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班级：09通信2班
本篇论文首先对SP180S USB编程器电路的原理进行分析，然后在Protel99 SE的平台下分别对电路的各个模块进行设计，得到电路的总原理图，然后进一步产生设计PCB必备的网络表，再对电路的PCB部分进行设计，还对Protel99 SE各项常用的环境参数与变量的重要性进行了阐述。 1 PROTEL设计方法
设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤：
(1)电路原理图的设计
电路原理图的设计是整个电路设计的基础，它决定了后面工作的进程。一般的，设计一个电路原理的工作包括：设置电路图纸参数，装入所需的元件库，防置元器件，进行原理图布线，
调整，检查及修改，最后存盘打印图纸。
在原理图设计过程中，首先设置好图纸，网格和光标，以及窗口大小，然后在元器件编辑器界面制作原理图所需器件，创建新元件，产生元件报表，绘制原理图设计进阶，做好元件的自动编号，原理图的电气检查，即ERC。在这一过程中，要充分利用PROTEL99所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。
(2)产生网络表
设计原理图的最终目的是要生成印刷电路板，二印刷电路板与原理图的纽带就是网络表，故将设计完成的原理图转换为网络表，是必经之步，也是设计原理图的主要目的。
（3）印制电路板的设计
印制电路板的设计主要是针对PROTEL99的另外一个重要的部分PCB而言的，PCB图的基本元素主要包括以下6种：
1 元件封装：包括插件式元件封装和STM元件封装；
2 铜箔连线：铜箔导线也称铜箔连线，简称连线；
3 焊盘：用于固定元件引脚或引出线、测试线等；
4 过孔：过孔的作用是为了连接不同层面之间的导线；
5 字符丝印：为了方便电路板的安装与维修，需要在PCB上下表面印制所需要的字符和标志图案等，入元件标号和标称值、元件外形和厂家标志，生产日期等都需要通过丝网印刷的方式来实现；
6 敷铜（多边形填充）：敷铜又叫铺地，在设计完成全部布线后。为了提高电路板的抗干扰性能，有时候需要把电路板空白的地方全部做成一个电极。
2 原理图设计的一般流程
原理图设计是电路设计的第一步，是制版和仿真等后续工作的基础。因此，一副原理图正确与否，直接关系到整个设计的成功与失败。另外，为方便自己和他人读图，以及原理图的美观、清晰和规范也是十分重要的。
Protel 99 SE的原理图设计大致可分为如图4.1所示9个步骤
（1）新建原理图。
这是设计一副原理图的第一个步骤。
（2)设置图纸及工作界面参数
绘制原理图之前需要根据设计内容的复杂程度选择合适的图纸，并根据用户的需要以及习惯对工作区进行设置，方便具体的原理图设计操作。
（3）装载元件库。
装载元件库就是将需要用到的元件库添加到系统中
(4)放置元件和布局
规划元件布局，从元件库中到所需的元件，并放置到图纸上。然后对元件的标号、属性等进行设置。元件的布局一般遵循以下几个原则：
同一功能模块尽量放到一起，可以方便的理解电路结构，同时便于管理。
元件的摆放有利于布线，方便进行布线操作。
美观。
（5）布线和调整
放置好元件后就可以将各个引脚按功能用导线连接到一起了，同时根据布线的需要对元件布局进行一些调整。这一步骤也可与（3）交错进行，目的都是为了便于达到设计要求。
（6）注解。
为了设计的美观和清晰，可以对原理图进行必要的文字注释和图片修饰，这些都对以后的PCB设置没有影响，也是为了方便自己和他人读图。
(7)对原理图进行检查和修改
完成原理图的绘制后还需要对其进行进一步的检查和修改。主要包括两部分：一是确保原理图绘制的正确性，没有疏漏和误连接，这一点可以借助PROTEL 99 SE 提供的电气检查功能（DRC）来实现；二是从逻辑上检查所设计的电路是否能是实现所需要的功能，及设计者需要对自己的设计思路进行反思，确保电路在原理上的正确性，这一点非常重要，一个电路设计最终能够正确、可靠的实现预期的功能。往往取决于设计者的思路是否正确、对可能遇到的问题是否做了充分的考虑，这也从根本上评判了电路设计的好坏。
对设计进行充分的检查，尽可能的把问题在原理设计阶段解决，能够极大地提高电路设计的效率，减少返工的次数，从而能够有效地缩短整个设计周期、降低设计成本。否则等到了完成PCB的设计甚至已经加工电路板才发现原理图设计上的疏漏，就会造成极大的人力和物力的浪费
(8)生成网络表等报表
