电子电路计算机辅助设计课程设计题目：《基于单片机数码管电子钟设计》学院：信息工程学院学生：卢勇学号：201307080045专业年级：光电信息科学与工程2013级指导教师：凯琳2015年 6 月20 日课程设计任务书目录0摘要 (1)1绪论 (2)1.1P ROTEL99SE软件简介 (2)1.2设计目的 (3)1.3AT89C2051介绍 (4)2设计原理 (7)2.1原理图设计 (7)2.1.1 制作原件与创建元件库 (7)2.1.1.1设计具体步骤 (7)2.1.2原理图 (8)2.1.3元器件清单的生成 (10)2.2PCB设计 (12)2.2.1 封装元件库 (12)2.2.2创建PCB步骤 (13)2.2.3 PCB图形 (13)3课程学习心得 (14)基于单片机数码管电子钟设计0摘要基于单片机的定时和控制装置在许多行业有着广泛的应用，而数字钟是其中最基本的，也是最具有代表性的一个例子。
在基于单片机系统的数字钟电路中，除了基本的单片机系统和外围电路外，还需要外部的控制和显示装置。
本电路主要以单片机AT89C2051 或者 STC12C2052为核心而设计的，通过单片机对信息的分析与处理，控制外围设备。
本设计以单片机AT89C2051为切入点，通过使用AT89C2051的部的可编程定时器/计数器，结合对外接晶振的调节来确定一个合适的振荡周期，从而确定出部的机器周期。
再通过对部中断程序的设置来设计出时钟程序，即设计出了电子时钟的核心。
然后在核心电路的基础上设计出了相应的扩展电路，使本设计更加实用。
运用Protel 99 SE及计算机设计A/D转换电路的PCB板设计。
关键词：单片机；数码显示；PCB;AT89C2051;1绪论1.1 Protel99se软件简介Protel99SE是PROTEL公司在80年代末推出的EDA软件,应用广泛功能强大，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计(包含印制电路板自动布线)、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能。
可见Protel99SE不仅在绘制原理图、PCB 板布局布线等方面功能更加完善，而且为用户提供功能强大、使用方便的仿真器，它可以对当前所画的电路原理图进行即时仿真，因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析其性能指标，以便能及时发现设计中存在的问题并加以改正，从而更好的完成电路设计。
具体特点如下:（a）强大的分析功能用户可以根据Protel99SE电路仿真器所提供的功能，分析设计电路的各方面性能.如电路的交直流特性、温度漂移、噪声、失真、容差、最坏情况等特性。
（b）丰富的信号源其中包括基本信号源：主流源、正弦源、脉冲源、指数源、单频调频源、分段线性源，同时还提供了齐全的线性和非线性受控源。
（c）充分的仿真模型库Protel99SE提供了20多个模拟和数字仿真元件库，共包含6000多个常用元器件。
这些组件库包括了常用二极管、三极管、单结晶体管、变压器，晶闸管、双向晶闸管等分立组件，还有大量的数字器件和其它集成电路器件.同时Protel99SE提供了一个开放的库维护环境，允许设计者改变原有器件模型，也可创建新器件模型。
（d）友好的操作界面①无需手工编写电路网表义件.系统将根据所画电路原理图自动生网表文件并进行仿真。
②通过对话框完成电路分析各参数设置。
③方便地观察波形信号。
可同时显示多个波形，也可单独显示某个波形；可对波形进行多次局部放大，也可将两个波形放置于同一单元格进行显示并分析比较两者的差别。
④强大的波形信号后处理，可利用各种数学函数对波形进行各种分析运算并创建一个新的波形。
⑤方便地测量输出波形。
Protel99SE提供了两个测量光标，打开它们可测量波形数据。
1.2设计目的本次课程设计通过了解熟悉Protel99软件界面，进行数字电子钟电路原理图的设计、创建原理图元件、电路板的设计规划和网络表的载入、印刷电路板(PCB)的编辑、创建元件封装、报表生成与电路板输出。
了解rotel 99 SE软件的功能及其使用说明，对软件基本操作能够熟练掌握，熟悉原理图的设计步骤，掌握绘制原理图的方法，并对网络表及元件清单的生成，双面印制电路板(PCB)的布线流程，创建原理图元件库及其PCB元件库的编辑。
通过电子电路CAD课程设计学习,了解它是采用的客户、服务器体系结构，起主要应用程序Client.exe提供了一个基本的框架窗口和相应的Protel99组件之间的用户接口。
对于用户来讲，使用它不需要了解是如何工作的。
从实际角度出发，按照循序渐进、理论联系实际的原则，根据电子电路设计的特点，结合典型实例系统地介绍电路原理图的设计及印刷电路板的设计方法，并其备完善灵活的设计管理方式。
1.3 AT89C2051介绍1）程序AT89C2051隶属美国ATMEL公司，AT89C2051设计有2个程序位，位1被编程之后，程序存储器不能再被编程除非做一次擦除，位2被编程之后，程序不能被读出。
2）软硬件的开发AT89C2051可以采用下面两种方法开发应用系统。
1、由于89C2051部程序存贮器为Flash，所以修改它部的程序十分方便快捷，只要配备一个可以编程89C2051的编程器即可。
调试人员可以采用程序编辑-编译-固化-插到电路板中试验这样反复循环的方法，对于熟练的MCS-51程序员来说，这种调试方法并不十分困难。
但是做这种调试不能够了解片RAM的容和程序的走向等有关信息。
2、将普通8031/80C31仿真器的仿真插头中P1.0~P1.7和P3.0~P3.6引出来仿真2051,这种方法可以运用单步、断点的调试方法，但是仿真不够真实，比如，2051的部模拟比较器功能，P1口、P3口的增强下拉能力等等。
