 绘制PCB板13实验七 绘制PCB板14实验八 模拟电路仿真(二)16实验九 数模混合电路仿真17AutoCAD实验实验一 AUTOCAD基本绘图练习19实验二 AUTOCAD编辑、标注命令使用23电子线路辅助设计实习教程第一章 电路原理图的计算机辅助设计281.1 电
2、路原理图设计基础281.2 进一步认识SCH99351.3 电气原理图的后续处理371.4 电路仿真39第二章 印刷电路板的计算机辅助设计452.1 PCB设计基础知识452.2 印制电路板布局及布线54Protel 99se实验实验一 绘制最小单片机系统电路图一、实验目的:1、掌握电气原理图的绘制步骤。2、初步掌握电气原理图的基本操作。二、实验内容:绘制最小单片机系统电路图(电路图见下页)。三、步骤:1、SCH文件的建立。1)启动PROTEL99 SE。2)在D:My DocumentsEDA USER下新建一个Protel设计数据库文件:姓名.ddb。3)用File/New,选择Schem
3、atic Document文件类型,新建一个原理图文件Cpu.sch;图纸大小为A4。2、摆放元件。1)添加/删除元件库:单击Design/Add Remove Library,添加D:My DocumentsEDA USERLibLib.ddb作此次设计用元件库,删除其它的元件库。2)放置元件。a. 根据元件种类,选择合适的元件库。b. 通过元件列表选择元件。c. 放置元件,在放置的同时设置元件的属性。3)放置电源类元件:VCC、GND3、连接线路。4、检查原理图。5、保存文件,退出。最小单片机系统电路图图中元件资料元件元件编号元件所在库(LIB.ddb中)库元件名元件封装电阻R1DEVIC
4、E.libRES2AXIAL0.4无极性电容C2、C3DEVICE.libCAPRAD0.2电解电容C1DEVICE.libELECTRO2RB.1/.2石英晶体X1DEVICE.libCRYSTALXTAL18031U1Intel.lib8031DIP4074LS373U2TTL.lib74LS373DIP20原理图设计常用热键:PageUp:图纸放大。PageDown:图纸缩小。End:刷新画面。Tab:在元件处于浮动状态时,编辑元件属性。Esc:结束当前操作。Space Bar:旋转元件或改变走线方式。X:元件水平镜像。Y:元件垂直镜像。实验二 电气规则检查功能的应用一、实验目的:1、了
5、解电气规则检查的原理。2、掌握电气规则检查功能的使用方法。3、掌握自动标注元件编号的方法。二、实验内容:元件编号自动标注和电气规则检查功能的使用。三、实验步骤:1、打开SCH文件Cpu.sch。2、标注元件编号。单击Tools/Annotate,采用不同标注方法对所有元件重新进行标注,然后对照元件编号变化报告,观察原理图元件编号的变化情况。3、检查原理图是否存在以下错误:u 原理图上(或四周)有无多余的电气对象。u 元件编号是否重复或未加编号(如R?等)。u 原理图上是否存在不必要的电气连接点。u 元件的输入引脚是否悬空?对数字电路未用的输入引脚按逻辑功能的要求接“地”或接“高电平”,模拟电路
6、视实际情况而定。4、运用电气规则检查功能检查原理图。5、分析错误原因,修改原理图。u 在确定正确的连接关系上放置NoERC标记。6、无错误后,保存原理图文件。原理图设计常用热键:PageUp:图纸放大。PageDown:图纸缩小。End:刷新画面。Tab:在元件处于浮动状态时,编辑元件属性。Esc:结束当前操作。Space Bar:旋转元件或改变走线方式。X:元件水平镜像。Y:元件垂直镜像。实验三 模拟电路仿真(一)一、实验目的:了解利用计算机进行电路仿真的方法和步骤。二、实验内容:模拟电路瞬态和交流信号仿真。三、实验电路:有源带通滤波器(Bpf.sch),参数Av=4,f0=1000Hz,Q