设计好原理图之后需要生成网络表，用以进行后续的PCB设计，还可以选择元件清单等各种报表，用以进行器件的购买以及进行电路评判等工作。
(9) 保存、打印输出
对最终完成的原理图设计要进行保存，在设计的过程中也要经常对设计资料进行保存，避免发生意外导致设计资料的丢失。如果需要可以对原理图进行打印或制作各种输出文件。
3 层次原理图的设计
（1）层次原理图的概念
层次原理图的设计是在实践基础上提出的一种先进的电路设计方法。当设计的电路规模比较大的时候，往往整个系统不能自一张原理图上绘出，还会出现整个系统难以有一个人在短期内绘出的情况，这时候就不能简单的进行绘图，而在绘图之前需要考虑如何分配电路设计内容，从而使设计能够有效地进行，这就需要层次电路图的设计。
层次电路图的设计思路是这样的：将复杂系统按照功能要求分解成若干个子模块，如果需要，还需要分解成更小的基本模块，各个模块之间设计好模块接口，上层原理图之负责根据需要对各个模块的接口进行合适的连接，而不关心电路细节，具体的电路设计在底层模块电路设计中实现，底层模块的电路设计要能够满足接口的要求，这样的电路设计就能够得到完整并且符合功能要求的电路设计了。
从设计思路中可以清晰地看到层次电路图的优点：电路结构清晰、便于任务分配。
层次原理图的设计过程如图4-4所示
图4-4 层次原理图的设计过程
5 SP180S USB编程器电路系统框图
SP180S USB编程器电路系统框图
（3）DC变换器升压电路
1. MC34063 DC/DC变换器控制电路简介：
MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分。片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。
特点：
·能在3.0-40V的输入电压下工作
·短路电流限制
·
低静态电流
·输出电压可调
·工作振荡频率从100HZ到100KHZ
2.MC34063引脚图及原理框图
MC34063 电路原理
振荡器通过恒流源对外接在CT 管脚(3 脚)上的定时电容不断地充电和放电以产生振荡波形。
充电和放电电流都是恒定的，振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。与门的C 输入端在振荡器对外充电时为高电平，D 输入端在比较器的输入电平低于阈值电平时为高电平。当C 和D输入端都变成高电平时触发器被置为高电平，输出开关管导通;反之当振荡器在放电期间，C 输入端为低电平，触发器被复位，使得输出开关管处于关闭状态。电流限制通过检测连接在VCC和5 脚之间电阻上的压降来完成功能。当检测到电阻上的电压降接近超过300 mV 时，电流限制电路开始工作，这时通过CT 管脚(3 脚) 对定时电容进行快速充电以减少充电时间和输出开关管的导通时间，结果是使得输出开关管的关闭时间延长。关电流可达1.5A（无外接三极管）
MC34063教育手拉手论坛升压电路模块
（4）PL2303芯片的USB转TTL串口模块电路图
USB转串口模块全称为USB to Serial port Module，它可以将USB接口虚拟成一个串口，解决客户无串口的苦恼。现在市面上的USB转串品的设备可谓是琳琅满目，质量也是参差不齐。造成这种现象的根本原因就在于控制芯片的不同。现在USB转串口桥接芯片有很多，比如CP2102、FT232、PL2303等等。但并非每一种芯片都可以用作ISP下载。经过测试CP2102是不能下载的，而FT232可以下载，但其价格实在不菲。最为适中的就是台湾生产的PL2303，可以稳定下载，并可以支持多种操作系统。
PL2303 的高兼容驱动可在大多操作系统上模拟成传统COM 端口,并允许基于COM 端口应用可方便地转换成USB接口应用，通讯波特率高达6 Mb/s。在工作模式和休眠模式时都具有功耗低，是嵌入式系统手持设备的理想选择。该器件具有以下特征：完全兼容USB1.1 协议；可调节的3～5 V 输出电压，满足3V、3.3V和5V不同应用需求；支持完整的RS232接口，可编程设置的波特率：75b/s～6 Mb/s，并为外部串行接口提供电源；512 字节可调的双向数据缓存；支持默认的ROM和外部EEPROM存储设备配置信息,具有I2C 总线接口,支持从外部MODEM 信号远程唤醒； PL2303HX采用28脚贴片SOIC封装，工作频率为12MHZ，符合USB 1.1通信协议，可以直接将USB信号转换成串口信号，波特率从75～1228800，有22种波特率可以选择，并支持5、6、7、8、16共5种数据比特位，是一款相当不错的USB转串口芯片
6 SP180S USB编程器电路总原理图
