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AltiumDesigner软件使用教学教育资料.doc

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AltiumDesigner 软件 使用 教学 教育 资料
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\\目 录目 录2第一部分 应用电子技术实训教学大纲,要求与实训资源简介51.1应用电子技术实训教学大纲51.2实训内容与学时分配61.3实训安排与考核方式9第二部分 Altium Designer10电路设计实训入门102.1 印制电路板与Protel概述102.1.1印制电路板设计流程102.2 原理图设计122.2.1 原理图设计步骤:122.2.2 原理图设计具体操作流程122.3 原理图库的建立192.3.1 原理图库概述192.3.2 编辑和建立元件库192.4 创建PCB元器件封装252.4.1元器件封装概述252.4.2 创建封装库大体流程262.4.3 绘制PCB封装库具体步骤和操作262.5 PCB设计352.5.1 重要的概念和规则352.5.2 PCB设计流程362.5.3详细设计步骤和操作362.6 实训项目422.6.1 任务分析422.6.2 任务实施44第三部分 PCB板基础知识、布局原则、布线技巧、设计规则733.1 PCB板基础知识733.2 PCB板布局原则753.3 PCB板布线原则763.4 Alitum Designer的PCB板布线规则77第四部分 自制电路板实训入门894.1 自制电路板最常用方法及工具介绍894.2 描绘法自制电路板924.3感光板法制作电路板(图解说明全过程)984.4 热转印法制作电路板1024.5丝网印法制作电路板(图解说明全过程)1074.6 感光干膜法制作电路板112第五部分 PCB线路板雕刻机系统实训入门1135.1 PCB线路板雕刻机概述1135.2 雕刻机的使用1155.2.1 如何生成加工文件1155.2.2 硬件使用说明1195.2.3 软件使用功能介绍1215.3 线路板制作操作步骤126第六部分电路板抄板入门1296.1 PCB抄板1296.1.1概述1296.1.2抄板步骤1296.2 BOM清单的制作1366.3 PCB反推原理图138第七部分 实训项目140实训一 PCB焊接技术140实训二 AD绘制原理图144实训三 AD绘制PCB图146实训四 刀刻法(描绘法)制作PCB板148实训五 热转印法印制PCB板150实训六 雕刻机印制PCB板152实训七 产品装配与调试153实训八 PCB抄板156实训九 PCB抄板——反推原理图158实训十 原理图与PCB的相互推演练习160实训十一 电子产品实训总结汇报162第八部分 实训电路模块库1638.1 单片机电路模块1631.AT89S5X单片机模块1632.AVR单片机模块1653.STM32F103单片机模块1674. EPM240可编程数字逻辑模块1698.2 传感器电路模块1711. 温湿度传感器模块1712. 火焰烟雾传感器模块1733. 光敏传感器模块1744. 人体红外传感器模块1755. 震动传感器模块1776. 超声波测距传感器模块1797. RFID刷卡模块1808. 三轴加速度、三轴角速度、三轴磁阻传感器模块1819. 空气质量传感器模块18310. 声音传感器模块18411. 电流传感器模块18512. 霍尔传感器模块18613. 颜色传感器模块1878.3 信号采集处理模块1891. 高速AD采集模块1892. 高速DA转换模块1918.4 通信接口模块1931. RS232串口模块1932. RS485总线模块1943. USB接口模块1954. CAN总线模块1985. NRF24L01无线通信模块1996. 蓝牙通信模块2017. WIFI通信模块2028. ZIGBEE模块2039. GSM/GPRS通信模块2058.5 执行器件模块2081. 直流电机模块2082. 步进电机模块2093. 继电器控制模块2108.6 人机交互接口模块2121. 键盘模块2122. 旋转编码开关模块2143. 数码管模块2154. 点阵液晶模块2165. 流水灯与交通灯模块2188.7 其他模块2201. 时钟与存储器模块220第一部分 应用电子技术实训教学大纲,要求与实训资源简介1.1应用电子技术实训教学大纲《应用电子技术实训》教学大纲课程名称:应用电子技术实训 学 分: 3 课 时:3周 开课学期:第六学期 适用专业:电子信息工程、电子信息科学与技术 一、实习的性质、目的和任务“应用电子技术实训”是面向全院电子信息类专业开设的专业实践课程。本课程坚持以教师为主导,学生为主体,强化对学生动手能力的训练与工程素质的培养。本课程结合真实电子产品、电路板的制作,强化动手操作能力等基本功以及知识的培养,通过本课程实现对学生操作动手能力、工程实践能力、创新思维以及安全、环保、质量、效益、团队等工程意识和科学作风的培养。要求学生以工人、工程师等身份接受训练与考核,掌握产品制作、成本估算、产品推广等能力。二、实训内容及基本要求选择合适的实训产品,实训产品力求完整、实用、低廉、时尚、难易适中。操作训练强调规范、安全,符合行业标准。基础训练结合先进技术与行业主流工艺。实训内容(详细列出实验或实践项目名称和学时)1. 实训一 PCB焊接技术 5学时2. 实训二 AD绘制原理图 5学时3. 实训三 AD绘制PCB图 5学时4. 实训四 刀刻法(描绘法)制作PCB板 5学时5. 