7、=10,具体电路及信号源参数见下图,此二阶带通滤波器的有关参数和技术指标见附录。要求:(1) 验证电路功能:使用SIM99 瞬态特性分析功能显示此有源滤波器在1KHz方波信号激励下的输入、输出波形。(2) 测量并记录电路技术指标:使用SIM99 交流小信号分析功能测量此有源滤波器的放大倍数Av、中心频率f0、品质因数Q,使用Place/Annotation。将测量结果标在图上。四、实验步骤:(1) 用SCH99 SE绘制电路图,检查电路图有无错误;(2) 定义需显示输出的信号和仿真分析类型,具体设置见右图:(3) 仿真分析参数设置:1) 瞬态特性分析参数设置:Start Time = 0 ,S
8、top Time = 25ms,Step Time = 20us,Maximum Step = 20us。具体设置见下图。2) 交流小信号分析参数设置:Start Frequency = 500 Hz,Stop Frequency = 1.5KHz,Test Points = 10000。具体设置见下图。(4) 仿真、分析记录数据。五、思考题:如设计要求:AV = 5,f0 = 1000Hz,Q10,电路参数该如何调整?(只修改电阻R2,R3)。附录带通滤波器一、带通滤波器参数:带通滤波器幅频特性二、多环反馈型二阶带通滤波器技术特性当取C1=C2=C时,a)Av:带通滤波器对中心频率正弦信号的
9、放大倍数,上图是以输入正弦信号的振幅为1V时绘制。Av = b)f0(0 = 2f0):带通滤波器的中心频率,即带通滤波器放大倍数最大时的输入信号频率。0 2 = c)BW:带通滤波器的频率带宽,指带通滤波器放大倍数下降为最大放大倍数的0.707时的最高和最低截至频率之差。BW = fHfL =d)Q:滤波器的品质因数,Q = =实验四 绘制SCH元件一、实验目的:1. 掌握原理图元件库的使用。2. 掌握建立元件库和元件的方法、步骤。二、实验内容:创建原理图元件库和元件。三、实验步骤:1. Sch.lib库文件的建立1) 启动PROTEL99 SE,打开D:My DocumentsEDA US
10、ER下先前所建的设计数据库文件。2) 单击File/New,选择Schematic Library Document,新建一个原理图库文件(Sch.lib)。2 在Sch.lib库文件中添加元件DS1620,如右图所示,DS1620的简介见附录。1) 用Tools/New Component创建元件,输入新元件的名称DS1620。2) 用Drawing Tools 中的绘图工具绘制描绘元件电气功能的几何图形。3) 用Drawing Tools中的添加元件引脚,同时根据元件管脚属性设置引脚的名称、引脚序号、引脚的电气特性等参数。4) 重复步骤3),直到所有引脚添加完毕,隐藏DS1620的电源引脚
11、(VCC和GND)。注意:元件管脚从绘制原理图方便、清晰易懂的角度考虑其排列,不必依据其真实的管脚顺序。5) 元件描述:在Tools/Description下输入元件缺省编号Default Designator=U?和元件封装FootPrint=DIP8,如此当在原理图中调用此元件时,元件的缺省编号为U?,其缺省封装为DIP8。6) 保存文件,退出。注意:元件在第四像限围绕坐标原点绘制,以便于在原理图中对此元件定位。附录DS1620简介DS1620是DALLAS公司生产的数字式温度测控芯片,其测温范围宽、读数稳定,外围电路简单,与PC机或单片机接口方便。一、DS1620的基本特点:1. 测温范
