1、苏州大学本科生毕业设计 (论文 ) - 1 - 基于 Allegro SPB 软件的温控系统的电路设计 摘要 ： 利用 Cadence SPB 高速电路板设计软件， 本文 叙述了一个 温控系统电路 的 设计 。文中讨论了该工具软件的 基 本 功能 。给出了 温控系统 的特性及其电路，完成了基于 Cadence SPB 高速电路板设计软件的仿真。 随着 电子 产品生命周期和收益高峰期的缩短，投放市场的时间成为市场制胜的关键因素 ， 熟练掌握此类设计手段，在未来的市场中将会得到越来越广泛的运用。 关键词 ： EDA; Allegro; 仿真 ; 电路板设计 ; 温控系统 Abstract： Use
2、 the Cadence SPB High-speed Circuit Design software, this paper describes a temperature control system circuit design. This paper discusses the basic function of the tool software. The characteristics of temperature control system is given based on its circuit, completed the Cadence SPB high-speed c
3、ircuit board design software simulation. As the electronic product life cycle and gains the market peak shorten, the time has become the key factor market win, familiar with such design means, in future market, will get more and more extensive use. Key Words： Electronic Design Automatic; Allegro; Em
4、ulation; PCB layout ；Temperature control system 苏州大学本科生毕业设计 (论文 ) - 2 - 目 录 前言 .1 第 1 章 Allegro 软件的运行环境及安装过程 . .2 1.1 Allegro SPB 软件的简介 .2 1.2 Allegro SPB 16.3 软件的运行环境 . 3 1.3 Allegro SPB 16.3 软件的安装过程 . .3 第 2 章 基于 Allegro 软件的温控系统原理图设计 4 2.1 DS18B20 数字温度传感器 . .4 2.2 温控系统实现的主要功能 . .5 2.3 系统硬件设计 . 6 2
5、.4 Allegro软件的原理图设计工作平台 .6 2.5 温控系统电路的具体设计步骤 . .8 2.6 原理图的后期处理及相关表单的输出 12 第 3 章 基于 Allegro 软件的温控系统的 PCB 电路板设计 . 18 3.1 Allegro 软件的 PCB 设计流程 .18 3.2 温控电路中相关元件 PCB封装库的制作 . .19 3.3 温控电路 PCB板具体设计流程 .25 第 4 章 温控系统电路的相关网络的仿真 31 4.1 概述 .31 4.2 仿真前的属性设置和检查 .31 4.3 PCB 前仿真 .34 4.4 仿真结果相关信息的测量 .36 第 5 章 展望 . .
6、37 苏州大学本科生毕业设计 (论文 ) - 3 - 参考文献 .37 致谢 .38 附录 .39 附录一 电路设计结果输出 .39 附录 二 开题报告 .41 附录 三 外文文献及中文翻译稿 .44 附录 四 任务书 .53 附录 五 中期检查表 55 附 录 六 答辩记录表 56 附录 七 成绩评定表 57 苏州大学本科生毕业设计 (论文 ) 1 前 言 EDA是电子设计自动化的简称，是 20世纪 90年代的 CAD 发展起来的。在当时， CAD技术的应用与发展，引发了一场工具设计与制造领域的革命，它极大地改变了产品设计和制造的传统设计方式。伴随着 CAD 的逐渐发展， CAD 技术主要的
7、 3 个分支也得到了飞速的发展，即 CAM(Computer Aided Manufacturing)计 算机辅助制造、 CAE(Computer Aided Engineering)计算机辅助工程、 CAT(Computer Aided Test)计算机辅助测试。 随着以上各种 CAD 技术的发展，工程师们的设计方法开始向人和计算机共同完成电子系统设计逐步过渡，一直发展到目前的电子设计自动化技术。所以说 EDA是 CAD发展的必然趋势。 在 EDA 这一庞大的软件系统中，包括了集成电路设计、电路设计、版图设计，以及所包含的模拟、仿真、分析等软件。主要的电路板设计软件有以下三种： 1） Alt
8、ium 公司的 Protel 软件 2） Mentor 公司的 软件 3） Cadence 公司的 软件 目前 Protel 软件在学校教学中应用仍然比较广泛，但在当前公司生产制作中，大多公司选择使用 Cadence 公司研发的 Allegro SPB 软件，它的功能更强大，提高了制板的速度和高性能。使得电子产品的性能在趋向高端的同时有着更稳定的工作性能。如何学习一种当前应用广泛的高速电路板设计软件，对于一个电子类毕业生，提高自己的社会竞争力，显得尤为重要。 Cadence 公司是世界上最大的 EDA 公司之一，该公司的电子产品经营范围很广，包括系统设计、集成电路的综合布局 布线、集成电路的物
9、理验证、 PCB 板的设计和硬件仿真建模等， 使用这款软件 。 本文设计了一个“基于 DS18B20 数字传感器的数字温控系统电路”。 本文内容包括： 第一章介绍了 Cadence 公司 Allegro SPB 软件的一些基本概念。 第二章叙述了所设计的数字温控系统电路。 第三章介绍了该电路的 PCB实现。 第四章给出了电路的仿真结果。 第五章为结论及展望。 苏州大学本科生毕业设计 (论文 ) 第 1 章 Allegro 软件的运行环境及安装过程 1.1 Allegro SPB 软件的简介 Allegro SPB 是一款 强大的电子设计系统，包括原理图 设计、 PCB 版图的绘制、布线及封装等