实训五 热转印法印制PCB板 5学时6. 实训六 雕刻机印制PCB板 5学时7. 实训七 产品装配与调试 5学时8. 实训八 PCB抄板 5学时9. 实训九 PCB抄板——反推原理图 5学时10.实训十 原理图与PCB的相互推演练习 5学时11. 实训十一 电子产品实训总结汇报 4学时三、实习方式及时间安排实训方式以20人左右为一组集中实训为宜,每班可集中全天实训,每半天按5学时计,需要5.5天完成。四、考核及实习报告(一)考核最终成绩(五级制)=测试成绩(百分制)70%+报告成绩(百分制)30%。 (二)实习报告实训完成后,学生要根据实训整个环节,做一份完整的实训报告,报告的内容包括:目的、设备、过程、总结等内容。 五、教材、指导书及主要参考书以自编指导书为主。六、其他说明 具体执行时,任课教师可以根据具体情况适当灵活调整。1.2实训内容与学时分配一、实训内容 1. PCB焊接技术1)、电子制作常用工具认识与介绍2)、焊接材料的认识3)、手工焊接的操作手法4)、手工焊接的五大步骤与工艺要求5)、焊接缺陷及焊接检验6)、拆焊的注意事项2. AD绘制原理图1)、熟悉电路工作原理及其芯片功能2)、熟悉Aultuim Designer绘图环境和掌握各基本界面的功能和操作方法3)、掌握利用Aultuim Designer绘制原理图并学会制作元器件二、学时分配章次内容总学时讲授实操备注1PCB焊接技术5142AD绘制原理图5143AD绘制PCB图5144刀刻法印制PCB板5145热转印法印制PCB板5146雕刻机印制PCB板5147产品装配与调试5148PCB抄板5149PCB抄板——反推原理图51410原理图与PCB的相互推演51411电子产品实训总结汇报413总时5411431.3实训安排与考核方式一、实训安排 表一 电子工程学院2013级应用电子技术实训开课安排表序号班级人数周次日期安排上课时间地点指导老师指导老师1电子信息工程13(1)3911--1311-12周周六、日全天,13周周六上午,周日全天上午8:00-12:00 下午14:00-18:001#实验楼-A306吴琰徐锋2电子信息工程13(2)4214--1614-15周周六、日全天,16周周六上午,周日全天上午8:00-12:00 下午14:00-18:001#实验楼-A306吴琰王丽3电子信息科学与技术13(1)3711--1311周周六下午,周日全天,12-13周周一下午,周六下午,周日全天上午8:00-12:00 下午14:00-18:001#实验楼-A308王宜结刘云4电子信息科学与技术13(2)3414--1714-15周,周日全天,16周周六下午,周日全天,17周周四,周六下午,周日全天。上午8:00-12:00 下午14:00-18:001#实验楼-A308王健井田合 计152      二、教学方法与考核方式1、 采取理论与实践相结合的方法,以使学生学以致用,提高动手能力。2、 在实践过程中采取指导的形式来解决学生在实操过程中出现的问题。3、 考核总评采用5分制考核方式(优秀、良好、中等、及格、不及格)其中优秀为90-100分,良好为80-89分,中等为70-79分,及格为60-69分,不及格为低于60分。主要考核学生的出勤情况、学习态度、制造过程、产品调试结果、实训报告。第二部分 Altium Designer10电路设计实训入门2.1 印制电路板与Protel概述随着电子技术的飞速发展和印制电路板加工工艺不断提高,大规模和超大规模集成电路的不断涌现,现代电子线路系统已经变得非常复杂。同时电子产品有在向小型化发展,在更小的空间内实现更复杂的电路功能,正因为如此,对印制电路板的设计和制作要求也越来越高。快速、准确的完成电路板的设计对电子线路工作者而言是一个挑战,同时也对设计工具提出了更高要求,像Cadence、PowerPCB以及Protel等电子线路辅助设计软件应运而生。其中Protel在国内使用最为广泛。本书所有讲解均使用Altium Designer Release 10(Protel新版本)。2.1.1印制电路板设计流程用Altium Designer Release 10绘制印制电路板的流程图如图2.1-1所示。生成网络表否开始新建原理图文件设置工作环境放置元件原理图的布线原理图电气检查编译和调整新建工程(项目文件)创建PCB是否合格?是规划PCB加载元件封装加载网络表元件布局及其调整设置布线规则布线及其调整电气规则检查生成报表文件保存并打印输出结束图2.1-1 电路板绘制流程图2.2 原理图设计2.2.1 原理图设计步骤:生成网络表编译和调整存盘和报表输出结束开始新建原理图文件设置工作环境放置元件原理图的布线原理图电气检查设置图纸大小以及颜色栅格等放置元件;调整元件位置;对名称、封装进行定义和设定通过导线或网络标号将元件联接起来通过项目编译,完成错误检查修改和调整错误是否合格?原理图设计过程如下图2.2-1所示。图2.2-1 原理图设计流程2.2.2 原理图设计具体操作流程(说明:以设计“两级放大电路”为例,电路原理图如图2.2-2所示)注意:建议先建立好PCB工程(项目)文件后再进行原理图的绘制工作,原理图文件需加载到项目文件中,且保存到同一文件夹下。2.2-2 两级放大电路(1)创建PCB工程(项目文件)启动Protel DXP后,选择菜单【File】/【New】/【Project】/【PCB Project】命令;完成后如图2.2-3所示。 图2.2-3 新建工程后(2)保存PCB项目(工程)文件选择【File】/【Save Project】菜单命令,弹出保存对话框【Save [PCB_Project1.PrjPCB]AS…】对话框如图2.2-4所示;选择保存路径后在【文件名】栏内输入新文件名保存到自己自己建立的文件夹中。