课程设计实验报告
课题：8086最小模式系统的原理图及PCB图设计 学院： 信息科学与工程学院 实验时间：09.12.28-10.01.10
目录
一、 Protel DXP 课程认识...................3
1
汇编课程设计报告
二、 设计课题以及设计要求..................3 三、 绘制原理图............................4 四、 绘制PCB图与封装......................6 五、 生成印制板电路图......................8 六、 布线跟生成模拟图......................9 七、 系统原理图............................12 八、 系统封装图............................16 九、 元器件清单............................18 十、 课程设计总结..........................19 参考文献...................................21
一、 Protel DXP 课程认识
Protel DXP 是一款为计算机电路辅助设计的多功能的应用软件，是一个继承的电路开发环境，能为设计者提供统一的电路设计的界面、系统菜单和设计工具。 从功能上，Protel DXP可以分为五大部分：电路原理图绘制部分、印制电力板设计部分、自动布线部分、可编程逻辑设计部分和电路仿真部分。使用上述所
2 汇编课程设计报告
提供的各种功能，设计者便能从电路的原理图设计开始，最终得到所需要的印制电路版图（PCB）。
在正确安装好了Protel DXP软件之后，必须要熟练掌握各种系统参数和基本设置，以及工具栏中的各种基本操作、各种符号所代表的意义。本次课程设计只要使用到该软件的原理图以及PCB图的绘制和自动布线部分。
二、 设计课题以及设计要求
本次课程设计主要考查对8086最小模式系统的原理图和PCB图的设计。 1、 实验目的
1) 掌握8086最小模式系统的设计方法。 2) 熟练Protel DXP 的使用方法。 2、 实验设备
PC微机一台、Protel DXP软件 3、 实验内容
本实验完成的是一个基于Protel DXP软件的8086最小模式系统原理图以及PCB图设计。设计8086最小模式系统，包括8086CPU、地址锁存器、数据总线收发器、时钟发生器等。利用8255芯片进行接口扩展，外接矩阵键盘电路和数码管显示电路等，也可以自行扩展其他外设。学习掌握Protel DXP软件的使用方法，绘制上述系统的原理图以及印制电路板图（PCB）。 4、 实验说明以及步骤
本实验完成的是一个基于Protel DXP软件的原理图及PCB图设计，不需要设计实验室的唐都仪器箱，只需要一台PC机和一款Protel 软件即可。 简略实验步骤如下：
1) 熟悉掌握8086最小模式系统的设计方法，设计该系统的原理框图。 2) 建立新的元件库，绘制系统所需要的元件的原理图。 3) 绘制相关元件的原理图的封装图并完成封装。 4) 生成印制电路板图，排版布线生成效果图。
3 汇编课程设计报告
三、 绘制原理图
电路原理图设计的主要目的就是将电路中的电器件使用特定的符号并将它们的电气联接关系在图纸上正确地表达出来。一般，构成电路原理图的主要部分包括一下几个部分：
➢ 器件符号：电路原理图中的器件在电路中都能用一个能表示该器件某些特
征的符号表示。这些符号包括一个表示器件特征的实体以及与实际器件相对应的引脚组成。
➢ 连线：电路原理图中的连线表述的是各个元器件引脚之间的电气连通关
系。在Protel DXP中的电气连线的名称是Wire（导线）。
➢ 符号：在电路设计时对一些特殊的地方都有一些通用的处理方式。例如，
对电源和接地的处理、输入和输出的端口等等。在这些地方电路图的绘制一般都由特定的符号表示。常用的电路符号如下所示：
➢ 附加说明：在电路原理图中除了表示电路的电气连通关系之外，有时为
了更清晰地说明电路的功能或其他技术要求，便于图纸的阅读，电路原理图也可以包含一些必要的其他说明性的内容。这些说明性内容没有任何电气意义，仅是对于电路原理图的注释和说明，例如：文字、图形、符号等等。如下图所示：