12、围-55+125,测量分辨率0.5;2. 温度值以9位数字读出;3. 在1秒内将温度值转化为数字量;4. 用户可定义上下限温度值,且永久保存;5. 数据读写通过3线串行接口(CLK、DQ、RST);6. 工作频率最大为2MHz。二、DS1620的管脚资料:DS1620管脚功能实验五 绘制单片机系统电路一、实验目的:1、熟练掌握SCH元件库的使用方法。2、了解、掌握元件常用属性的含义及设置。3、熟练掌握Wire、NetLable、Bus的绘制方法。4、熟练掌握原理图的绘制方法和步骤。二、实验内容绘制单片机系统电路原理图(具体电路见下页)。三、实验步骤: 1、打开姓名.ddb,新建图纸大小为A4原
13、理图文件SCM.sch。2、添加和删除元件库:此次原理图设计,除用D:My DocumentsEDA USERLibLib.ddb实现普通元件的放置外,还将用到含集成电路DS1620的元件库。3、元件放置和连线:充分利用Cut 、Copy及Paste功能。4、自动标注元件编号。5、使用ERC检查原理图。提示:为提高绘图速度,应1) 首先绘制核心部分电路,然后绘制外围部分电路。2) 放置元件时,首先放置好核心元件,再放置其余元件。3) 相同类型的元件一并放置。4)在放置元件的同时,设置元件的属性。5)对需绘制多次的对象,采用Copy、Paste的方法。6)在不影响电路性能及技术指标的情况下,元件
14、编号、位置及元件间的连线方式可以和给定的图纸不同。单片机系统电路实验六 绘制PCB元件一、实验目的:1、熟悉PCBLIB99的使用;2、掌握利用PCB99编辑元件封装的方法。二、实验内容:绘制新的PCB元件封装的编辑。需建元件封装见附录。三、实验方法:1、如Protel99存在和欲建封装类似的封装模板,则可采用元件封装向导方式产生。2、如现有封装库中含有和欲建封装类似的封装,则可以在已有元件封装的基础上修改产生。3、人工创建元件封装。四、实验步骤: 在姓名.ddb中新建一个元件封装文件PCB.lib。1、利用方法一:采用元件封装向导建立RB.1/.2封装。 使用Tools/New Compon
15、ent,采用向导方式,依据屏幕提示和RB.1/.2封装数据产生新的封装PCBCOMPONENT_1。 使用Edit/Set Reference/Pin1,将此封装的参考点定义在焊盘1上。 使用Tools/Rename Component,将新封装改名为RB.1/.2。 保存文件。2、对比DIP40/DC-DC和DIP40封装,两封装除焊盘数和元件高度不同外,外形及焊盘的分布类似,故采用修改现有封装的方法建立DIP40/DC-DC封装。 首先打开现有封装库,Copy封装DIP40到剪贴板。 打开PCB.lib,启动Tools/Component,出现封装创建向导后,选择Cancel退出向导方式。
16、 将剪贴板的内容粘贴到新封装的编辑窗口。 先删除不需要的焊盘,再按照DIP40/DC-DC封装要求编辑保留的焊盘。 将此封装的参考点定义在焊盘1上,焊盘1采用方形焊盘。 将新封装改名为DIP40/DC-DC。 保存文件,退出。附录元件封装a 电解电容底视图 b 焊盘参数图1RB.1/.2封装:如图1a所示。是小容量圆柱形电解电容(引脚直径为0.6mm)采用垂直安装方式时使用的封装,其焊盘参数见图1b。DIP40/DC-DC封装:DC-DC电源模块的大小与DIP40封装相当,但高度16mm。图2是此DC-DC电源模块的外形尺寸图,图3是其引脚图。图3 DC-DC电源模块引脚示意图(顶视图)图2
17、DC-DC电源模块外形尺寸图(括号内数字单位为英寸)实验七 绘制PCB板一、实验目的:1、了解并熟悉PCB99的使用;2、掌握PCB板的设计步骤。3、掌握PCB板自动布线功能。二、实验内容:绘制PCB板。三、实验步骤:1、原理图部分1. 绘制电路原理图,电路图见下页。2. 检查原理图。3. 生成原理图网络表文件。2、PCB板设计1. 新建一个文件名为8031.PCB的文件;2. 打开8031.PCB,检查PCB封装库的设置,加载合适的PCB封装库;本次实验所需的PCB封装库:标准元件封装库LIB.ddb自建的含有RB.1/.2封装的.ddb设计文件 3. 规划PCB板的大小:尺寸=8060mm