(3)创建原理图文件注意:在新建的PCB项目(工程)下新建原理图文件在新建的PCB项目(工程)下,选择菜单【File】/【New】/【Schematic】命令;完成后如图2.2-5所示。(4)保存原理图文件选择【File】/【Save】菜单命令,弹出保存对话框【Save [Sheet1.SchDoc]AS…】对话框如图2.2-6所示;选择保存路径后在【文件名】栏内输入新文件名保存到自己建立的文件夹中。图2..2-4 保存工程文件 图2.2-5 新建原理图(5)设置工作环境注意:建议初学者保持默认,暂时不需要设置,等到一定水平后再进行设置。选择【Design】/【Document Options…】菜单命令,在系统弹出的【Document Options】中进行设置。图2.2-6保存原理图文件(6)放置元件注意:在放置元件之前需要加载所需要的库(系统库或者自己建立的库)。方法一:安装库文件的方式放置如果知道自己所需要的元件在哪一个库,则只需要直接将该库加载,具体加载方法如下:选择【Design】/【Add/Remove library…】菜单命令,弹出【Available Library】对话框,如图2.2-7所示;单击安装找到库文件即可。 图2.2-7 安装库文件方法二:搜索元件方式放置在我们不知道某个需要用的元件在哪一个库的情况下,可以采用搜索元件的方式进行元件放置。具体操作如下:选择【Place】/【Part…】菜单命令,弹出【Place Part】对话框如图2.2-8所示。图2.2-8 放置元器件接着选择【Choose】,弹出【Browse Librarys】对话框如图2.2-9所示。单击【Find】进行查找。图2.2-9 浏览元器件单击【Find】后弹出【Librarys Search】对话框如图2.2-10所示;图2.2-10查找元器件设置完成后单击【Search】,弹出如图2.2-11所示的对话框。图2.2-11 查找元器件列表选中所需的元件后单击【OK】后操作如图2.2-12所示:图2.2-12 放置元器件此时元件就粘到了鼠标上,如图:,单击鼠标左键即可放置元件。方法三:自己建立元件库具体建库步骤参见原理图库的建立一章。添加元件同方法一,不在赘述。注意:在放置好元件后需要对元件的位置、名字、封装、序号等进行修改和定义。(除元件位之外其他修改也可以放到布线以后再进行)元件属性修改方法如下:在元件上双击鼠标左键,弹出【Properties for Schematic Component in Sheet[原理图文件名]】对话框,属性修改如图2.2-13所示。封装修改过程如下:如图2.2-13所示对话框中选择Footprint,进行单击,过程如图2.2-14所示。 图2.2-13 元器件属性图2.2-14 封装修改过程(7)原理图布线在放好元件位置后即可对原理图进行布线操作。选择【Place】/【Wire】工具菜单,此时将带十字型的光标放到元件引脚位置单击鼠标左键即可进行连线(注意拉线过程不应一直按住鼠标左键不放),将导线拉到另一引脚上单击鼠标左键即放完一根导线,放置完导线单击右键或者【Esc】键结束放置。选择【Place】菜单命令,里面的操作和【Wire】类似。具体功能自己下来查阅。(注意:【Place】里面的工具基本上都要求会用)。(8)原理图电气规则检查选择【Project】/【Compile PCB Project[工程名]】;若无错误提示,即通过电器规则检查,如有错误,则需找到错误位置进行修改调整。(注:电气检查规则建议初学者不要更改,待熟练后在更改)(9)生成网络表通过编译后,即可进行网络表生成。选择【Design】/【Netlist for Project】/【Protel】菜单命令。(10)保存输出选择【File】/【Save】(或者【Save As…】);2.3 原理图库的建立在Protel中,并不是所有元件在库中都能找到,或者能找到但与实习元件引脚标号不一致,或者元件库里面的元件的符号大小或者引脚的距离与原理图不匹配等等,因此需要对找不到的库或者某些元件重新进行绘制,以完成电路的绘制。2.3.1 原理图库概述(1)原理图元件组成 标识图:提示元件功能,无电气特性。原理图元件 引脚:是元件的核心。有电气特性。(2)建立新原理图元件的方法1) 在原有的库中编辑修改;2) 自己重新建立库文件(本次学习主要以第二种方法为主);2.3.2 编辑和建立元件库(一) 编辑元件库此方法请同学们自己下来查阅相关资料进行操作,或者到基本掌握该软件的应用后作为高级工具来进行学习。(二)自建元件库及其制作元件(1) 自建元件库及其制作元件总体流程如图2.3-1所示。图2.3-1元件库建立流程图(2)具体操作步骤1)新建原理图元件库新建:选择【File】/【New】/【library】/【Schematic】菜单命令;完成后如图2.3-2所示:图2.3-2新建原理图库保存:选择【File】/【Save】菜单命令;弹出【Save [Schlib1.SchLib]As…】对话框。选择保存路径,如图2.3-3所示:图2.3-3 保存原理图库2)为库文件添加元件单击打开【SCH Library】面板,如图2.3-4所示。此时可以在右边的工作区进行元件绘制;建立第二个以上元件时,选择【Tools】/【New Component】菜单命令,弹出对话框如图2.3-5所示,确定后即可在右边的工作区内绘制元件。 图2.3-4 SCH Library面板图2.3-5 添加新元件3)绘制元件外形库元件的外形一般由直线、圆弧、椭圆弧、椭圆、矩形和多边形等组成,系统也在其设计环境下提供了丰富的绘图工具。