10、都可以通过此软件来实现。 Allegro 软件平台在仿真电路图设计自动布局布线功能，Allegro 软件平台可以进行扩展。用户还可以开发自己的基于 Allegro 软件平台的工具。且相对于前面的版本有相同也有不同的地方。其功能模块如 表 1.1所示。 Orcad capture Orcad capture CIS Orcad pcb editor Orcad pcb router Sigxplorer Orcad sigxplorer Library explorer Model Integrity PCB editor Design Entry CIS Design EntryHDL Pac
11、kage Designer PCB riuter Physical Veiwer Project Manager System Architect PCB SI Sip Pspice AD 表 1.1 Allegro SPB 的功能模块 Cadence 软件产品共有 4个平台： 1、 Incisive 功能验证平台： 2、 Encounter 数字 IC设计平台： 3、 Virtuoso 定 制设计平台： 4、 Allegro 系统互连设计平台 : 而本文学习研究的是第 4部分，其主要软件包括： 1) Allegro Design Entry CIS 软件与 Allegro Design En
12、try HDL 软件： 上两款软件为原理图输入软件，提供了原理图的输入与分析的环境，能够真正的完成工程的同步设计，与 Allegro 高度的集成，无论从此原理图输入软件导出到 PCB 设计软件还是从 PCB 设计软件反标回来都是非常方便的。 2) Allegro PCB Editor 软件： 它是高速、约束驱动的印制电路板设计软件 。为创建和编辑复杂、多层、高速、高密度的印刷电路板设计提供了一个交互式约束驱动的环境，允许工程师在设计过程阶段中定义、管理和验证关键的高速信号，为广大的工程师提供了一个从原理图输入到通用电气约束管理环境，再到强大的自动 /交互式的印制电路板的布局、布线，进而到信号完
13、整性分析的一个集成式的环境。 3) Allegro PCB Librarian 软件： 它是自动化库部件生成、验证和管理的软件。它是一个高级的库开发环境，提供大量的库开发工具箱，加快大引脚数目 EDA 库部件的创建、验证和管理。 苏州大学本科生毕业设计 (论文 ) 4) Allegro PCB Router 软件： 它是强大的互连布线设计软件，在 Cadence 公司成功收购了 OrCAD 公司后，原业界领先的自动 /交互布线软件 SPECCTRA 软件被整合成为目前的 Allegro PCB Router 软件。 5) Allegro PCB SI 软件： 它是高速系统级的设计和分析软件。它
14、给工程师提供一个集成的高速设计与分析环境，能流水线完成高速数字印刷电路板系统和高速集成电路封装的设计，方便工程师在周期内的所有阶段都能优化、解决电气性能的相关问题。 1.2 Allegro SPB 16.3软件的运行环境 1）操作 系统要求： a、 windows2003，所有的服务包（仅 32位） b、 windowsXP， windows Vista（ 32 位和 64 位）家庭使用的基本操作系统除外 . 2）硬件要求： a、 CPU主频为 1GHZ 及以上 b、内存 128M 或更高 c、硬盘至少 3G剩余空间 1.3 Allegro SPB 16.3软件的安装过程 1.关闭杀毒软件 。
15、 2.运动 setup.exe 然后点击“ License Manager”，安装过程中询问 license file 时，选择取消。结束安装。 3.Copy cdslmd.exe 到 “C:CadenceLicenseManager“（安装目录） ,替代原文件。 4.建立环境变量 CDS_LIC_FILE=this_host 5280，其中 this_host 为主机名 。 5.复制 license163.lic 到安装目录 。 6.打开 license163.lic，编辑第 1行，将 this_host 修改为主机名 。 7.运行 LicenseServerConfiguration.ex
16、e。 8.选取 license163.lic。 9.端口填写 5280。 10.编辑 window 主计算机名，检查 hostname 是否正确。可使用 LMTOOLS 查看 。 11.重启 。 12.安装 Cadence SPB/orCAD 选取默认值 。 13.拷贝 RunMe， Patter,Skf 到安装目录 。 14.运行 RunMe 。 15. 结束 。 苏州大学本科生毕业设计 (论文 ) 第 2 章 温控系统电路介绍及基于 Allegro 的原理图设计 2.1 DS18B20数字温度传感器 1、概述： DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司推出的一款智能温度传感器。与传
17、统的热敏电阻相比，它能够直接独处被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9 12 位数字值读书方式。可以分别在 93.75 750ms 内完成 9 12 位的数字量，并且从 DS18B20读出的信息或写入 DS18B20 的信息仅需要一根线读写，温度切换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源。因而使用 DS18B20 可使系统结构简单，可靠性更高。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面都给用户的使用带来了方便，效果也更令人满意 1。 2、主要特点： （ 1）独特的单线接口方式： DS18B20 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处