一般来说，电路原理图的设计工作包括：设置电路图图纸大小、规划电路图的总体布局、在图纸上放置元件、进行布局和布线、然后对各元件以及布线进行调整、最后保存。
对于软件所带的元件库中已有的原理图，我们可以直接打开系统的Libraries，选择元件所在的库，再查找到元件，就可以调用出所需要的原理图。
4 汇编课程设计报告
如右图操作界面 ：
对于系统在库中没有的元件，则需要先事先建立一个新的原理图元件库，再在这个新的库里面绘制所需要的元件原理图。具体步骤如下：
1) 启动Protel DXP 系统，执行【File】/【New】/【Schematic Library】菜
单命令，系统将建立一个“Schlib1.Schlib”的原理图库
生成如上所示的界面之后，点击Add和Edit就可以添加和编辑元件原理图。 2) 执行【File】/【Save As】菜单命令，在弹出的保存文件对话框中可以修改
文件的名称和路径。
5 汇编课程设计报告
四、 绘制PCB图与封装
元件封装是一个空间的概念，主要是指实际的电子元件的整个外形结构尺寸。在理解元件封装时，要注意一下几点：
1、 不同的元件可以有相同的封装，例如所有40个管脚的双列直插式芯片都
可以采用DIP40封装，即只要元件的外观结构相同，就可以采用相同的封装。
2、 同一功能的元件也可以有不同的封装，具体选哪一种封装形式，取决于
电路的实际需要，如功率、电流等。
3、 PCB印制电路板设计软件一般会提供封装库供选择，但是也有可能需要
对于特殊元件的封装自行设计。
4、 对于自行设计的封装，一定要使元件中使用的管脚号跟自制的封装一致，
否则会导致错误。
类似从已有的库里面调出原理图一样，只不过是选择Libraries中的Footprints。进行类似的操作就可以调出所需要的封装图。
首先新建一个的封装库PcbLib1.PcbLib用来保存所需要自行设计的PCB图。操作步骤如下：执行【Tools】/【New Component】命令，系统自动激活元器件向导，然后就可以根据已打开的对话框提供的向导指引进行元器件封装的创建。在创建过程中，可以自己设定封装图的类型，在本次实验中，主要的封装都是采用DIP（双列直插模板）。还有焊盘尺寸，焊盘间距，封装外型轮廓线尺寸以及焊盘个数等等的设置。
6 汇编课程设计报告
另外，对于元件的自行封装则需要对元件添加已设计的PCB图。双击元件原理图，能得到该元件的Component Properties.在这个对话框中可以修改元件的各类属性，也可以添加封装图。点击Models中的Add,即可以选择添加相对应的封装图。如下图所示：
如上所示，也可以从已有的库里面选择，选择Library name 或是Library path，就可以找到库中所需要的封装图。
7 汇编课程设计报告
五、 生成效果图
绘制好相关原理图和封装图之后，在生成印制电路板之前，还需要对PCB板进行规划，主要有结构尺寸，元件选择与布局（要根据实际情况，选择印制板上的元件封装形式以及尺寸，并合理布局。）以及环境参数的设置等等。 因为本次设计的电路也算是比较复杂的，所以在生成之前要重新定义印制板的物理边界。执行【Design】/【Board Shape】/【Redefine Board Shape】菜单命令，鼠标光标变成十字形状，工作窗口的背景变成黑色，而初始的印制板物理边界变成绿色。单击鼠标左键就可以确定印制板物理边界的一个顶点从而可以设置出所需要的印制板电路板。
生成印制电路板之前，首先新建一个PCB文件并保存。之后再打开已经完全设计好的原理图，执行【Design】/【Updata PCB Document PCB1.Pcbdoc】菜单命令后，就会弹出如图所示的【Engineering Change Order】对话框。
其中，【Validate Changes】是使更改有效。如上所示，点击该键之后，Status(状态栏)中的Check会出现一个标记。如果全部出现，那就表示该动作可以执行，否则就要返回到原理图中查看相应的元件进行修改。【Execute