要想灵活、快速地绘制出自己所需要的元件外形,就必须熟练掌握各种绘图工具的用法。具体操作方法请自己下来后研究。选择【Place】菜单,可以绘制各种图形。4)为元件添加引脚选择【Place】/【Pin】菜单命令,光标变为十字形状,并带有一个引脚符号,此时按下【Tab】键,弹出如图2.3-6所示的元件【Pin Properties】对话框,可以修改引脚参数,移动光标,使引脚符号上远离光标的一端(即非电气热点端)与元件外形的边线对齐,然后单击,即可放置一个引脚。图2.3-6 元件引脚属性对话框5)定义元件属性绘制好元件后,还需要描述元件的整体特性,如默认标识、描述、PCB封装等。打开库文件面板,在元件栏选中某个元件,然后单击【Edit】按钮,或者直接双击某个元件,可以打开【Library Component Properties】对话框,利用此对话框可以为元件定义各种属性。如图2.3-7所示。图2.3-7 元件属性对话框6)元件报表与错误检查元件报表中列出了当前元件库中选中的某个元件的详细信息,如元件名称、子部件个数、元件组名称以及元件个引脚的详细信息等。A 元件报表生成方法如下:打开原理图元件库 在【SCH Library】面板上选中需要生成元件报表的元件(如图2.3-8所示) 选择【Reports】/【Component】。图2.3-8 选择库里面的元器件B 元件规则检查报告元件规则检查报告的功能是检查元件库中的元件是否有错,并将有错的元件罗列出来,知名错误的原因。具体操作方法如下:打开原理图元件库 选择【Reports】/【Component Rule Check…】 弹出【Library Component Rule Check】对话框,在该对话框中设置规则检查属性。如图2.3-9所示。图2.3-9 设计规则检查设置完成后单击【OK】,生成元件规则检查报告如图2.3-10所示:图2.3-10 元器件规则检查到此,元件库操作完毕。2.4 创建PCB元器件封装由于新器件、和特殊器件的出现,某些器件导致在Protel DXP集成库中没有办法找到,因此就需要手工创建元器件的封装。2.4.1元器件封装概述元器件封装只是元器件的外观和焊点的位置,纯粹的元器件封装只是空间的概念,因此不同的元器件可以共用一个封装,不同元器件也可以有不同的元件封装,所以在画PCB时,不仅需要知道元器件的名称,还要知道元器件的封装。(一) 元件封装的分类大体可以分为两大类:双列直插式(DIP)元件封装和表面贴式(STM)元件封装。双列直插式元器件实物图和封装图如图2.4-1和2.4-2所示。 图2.4-1 双列直插式元器件实物图 图2.4-2双列直插式元器件封装图表面粘贴式元件实物图和封装图如图2.4-3和2.4-4所示。 图2.4-3 表面粘贴式元件实物图 图2.4-4表面粘贴式元件封装图(二)元器件的封装编号元器件封装的编号一般为元器件类型加上焊点距离(焊点数)在加上元器件外形尺寸,可以根据元器件外形编号来判断元器件包装规格。比如AXAIL0.4表示此元件的包装为轴状的,两焊点间的距离为400mil。DIP16表示双排引脚的元器件封装,两排共16个引脚。RB.2/.4表示极性电容的器件封装,引脚间距为200mil,元器件脚间距离为400mil。2.4.2 创建封装库大体流程创建封装库的大体流程如下如图2.4-5所示。开始新建PCB库文件添加新元件绘制新元件存盘保存结束放置焊盘绘制器件外观图2.4-5创建封装库的大体流程图2.4.3 绘制PCB封装库具体步骤和操作(一) 手工创建元件库(方法一)(要求:创建一个如图所示双列直插式8脚元器件封装,脚间距2.54mm,引脚宽7.62mm。如图2.4-6所示) 图2.4-6 DIP-8封装(1)新建PCB元件库执行菜单命令【File】/【New】/【Library】/【PCB Library】,打开PCB元器件封装库编辑器。执行菜单命令【Flie】【Save As…】,将新建立的库命名为MyLib.PcbLib。过程如图2.4-7所示。图2.4-7 新建PCB库过程(2)设置图纸参数执行菜单命令【Tools】/【Library Opinions…】,弹出【Board Opinions[mil]】对话框,如图2.4-8所示。图2.4-8 设置图纸参数建议:初学者不需要设置该参数,保持默认即可。如果默认单位mil不习惯,可用快捷方式转换单位(mil—mm),即按下键盘上的Q键即可转换。(3) 添加新元件NO.1 在新建的库文件中,选择【PCB Library】标签,双击【Component】列表中的【PCBComponent_1】,弹出【PCB Library Component】对话框,在【name】处输入要建立元件封装的名称;在【Height】处输入元件的实际高度后确认。过程如图2.4-9所示。图2.4-9 添加新元件过程NO.2 如果该库中已经存在有元件,则:执行菜单命令【Tools】/【New Black Component】,如图2.4-10示。接着选择【PCB Library】标签,双击【Component】列表中的【PCBComponent_1】,弹出【PCB Library Component】对话框,在【name】处输入要建立元件封装的名称;在【Height】处输入元件的实际高度。图2.4-10 新建新元件(4)放置焊盘执行菜单命令【Place】/【Pad】(或者单击绘图工具栏的按钮),此时光标会变成十字形状,且光标的中间会粘浮着一个焊盘,移动到合适的位置(一般将1号焊盘放置在原点[0,0]上]),单击鼠标左键将其定位,过程如图2.4-11所示。