18、理器与 DS18B20 的双 向通信。 （ 2）在使用中不需要任何外围元件。 （ 3）可用数据线供电，电压范围 +3.3 +5V。 （ 4）测温范围： -55 +125 .固有测温分辨率为 0.5。 （ 5)通过编程可以实现 9 12 位的数字读数方式。 （ 6）用户可以自设定非易失性的报警上下限值。 （ 7）支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。 （ 8）负压特性，电源接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 3、引脚定义： （ 1） DQ为数字信号输入 /输出端； （ 2） GND为电源地； （ 3） VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接
19、线方式时接地）。 4、封装与内部结构 DS18B20 采用脚 PR 35 封装或脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图 2.1 所示。 苏州大学本科生毕业设计 (论文 ) 图 2.1 DS18B20 内部结构 5、 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路 DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时 DS18B20 的 1脚接地， 2 脚作为信号线， 3 脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图 2.2 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个 MOSFET 管来完成对总线的上拉。当 DS18B20 处于写存储器操
20、作和温度 A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10us。采用寄生电源供电方式时 VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 D S 18B 20 D S 18B 20 D S 18B 204. 7 KGN D GN D GN DVC CVC C单片机.图 2.2 DS18B20 与单片机的接口电路 2.2 温控系统实现的主要功能 本温度计控制系统围绕 DS18B20 为核心，主要实现的功能是：利用 DS18B20 采集环境温度并在 7 段数码管上显示出来，同时将温度信息反馈到 PC 机上以便作进一步的分析操作。当环境温度高于报警上限或者低于报警下限时
21、，分别点亮高低温报警灯，温度回复到上下限之间时，熄灭报警灯。系统中有 5 个按键，其功能实现的功能如表 1-1 所示。 I/O C 64 位 ROM 和 总 线 接 口 高速缓存 存储器与控制逻辑 温度传感器 高温触发器 TH 低 温触发器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 发生器 Vdd 苏州大学本科生毕业设计 (论文 ) 表 1-1 本设计要实现的主要功能 按 键 功 能 功能键 显示温度值、报警上限、报警下限三态循环 递增键 当显示报警上下限时，按此键则显示的报警上限或下限增 1 递减键 当显示报警上下限时，按此键则显示的报警上下限减 1 存储键 当显示报警上下限时，按完递增或递减键后按
22、此键可将新设定的报警限保存 恢复键 当显示报警上下限时， 按此键则把保存的报警上下限作为当前报警限值 2.3 系统硬件设计 根据系统功能的要求设计硬件连接。其硬件部分可以分为以下几个部分。 (1)DS18B20 与 51 单片机接口的设计： DS18B20 与 51 的接口可以跟上面讨论的一致，用一根 I/O 线来与 DS18B20 的数据线连接作为单总线。而用一个 PNP 型的三极管来作为DS18B20 进行温度转换和存储数据的强上拉。 （ 2）七段数码管的设计：数码管的驱动可以用两个芯片 74LS138 和 74LS47 来驱动。也可以用 51 单片机的 I/O管教直接驱动数码管的方法来驱
23、动，此时 只需将 7段数码管的 8个引脚连接至某个 I/O 口，如 P0 口，然后再用 6根 I/O 数据线来分别驱动相应的 6 个三极管。 （ 3）按键的设计：对于按键，因为只有 5个按键，所以它的接法可以采用最简单的每个 I/O 对应一个按键的接法。本系统则采用了矩阵按键的连接方式。是为了方便以后对电路的更新和扩展。 接下来，我们就通过 Allegro 高速电路板设计软件来具体讲述如何设计电路的原理图、PCB 和对相应电路的仿真输出。 2.4 Allegro软件的原理图设计工作平台 在 Allegro 软件中有两种原理图设计平台： Design Entry CIS原理图设计平台、 Desi
24、gn Entry HDL 原理图设计平台。下面主要以 Design Entry CIS 原理图设计平台介绍电路的整个设计流程。 1、打开界面 : 在 开始 /所有程序中找到 Cadence SPB 16.3 的程序，点击下拉菜单中的 Design Entry CIS，出现如图 2.3 所示的界面。 苏州大学本科生毕业设计 (论文 ) 图 2.3 使用界面 在图中选择 Allegro Design Entry CIS 项后，点击 按钮后进入原理图编辑界面如图 2.4 所示： 图 2.4 原理图编辑界面 2、参数设置： 点击 上述界面中的“ Options”“ Preference”，弹出图 2.5 所示图纸参数 界面。 图 2.5 参数设置界面 图 2.6 颜色参数 图 2.7 格点设置