8 汇编课程设计报告
Changes】表示执行更改。当全部动作都有效后，单击该按键，则元件就能载入到PCB文件中。【Report Changes】表示更改报表。执行此命令后，将会弹出【Report View】(报表预览)对话框，在该对话框中含有本次更新的文件、网络和元件类型等的详细资料，同时还可以设定不同的显示比例，以及惊醒打印输出、存盘等操作。
之后，若再对原理图进行了修改，也只需要进行如上操作对PCB图进行更新就可以了。执行完相关操作后，就能生成一个最初始的印制板电路图。此时的各个元件的PCB图都是排列成一条，所以我们还需要对其进行排版。 排版过程中要注意各个元器件之间的连线，一般CPU应该放在中间位置，而其他元件的排版则根据它们与CPU之间的连线来做安排。比如大部分线都连接在CPU在左边，则将该元件放在CPU左端。并且，各组连线最好不能有交点，可以选择该元件，点空格键进行翻转使得各组连线尽可能平行相连。另外，一般晶频振荡器要放置在CPU附近，否则会比较难感应。而且，键盘电路则要放置在整个电路板的右下方，而数码管显示电路则安置在键盘电路附近以方便更好的操作和观察。
总之，要尽量将各个元件合理安排在一个尽可能适宜的矩阵范围内，并使得各元件能较均匀地分布在该范围内的各个部位。
六、 布线跟生成模拟图
布线之前需要选择一个合适大小的区域，并修改区域线的属性，作为印制电路板的边界。布线方法分为手工布线和自动布线。一般情况下，比较复杂的电路图选择自动布线。在本次实验中，我们选择自动布线。但在之前也还是要对各种线进行设置。主要是对布线规则（Routing）中的【Width】的三类线的设置：地线、电源线和其他导线。【Width】设计规则用于设定布线时的导线宽度，可以设置导线的三个宽度约束，即最大宽度（Maximum）、参考宽度（Preferred）和最小宽度（Minimum）,注意修改最小宽度值之前必须先设置好最大宽度。设置对话框如下所示：
9 汇编课程设计报告
生成的模拟印制板电路图如下所示：
10 汇编课程设计报告
生成的3D模拟图如下所示：
11 汇编课程设计报告
七、 系统原理图
一、系统各部分原理图
a) 8086CPU b) 8255A（外围接口芯片）（2片）
c)8286（数据总线收发器）（2片） d)8282(地址锁存器)（3片）
12 汇编课程设计报告
e) 74LS00 （集成与非门） f)74LS138（译码电路）
g) 6264 (存储器) h)8284(时钟发生器)
i) 数码管
13
汇编课程设计报告
j) 键盘接口电路
k) 显示电路
14 汇编课程设计报告
二、8086最小系统模式原理图
注释：因为在Protel中的图纸设置为A2，无法打印原图，所以只能在此附上
一张较模糊的小图，敬请理解。
15 汇编课程设计报告
八、 系统封装图
a) 8086CPU b) 8255A
c)8286（数据总线收发器） d)8282(地址锁存器)
16 汇编课程设计报告
e) 74LS00 f)74LS138
g) 6264 (存储器) h)8284(时钟发生器)
i) 数码管
17 汇编课程设计报告
九、 元器件清单
打开原理图，执行【Reports】/【Bill of Materials】,可以生成该系统原理图中所用到的元器件。得到本次设计的部分元器件清单如下：
18 汇编课程设计报告
十、 课程设计总结
本次实验是初次接触Protel DXP软件，虽然说这次的系统设计并不是很复杂，但是在操作实验过程中也还是遇到了一些问题，不过经过老师的指导和通过查阅课外资料，都一一得到了解决。
首先是原理图元件库的建立，整个系统原理图所要用到的芯片都要先在原理图元件库中存在。因为这次设计所需要的不能在软件所配套的元件库里找到， 主要需要我们自己自行设计，根据芯片的管脚图即可容易画出原理图。但是，在实验过程中，我们发现，本来按照管脚图，每个管脚都会标明输入、输出管脚或是两者皆可。而在原理图中，如果使用这种具有标明输入输出性质的管脚，就会导致即使在管脚已经连线后，系统还是会以一条红色波浪线提示该管脚的连线存在错误或是警告。所以，我们修改了芯片引脚的Electrical Type,除了VCC和GND管脚是Power之外，其余的全部是Passive。