图2.4-11 放置焊盘过程(5)绘制元件外形通过工作层面切换到顶层丝印层,(即【TOP-Overlay】层),执行菜单命令【Place】/【Line】,此时光标会变为十字形状,移动鼠标指针到合适的位置,单击鼠标左键确定元件封装外形轮廓的起点,到一定的位置再单击鼠标左键即可放置一条轮廓,以同样的方法只到画完位置。执行菜单命令【Place】/【Arc】可放置圆弧。绘制完成后如图2.4-12所示。图2.4-12 绘制完成后的元件(6)设定器件的参考原点执行菜单命令【Edit】/【Set Reference】/【Pin 1】,元器件的参考点一般选择1脚。操作提示:在绘制焊盘或者元件外形时,可以不断的重新设定原点的位置以方便画图。操作为:【Edit】/【Set Reference】/【Location】,此时移动鼠标到所需要的新原点处单击鼠标左键即可。(二) 利用向导创建元件库(方法二)在本软件中,提供的元器件封装向导允许用户预先定义设计规则,根据这些规则,元器件封装库编辑器可以自动的生成新的元器件封装。(1)利用向导创建直插式元件封装Step1:在PCB元件库编辑器编辑状态下,执行菜单命令【Tools】/【Component Wizard…】,2.4-13所示,弹出【Component Wizard】界面,进入元件库封装向导,如图2.4-14所示;Step2:单击“下一步”按钮,在弹出的对话框中元器件封装外形和计量单位,如图2.4-15所示;Step3:单击“下一步”按钮,设置焊盘尺寸,如图2.4-16所示;Step4:单击“下一步”按钮,设置焊盘位置,如图2.4-17所示;Step5:单击“下一步”按钮,设置元器件轮廓线宽,如图2.4-18所示;Step6:单击“下一步”按钮,设置元器件引脚数量,如图2.4-19所示;Step7:单击“下一步”按钮,设置元器件名称,如图2.4-20所示;Step8:单击“下一步”按钮,点击“Finish”完成向导,如图2.4-21所示;Step9:选择菜单命令【Reports】/【Component Rule Chick】,检查是否存在错误。绘制完成后的封装如图2.4-22所示。图2.4-13 新建元器件图2.4-14 新建元器件向导图2.4-15 选择元器件外形和单位 图2.4-16 设置焊盘大小图2.4-17 设置焊盘间距 图2.4-18 设置外形线宽图2.4-19 设置焊盘数量 图2.4-20 设置元器件名字图2.4-21 结束向导 图2.4-22 绘制完成的封装接着运行元件设计规则检查,选择菜单命令【Reports】/【Component Rule Chick】,检查是否存在错误。(2)利用向导创建表面贴片式(IPC)元件封装在PCB元件库编辑器编辑状态下,执行菜单命令【Tools】/【IPC Component Footprint Wizard…】,如图2.4-23所示,弹出【IPC Component Footprint Wizard】界面,进入元件库封装向导,如图2.4-24所示;图2.4-23 利用向导创建IPC元器件封装图2.4-24 IPC Component Footprint Wizard接下来的过程大体同利用向导创建直插式元件封装过程,不在赘述。2.5 PCB设计PCB(Printed Circuit Board,印制电路板),是通过在绝缘程度非常高的集采上覆盖上一层导电性良好的铜膜,采用刻蚀工艺,根据PCB的设计在敷铜板上京腐蚀后保留铜膜形成电气导线,一般在导线上再附上一层薄的绝缘层,并钻出安装定位孔、焊盘和过孔,适当剪裁后供装配使用。2.5.1 重要的概念和规则(1)元件布局:元件布局不仅影响PCB的美观,而且还影响电路的性能。在元件布局时应注意一下几点:1)先布放关键元器件(如单片机、DSP、存储器等),然后按照地址线和数据线的走向布放其他元件。2)高频元器件引脚引出的导线应尽量短些,以减少对其他元件及其电路的影响。3)模拟电路模块与数字电路模块应分开布置,不要混合在一起。4)带强电的元件与其他元件距离尽量要远,并布放在调试时不易触碰的地方。5)对于重量较大的元器件,安装到PCB上要安装一个支架固定,防止元件脱落。6)对于一些严重发热的元件,必须安装散热片。7)电位器、可变电容等元件应布放在便于调试的地方。(2)PCB布线:布线时应遵循以下基本原则。1)输入端导线与输出端导线应尽量避免平行布线,以免发生耦合。2)在布线允许的情况下,导线的宽度尽量取大些,一般不低于10mil。3)导线的最小间距是由线间绝缘电阻和击穿电压决定的,在允许布线的范围内应尽量大些,一般不小于12mil。4)微处理器芯片的数据线和地址线应尽量平行布线。5)布线时尽量少转弯,若需要转弯,一般取45度走向或圆弧形。在高频电路中,拐弯时不能取直角或锐角,以防止高频信号在导线拐弯时发生信号反射现象。6)电源线和地线的宽度要大于信号线的宽度。2.5.2 PCB设计流程PCB设计流程图如图2.5-1所示。新建工程绘制原理图创建PCB规划PCB加载元件封装加载网络表设置电路板结构、边框、尺寸、半层等参数布线及其调整元件布局及其调整设置布线规则电气规则检查生成报表文件保存并打印输出图2.5-1 PCB设计流程图2.5.3详细设计步骤和操作(1)创建PCB工程(项目)文件如果在原理图绘制阶段已经新建,则无需新建。启动Protel DXP后,选择菜单【File】/【New】/【Project】/【PCB Project】命令。(2)保存PCB工程(项目)文件选择【File】/【Save Project】菜单命令,弹出保存对话框【Save [PCB_Project1.PrjPCB]AS…】对话框;选择保存路径后在【文件名】栏内输入新文件名保存到自己自己建立的文件夹中。