7、材料清单
元件名称 | 元件标号 | 型号规格 | 数量 | 封装形式 | 封装库 |
贴片元件 |
IC | 74HC4094 | U4 | 1 | SO-16 | PCB Footprints.lib |
IC | PL2303 | U5 | 1 | SO-28 | PCB Footprints.lib |
IC | MC34063 | U2 | 1 | SOJ-28 | PCB Footprints.lib |
直插元件 |
电阻 | R2 | 220Ω | 1 | AXIAL-0.3 | Miscillaneous.lib |
电阻 | R3 | 0.5Ω | 1 | AXIAL-0.3 | 白棉花 电影 Miscillaneous.lib |
电阻 | R4、R5、R6、R7、R8 | 1KΩ | 5 | AXIAL-0.3 | Miscillaneous.lib |
电阻 | R9、R10、R11 | 10KΩ | 3 | AXIAL-0.3 | Miscillaneous.lib |
电阻 | R12 | 12KΩ | 1 | AXIAL-0.3 | Miscillaneous.lib |
电阻 | R13 | 1.5KΩ | 1 | AXIAL-0.3 | Miscillaneous.lib |
电阻 | R14 | 15KΩ | 1 | AXIAL-0.3 | Miscillaneous.lib |
电阻 | R15、R16 | 560Ω | 2 | AXIAL-0.3 | pdp Miscillaneous.lib |
电阻 | R17 | 4.7KΩ | 1 | AXIAL-0.3 | Miscillaneous.lib |
电阻 | R18、R19数据通信与网络 | 27Ω | 2 | AXIAL-0.3 | Miscillaneous.lib |
电阻 | R20、R21 | 220KΩ | 2 | AXIAL-0.3 | Miscillaneous.lib |
排阻 | R1 | R10K*8 | 1 | SIP9 | Miscillaneous.lib |
独石电容 | C1 | 220PF | 1 | RAD-0.1 | Miscillaneous.lib |
独石电容 | C2、C3、C4、C5 | 0.1uF | 4 | RAD-0.1 | Miscillaneous.lib |
瓷片电容 | C11、C12 | 10pF | 2 | RAD-0.1 | Miscillaneous.lib |
瓷片电容 | C7、C8 | 33PF | 2 | RAD-0.1 | Miscillaneous.lib |
电解电容 | C6 | 220uF | 1 | RB-.2/.4 | Miscillaneous.lib |
电解电容 | C9 | 王磊晓芬小说免费阅读 1uF | 1 | RB-.2/.4 | Miscillaneous.lib |
电解电容 | C10 | 47uF | 1 | RB-.2/.4 | Miscillaneous.lib |
电解电容 | C13、C14 | 10uF | 2 | RB-.2/.4 | Miscillaneous.lib |
电感 | L1 | 100MHz | 1 | XTAL-1 | PCB Footprints.lib |
二极管 | D1 | 4148 | 1 | DIODE-0.4 | Miscillaneous.lib |
发光二极管 | STA | GREEN | 1 | LED | 自制封装 |
发光二极管 | PWR | RED | 1 | LED | 自制封装 |
PNP型三极管 | Q1、Q2 | 9015 | 2 | TO-92A | PCB Footprints.lib |
NPN型三极管 | Q3、Q4、Q5 | 9014 | 3 | TO-92A | PCB Footprints.lib |
晶振 | Y1 | 22.1184 | 1 | XTAL-1 | 自制封装 |
晶振 | Y2 | 12MHz | 1 | 小品文选刊XTAL-1 | 自制封装 |
USB插座 | JP1 | USB | 1 | USB | 自制封装 |
ZIP插座 | U3 | ZIP40 | 1 | DIP40 | PCB Footprints.lib |
单片机芯片 | U1 | AT89C51 | 1 | DIP40 | PCB Footprints.lib |
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