3）引脚说明AT89C2051芯片引脚图AT89C2051的引脚图如下图所示。
1、VCC:电源电压。
2、GND:地。
3、P1口:P1口是一个8位双向I/O口。
口引脚P1.2~P1.7提供部上拉电阻，P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。
P1.0和P1.1还分别作为片精密模拟比较器的同相输入(ANI0)和反相输入(AIN1)。
P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。
当P1口引脚写入"1"时，其可用作输入端，当引脚P1.2~P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因部的写入"1"时，其可用作输入端。
当引脚P1.2~P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因部的上拉电阻而流出电流。
4、P3口:P3口的P3.0~P3.5、P3.7是带有部上拉电阻的七个双向I/O口引脚。
P3.6用于固定输入片比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。
P3口缓冲器可吸收20mA电流。
当P3口写入"1"时，它们被部上拉电阻拉高并可用作输入端。
用作输入时，被外部拉低的P3口脚将用上拉电阻而流出电流。
P3口还用于实现AT89C2051的各种第二功能，如下表所列:引脚口功能P3.0 RXD串行输入端口P3.1 TXD串行输出端口P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
5、RST:复位输入。
RST一旦变成高电平所有的I/O引脚就复位到"1"。
当振荡器正在运行时，持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。
每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。
6、XTAL1:作为振荡器反相器的输入和部时钟发生器的输入。
7、XTAL2:作为振荡器反相放大器的输出。
3）主要性能1、和MCS-51产品兼容;2、2KB可重编程FLASH存储器(10000次);3、2.7-6V电压围;4、全静态工作:0Hz-24MHz;5、2级程序存储器锁定;6、128*8位部RAM;7、15条可编程I/O线;8、两个16位定时器/计数器;9、6个中断源;10、可编程串行通道;11、高精度电压比较器(P1.0，P1.1，P3.6);12、直接驱动LED的输出端口。
2设计原理2.1原理图设计2.1.1 制作原件与创建元件库2.1.1.1设计具体步骤创建工程文件命名为（电子钟.DDB），执行“File”菜单下的“New”命令，在新文档选择窗口，双击“Schematic Library Document”编辑器图形，重命名为MYSCH.lib。
然后执行“Tools ”菜单下的“New Component”（生成新元件）命令，在窗口输入元件名，如DPJ后单击“OK”按钮，即可获得一个新的绘图工具去，然后通过画图工具画出元件。
必要时执行“Report”菜单下的“Component Rule Check”（元件规则检查）命令，然后单击“OK”按钮，启动元件规则检查过程，即可了解元件图形库的正确性。
2.1.1.2设计的元件DPJ(单片机AT89C2051)SM(数码管)2.1.2原理图创建原理图文件，执行“File”菜单下的“New”命令，在新文档选择窗口双击“Schematic Document”并命名为（数码管电子钟），然后使用Protel99加库工具加载自己创建的库文件及工程文件，加载方法如下：1）选择要添加的库类别为SCH；2）按“添加库”和“删除”按钮，选择要添加的文件；3）打开Protel99se工程文件；4）打开原理图中的添加/删除（Add/Remove）元件库对话框；5）按添加到Protel按钮，把选择的库文件添加/删除元件库对话框中；6）点击添加/删除元件库对话框中的“OK”按钮完成操作；然后根据设计画出原理图，原理图如下图：2.1.3元器件清单的生成打开原理图文件，执行菜单命令Reports/Bill of Material,一直点击NEXT直到最后FINISH,程序会自动进入表格编辑器，并形成后缀为*.xls的元件列表。
元件清单表2.1.4电路的ERC检查执行菜单命令Tools/ERC命令，点击OK即可生成相应的测试错误报告如下图所示。
电路的ERC检查2.1.5产生网络表执行菜单命令Design/Create Netlist,将Output Format一览设置成PROTEL格式。
单击OK,自动保存为.NET的文件。
产生如图所示的网络表。
生成网络表2.2 PCB设计2.2.1 封装元件库2.2.1.1设计步骤打开工程文件，执行“File”菜单下的“New”命令，在新文档选择窗口，双击“PCB Library Document”编辑器图形，重命名为MYPCB.lib,然后点击Add/Remove-----Next,设置元件长宽以及孔的大小并重命名元件封装名如DIP-20。
2.2.1.2封装元件封装部分元件图如图所示SWITHCR20322.2.2创建PCB步骤开工程文件，执行“File”菜单下的“New”命令，在新文档选择窗口，双击“PCB Document”编辑器图形，重命名为(数码管电子钟.PCB).打装好的原理图，执行“Design”下的“Update PCB……”，点击“Execute”。