(3)绘制原理图整个原理图绘制过程参见原理图设计部分。(4)创建PCB文件文档方法一:利用PCB向导创建PCB(利用PCB向导设计一个带有PC-104 16位总线的PCB)Step1:在PCB编辑器窗口左侧的工作面板上,单击左下角的【Files】标签,打开【files】菜单。单击【Files】面板中的【New From Template】标题栏下的“PCB Board Wizard”选项,如图2.5-2所示,启动PCB文件生成向导,弹出PCB向导界面,如图2.5-3所示。Step2:单击“下一步”按钮,在弹出的对话框中设置PCB采用的单位,如图2.5-4所示。Step3:单击“下一步”按钮,在弹出的对话框中根据需要选择的PCB轮廓类型进行外形选择,如图2.5-5所示。Step4:单击“下一步”按钮,在弹出的对话框中设置PCB层数,如图2.5-6所示。Step5:单击“下一步”按钮,在弹出的对话框中设置PCB过孔风格,如图2.5-7所示。Step6:单击“下一步”按钮,在弹出的对话框中选择PCB上安装的大多数元件的封装类型和布线逻辑,如图2.5-8所示。Step7:单击“下一步”按钮,在弹出的对话框中导线和过孔尺寸,如图2.5-9所示。Step8:单击“下一步”按钮,完成PCB向导设置,如图2.5-10所示。Step9:单击“完成”按钮,结束设计向导,如图2.5-11所示。Step10:选择菜单命令【File】/【Save】,保存到工程目录下面。图2.5-2 File面板标签图2.5-3 新建PCB向导 图2.5-4 选择单位图2.5-5 选择元器件外形 图2.5-6 设置PCB板层图2.5-7 选择过孔方式 图2.5-8 选择此电路板主要元件图2.5-9 设置过孔大小 图2.5-10结束向导方法二:使用菜单命令创建1)通过原理图部分的介绍方法先创建好工程文件。2)在创建好的工程文件中创建PCB:选择【File】/【New】/【PCB】菜单命令。3) 保存PCB文件:选择【File】/【Save AS】菜单命令。(5)规划PCB1)板层设置执行菜单命令:【Design】/【Layer Stack Manager】,在弹出的对话框中进行设置,如图2.5-11所示。图2.5-11 板层设置2)工作面板的颜色和属性执行【Design】/【Board Layer & Colors】菜单命令,在弹出的对话框中进行设置,如图2.5-12所示。3)PCB物理边框设置单击工作窗口下面的Mechanical 1标签,切换到Mechanical 1工作层上,如图2.5-13所示。选择【Place】/【Line】菜单命令,根据自己的需要,绘制一个物理边框。图2.5-12 板层颜色设置图2.5-13 切换工作层4) PCB布线框设置单击工作窗口下面的标签,切换到Mechanical 1工作层上,执行【Place】/【Line】菜单命令。根据物理边框的大小设置一个紧靠物理边框的电气边界。(6)导入网络表激活PCB工作面板,执行【Design】/【Import Changes From[文件名].PCBDOC】菜单命令。如图2.5-14所示。图2.5-14 导入网络表执行上述命令以后弹出的如图2.5-15所示的对话框,单击Validate Change是变化生效。单击Execute Changes执行变化。图2.5-15 导入网络表选项(7)PCB设计规则设计可以通过规则编辑器设置各种规则以方便后面的设计,如图2.5-16所示。图2.5-16 规则设计对话框(8)PCB布局通过移动、旋转元器件,将元器件移动到电路板内合适的位置,使电路的布局最合理。(同时注意删除器件盒)。(具体方法需要长期实践)(9)PCB布线调整好元件位置后即可进行PCB布线。执行【Place】/【Interactive Routing】菜单命令,或者单击图标,此时鼠标上为十字形,在单盘处单击鼠标左键即可开始连线。连线完成后单击鼠标右键结束布线。2.6 实训项目2.6.1 任务分析STC89C51单片机最小系统原理如图2.6-1所示。此系统包含了线性稳压及其保护电路、震荡电路、复位电路、发光二级管指示电路、单片机P0口上拉电路以及4个10针插座。其中插座讲单片机个信号引出,可以扩展各种运用电路。由于制作条件限制,本项目要求制作大小为60mm*80mm的单面电路板,电源、地线宽1mm,其他线宽0.6mm,间距0.6mm。绘图时U1的原理图和封装需要自己绘制、上拉电阻原理图需要自己绘制、电解电容封装需也要自己绘制。电路所用元件以及封装见下表2.6-1。图2.6-1 STC89C51单片机最小系统原理图表2.6-1 元器件列表需要自制元器件封装的器件封装如图2.6-2—2.6-8所示。图2.6-2 单片机插座 图2.6-3电容C1图2.6-4电容C3 图2.6-5 电容C6图2.6-6 LED灯D2 图2.6-7 微动开关S2图2.6-8 晶振Y12.6.2 任务实施(一) 新建项目Step1:在电脑磁盘中建立一个名为“单片机”的文件夹;Step2:打开Altium Designer Release 10,新建一个名为空项目。具体操作如下:双击图标启动软件,选择菜单命令【File】/【New】/【Project】/【PCB Project】,如图2.6-9所示。图2.6-9 新建工程Step3:保存工程文件到Step1中新建的文件夹,将其工程命名为“单片机最小系统”。具体操作如下:选择菜单命令【File】/【Save Project As】,在弹出的对话框中找到Step1中新建的文件夹,将文件名改为“单片机最小系统”。如图2.6-10所示。图2.6-10 保存工程(二) 新建原理图文件Step1:执行菜单命令【File】/【New】/【Schematic】;在上述建立的工程项目中新建电路原理图文件。