另外，在元件库中绘制原理图时，一定要从该区域的第四象限开始画图，否则会导致在从库中调用该原理图时无法将其放到指定的图纸区域内。
创建好元件库之后，绘制系统原理图时也要注意一下整个系统的布局。选择合适的图纸大小，使得各芯片之间的连线和分布都比较清晰。
系统原理图中用到总线可以使得芯片间的连线简单明了，但是必须要使用网络标号标清楚每一根输出线或输入线。比如CPU和地址锁存器8282之间的地址总线的连接，一定要标注清楚CPU的地址线AD0-AD19分别连接到8282的DI0-DI7中的哪一根，而且输出时所用的网络标号要跟输入时的名称一致。网络标号的放置也需要注意，不能放到管脚上或是其他地方，而要放置使其与管脚的相交处，即移动网络标号至产生红色小叉叉的时候。否则在生成印制电路板时系统会提示错误或是自动布线时会丢失一些相关的接线。
设计中有用到74LS00，作为与非门的作用。一般情况下，原理图的设计中常采用芯片处理，而不是独立的与非门电路，特别是要用到多处。因为一块74LS00芯片中有四个与非门，可以将多个与非电路集成到一块芯片中，有利于节省资源，也有利于封装。
74LS138的输入端和使能控制端的连接也值得考虑。刚开始，我把CPU的M/I-O-输出连接在了74LS138的输入端中的一个，后来经过老师指点，才知道这
19 汇编课程设计报告
样的连接是有瑕疵的。M/I-O-的输出就是要能判断CPU是要连接到存储器（M）还是接口电路（IO），因为6264的片选信号是低电平有效，所以应该直接将M/I-O-经反相后接到6264的片选信号，而M/I-O-则接到74LS138的低电平有效的使能端。这样使得当M/I-O-为高电平时，138译码器不工作不能选通8255外围接口电路，而存储器工作。低电平时则恰好相反，8255被选通工作，存储器6264不工作。
基本上，原理图的绘制还需要注意一些复制、粘贴，修改属性等基本操作的熟练使用以及连线时的一些小技巧。
对于PCB图，因为并没有涉及去制作出真正的芯片模型，所以在绘制元件封装图时，它的各个部位的宽度，厚度等大小设置也并不是很严格。自行设计的原理图都需要再设计封装图，否则在对原理图进行封装生成PCB板时会出现找不到元器件等错误。另外，当元器件封装后，生成PCB板时若出现找不到节点的错误，这是因为封装器件的管脚标号和原理图中对应器件的管脚标号不同。此时，只需要在PCB元件库中改变相对应元件的管脚标号即可。
成功生成了印制电路板后，采用自动布线。此时要修改电源线、地线以及其他线的线宽以更好地区别。但是如果线宽过大使得边界的连线超出了选定的印制电路板区域范围，就会使得布线结果出现错误。
通过使用Protel完成一个8086最小系统模式电路的设计后，使我对Protel DXP这个软件有了一定的了解，也粗略了解到了制造出一块一块芯片的大概流程。这些都无疑对我以后在自动化方向上的学习特别是原理图、芯片等方面都有着很大的帮助。当然，对于这个软件的功能还有待仔细研究，毕竟在本次设计中只是使用到了它的大部分基本功能，并且对于一些错误的处理方法也不熟练。要想能够灵活使用Protel来完成更复杂、更完美的电路图设计还需要今后大量的学习和实践。
最后，衷心感谢在本次课程设计中给予我详细、耐心指导的老师，学长学姐们！
20 汇编课程设计报告
参考文献
[1] 周荷琴，吴秀清. 微型计算机原理与接口技术（第三版）. 合肥：中国
科学技术大学出版社，2004.
[2] 赵志刚，吴海彬. Protel DXP实用教程. 北京：清华大学出版社，
北京交通大学出版社，2004.
[3] 孙惠芹主编. 电路设计PROTEL. 天津大学出版社，2008.
[4] 米昶，董峰，解统燕主编. Protel DXP 电路设计基础教程. 机械工业
出版社，2004.
[5] 余周军. Protel DXP 入门与提高实用教程. 中国铁道出版社,2003. [6] 姜立东. Protel DXP 原理图与PCB设计.北京邮电大学出版社，2006.
21
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容