18、2;4. 装载网络表文件;5. 元件布局;6. PCB板自动布线;7. 保存PCB板文件,退出。电路原理图实验八 模拟电路仿真(二)一、实验目的:掌握利用电路仿真功能调试电路、确定元件参数的方法和步骤。二、实验内容:综合运用各种仿真功能进行模拟电路的调试和整定。三、实验电路:现有源带通滤波器(电路见下图),其Av=4,f0=1000Hz,Q=10,此二阶带通滤波器的参数定义和特性见附录。要求:在此电路基础上,实现技术指标为AV = 5、f0 = 50Hz、Q10的二阶带通滤波器。验证修改后的电路功能。测量并记录新电路的技术指标。四、实验步骤:1. 用SCH99 SE绘制并检查电路图;2. 定义
19、要仿真的电参数和分析类型。参照实验三的附录,综合使用参数扫描和和交流信号分析功能,调试修改电路有关元件参数,满足电路设计要求。3. 测量并记录新电路的技术指标。提示:滤波器中心频率前后变化超过10倍,应考虑改变电容来实现频率粗调,改变电阻进行频率微调。普通精度电容在0.1u1uF范围内有0.1u,0.22u,0.47u,0.68u和1u共5种标称值,电路中电容可取标称值或用以上标称值的电容串并联后得到的值。五、思考题:总结电路仿真的使用方法和步骤。实验九 数模混合电路仿真一、实验目的:学习运用电路仿真功能分析、研究电路的方法。二、实验内容:分析电路的工作波形、主要性能指标及电路的工作原理。三、
20、实验电路:单稳态触发器只有一个稳定状态(稳态),在没有外加触发信号时电路处于稳态,在外加信号的作用下,它从稳态翻转到暂时稳定的状态(暂态),经过一段时间tw后自动返回稳态。暂态的持续时间与外加信号无关,只由电路的定时元件决定。由TTL与非门组成的单稳态触发器典型电路如下图所示。图中Rd,Cd为输入微分电路,Rt,Ct为定时元件。要求:1. 分析电路的稳定工作状态(分析电路静态工作点)。2. 设输入信号是幅度为5V,周期为1us的方波,观察图中各节点(有网络标号的节点)的电压波形,测量输出信号(Vo3)的脉冲宽度tw及电路的最高工作频率fmax(即输入信号的最高频率)是多少?3. 为减少恢复时间
21、tre,可在电阻Rt两端并一个二极管,如图中虚线所示,求此时电路的工作波形,观察二极管D1的作用。四、实验步骤:1. 用SCH99 绘制电路,并按要求设置信号源参数。2. 选择分析类型和需显示的变量。3. 观察电路波形,测量、计算电路技术指标。4. 修改电路,连接二极管,重新测量、计算电路技术指标。AUTOCAD实验实验一 AUTOCAD基本绘图练习一、 实验目的:1. 全面了解AutoCAD系统的界面、菜单结构和使用方法。2. 练习AutoCAD命令和数据的输入方法。二、 实验内容:1. 设置作图环境,确定绘图界限。2. 绘制边框线(A4:297210)。3. 绘制实验一例图1、例图2的图形
22、。三、 实验步骤:1. 用格式菜单的图层命令或对象特性工具栏的按钮 打开图层特性管理器对话框,按下表新建并设置图层。2. 在图层“Object”上绘制,用直线(Line)或矩形(REC)命令绘制图纸边框。3. 在图层“Cen”上绘制定位用中心线。4. 在图层“Object”上绘制实体。5. 完成后,保存文件,文件名为“SY1”。实验二 AUTOCAD编辑、标注命令使用四、 实验目的:3. 了解、掌握编辑、标注命令。五、 实验内容:4. 设置作图环境,确定绘图界限。5. 绘制边框线(A4:297210)。6. 绘制实验一例图1、例图2、例图3的图形。六、 实验步骤:6. 用格式菜单的图层命令或对
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