如图2.6-11所示。Step2:执行菜单命令【File】/【Save As】,在弹出的对话框中选择文件保存路径,输入原理图文件名字“单片机最小系统”,保存到“单片机”的文件夹中。保存完成后如图2.6-12所示。图2.6-11 新建原理图 图2.6-12保存完成后的工程和原理图(三) 设置图纸参数Step1:执行菜单命令【Design】/【Document Opinion…】,在打开的对话框中把图纸大小设置为A4,其他使用系统默认。如图2.6-13所示。图2.6-13 设置图纸参数(四) 制作理图库(1)制作单片机原理图库Step1:新建原理图库,执行菜单命令【File】/【New】/【Library】/【Schematic Library】;Step2:保存原理图库,执行菜单命令【File】/【Save As】,保存到“单片机”的文件夹里面,将库名字修改为Mylib.SchLib。Step3:单击面板标签SCH Library,打开元件库编辑面板如图2.6-14所示。 图2.6-14 SCH Library面板Step4:执行菜单命令【Tools】/【New Component】,在弹出的New Component Name对话框输入可以唯一标识元器件的名称STC89C51,如图2.6-15所示,单击OK按钮确定该名称。 图2.6-15 元器件命名对话Step5:绘制外框,执行菜单命令【Place】/【Rectangle】,将光标移动到(0,0)点,单击左键确定左上角点,拖动光标至(90,-210)单击鼠标确定右下角点。如图2.6-16所示。 图2.6-16 绘制好的矩形外框Step6:放置引脚,执行菜单命令【Place】/【Pin】,在矩形外形边上依次放置40个引脚,当引脚处于活动状态时单击空格键可以调整引脚方向,放置好引脚如图2.6-17所示。 图2.6-17 引脚放置后的单片机Step7:编辑引脚属性,根据STC8C51芯片的引脚资料,对引脚的名称、编号、电气类型等进行修改。VCC、GND电气类型为Power,单片机I/O口电气类型为I/O,其他可以保持默认。双击后引脚属性对话框如图2.6-18所示。图2.6-18 引脚属性对话框Step8:依次对所有引脚进行修改,修改完成的单片机芯片如图2.6-19所示。Step9:设置元器件属性。在SCH Library面板中,选中新绘制的元器件STC89C51,单击Edit按钮或者双击新绘制的元器件名字,对元器件的默认标识注释进行修改。如图2.6-20所示。 图2.6-19 修改引脚属性后图2.6-20 元器件属性修改对话框Step10:运行元器件设计规则检查。执行菜单命令【Reports】/【Component Rule Chick】,弹出如图2.6-21所示的对话框,单击OK查看检查结果。如果检查没有错,即可进入下一步。如果检查有错,进行修改。图2.6-21 元器件设计规则检查Step11:保存元器件。单击按钮或者执行菜单命令【File】/【Save】即可。(2)绘制排阻原理图排阻的原理图我们可以在已经存在的库中修改,我们只需打开Miscellaneous Device.IntLib,找到Res Pack4,将其复制到自己新建的Mylib.SchLib库中。Step1:打开上面新建的Mylib.SchLib库,进入原理图编辑面板。可以看到之前建立的STC89C51。Step2:执行菜单命令【Tools】/【New Component】,在弹出的New Component Name对话框输入可以唯一标识元器件的名称Res Pack,单击OK按钮确定该名称。图2.6-22 打开原理图库Step3:执行菜单命令【File】/【Open】,找到Miscellaneous Device.IntLib,将其打开,如图2.6-22所示。单击“打开”,在弹出的对话框中选择Extract Source,如图2.6-23所示。再接着弹出的对话框中单击OK,如图2.6-24所示。即可打开已有元件库。图2.6-23 抽取源 图2.6-24 抽取源目录Step4:双击Project面板下的Miscellaneous Device.SchLib,如图2.6-25所示,单击SCH library面板,如图2.6-26所示。找到Res Pack4,如图2.6-27所示。图2.6-25 图2.6-26 SCH Library面板图2.6-27 Res Pack4Step5:将Res Pack4全选,复制到Mylib.SchLib的Res Pack工作区,如图2.6-28所示。 图2.6-28 复制后的排阻Step6:将10—16脚删除,调整第9脚的位置和外形,完成后如图2.6-29所示。Step7:修改元件属性,在SCH Library面板中,选中新绘制的元器件Res Pack,单击Edit按钮或者双击新绘制的元器件名字,对元器件的默 认标识注释进行修改,如图2.6-30所示。 图2.6-29 修改后的排阻 Step8:运行元器件设计规则检查。执行菜单命令【Reports】/【Component Rule Chick】,弹出如图2.6-20所示的对话框,单击OK查看检查结果。如果检查没有错,即可进入下一步。如果检查有错,进行修改。图2.6-30 修改元件属性Step9:保存元器件。单击按钮或者执行菜单命令【File】/【Save】即可。(五) 放置元器件Step1:放置自己绘制的单片机。执行菜单命令【Place】/【Part】,在弹出的Place Part对话框中单击Choose,如图2.6-31所示。在Browse Librarys对话框中找到方才绘制的Mylib.SchLib库(注意库需要加载到工程里面才能找到),如图2.6-32所示,找到需要放置的元器件,依次单击OK,此时元器件会悬浮于光标上,移动到合适的位置单击鼠标左键即可放置,单击右键或者Esc键结束放置。图2.6-31 place part对话框 图2.6-32 库浏览选项对话框Step2:以Step1同样的方法放置自己绘制的排阻到原理图工作区,放置好后如图2.6-33所示。Step3:放置稳压电源芯片L78M05CP,该芯片可直接在元件库里面调用,但不知道在哪一个库,此时我们需要采用搜索元件的方法来放置该芯片。St3.1:执行菜单命令【Place】/【Part】,在弹出的Place Part对话框中单击Choose,如图22所示。在Browse Librarys对话框中单击Find按钮,如图2.6-34所示。图2.6-33 放置好自己绘制的原理图 图2.6-34 库浏览选项对话框St3.2:搜索后结果如图2.6-35所示,选择需要的元件后一次单击ok直到元器件悬浮于光标上,移动鼠标到合适的位置后单击鼠标左键进行放置。图2.6-35 搜索结果对话框Step4:放置一个电解电容,执行菜单命令【Place】/【Part】,在弹出的Place Part对话框中单击Choose,如图2.6-31所示。在Browse Librarys对话框中找到Miscellaneous Device.IntLib,如图2.6-36所示,找到需要放置的元器件,依次单击OK,此时元器件会悬浮于光标上,移动到合适的位置单击鼠标左键即可放置,单击右键或者Esc键结束放置。图2.6-36 浏览元件对话框Step5:依次按照Step4的方法进行其他元器件的放置。放置完成后如图2.6-37所示。图2.6-37 放置元器件完成后的原理图(六) 修改元器件属性Step1:修改单片机属性。双击STC89C51(或者选中后单击鼠标右键,在弹出的对话框中选择Properties),弹出元件属性对话框如,在其中进行修改,修改序号、注释、参数等。修改完成后如图2.6-38所示。图2.6-38 元器件属性对话框Step2:修改电阻属性,按照上面的方法,打开元器件属性对话框,在对话框中进行修改,完成后如图2.6-39所示。图2.6-39修改电阻属性对话框Step3:按照如上方法,对所有元器件进行修改,修改后如图2.6-40所示。图2.6-40 修改完元件属性后的原理图(七) 进行原理图布线(1)导线绘制Step1:执行菜单命令【Place】/【Wire】(或者单击Wring工具栏的),光标变成“十”字形状。Step2:将光标移动到图纸的适当位置,单击鼠标左键,确定导线起点。沿着需要绘制导线的方向移动鼠标,到合适的位置再次单击鼠标左键,完成两点间的连线,单击鼠标右键,结束此条导线的放置。此时光标任处于绘制导线状态,可以继续绘制,若双击鼠标右键,则退出绘制导线状态。Step3:依次进行上面的操作,完成导线绘制,完成后如图2.6-41所示。图2.6-41 绘制好导线的原理图(2)放置电源和接地Step1:放置电源和接地,单击工具栏的图标或者图标,电源或者接地图标会粘在“十”字光标上,移动到合适的位置单击主表左键即可。放置完成后如图2.6-42所示。(3)放置网络标签Step1:执行菜单命令【Place】/【Net Label】,此时网络标签会粘在“十”字形的光标上,移动鼠标到合适的位置单击鼠标左键即可放置网络标签。Step2:修改网络标签的网络,在网络标签上双击鼠标左键,在弹出的对话框中修改网络。如图2.6-43所示。Step3:依次进行以上操作,直到全部放置完成。放置完成网络标签的电路原理图如图2.6-44所示。图2.6-42 放置好电源的接地的原理图图2.6-43 网络标签属性图2.6-44 放置好网络标签的原理图(八) 绘制元器件封装库(1)绘制单片机插座封装单片机插座为40脚的双列直插式封装,但由于外框较引脚位置相对较远,因此需要自己绘制,该芯片可以利用向导进行绘制。Step1:新建PCB封住库。在之前新建的“单片机最小系统目录下”,执行菜单命令【File】/【New】/【Library】/【PCB Library】。Step2:保存PCB封装库,执行菜单命令【Flie】/【Save】,将PCB封装库保存到“单片机”的文件夹中。并命名为MyPcbLib.PcbLib。Step3:在面板标签中选择PCB Library标签,可以看到已经有一个空元件新建好了。Step4:执行菜单命令【Tools】/【Component Wizard】,弹出Component Wizard对话框,单击Next进入下一步。Step5:在Component Patterns对话框中选择元件外形为DIP,单位选择为mm,如图2.6-45所示。完成后单击Next进入下一步。Step6:在Dual In-Line Packages(DIP) Define the pads dimensions对话框中输入焊盘尺寸,在这里,我们将焊盘孔径设置为0.6mm,外径为2mm的圆形焊盘。如图2.6-46所示。图2.6-45 选择元器件外形 图2.6-46设置焊盘大小Step7:单击Next,在Dual In-Line Packages(DIP) Define the pads layout对话框中输入焊盘间距。如图2.6-47所示。图2.6-47 设置焊盘间距 图2.6-48 设置外形线宽Step8:单击Next,在Dual In-Line Packages(DIP) Define the outline width对话框中输入外形线宽。如图2.6-48所示。Step9:单击Next,在Dual In-Line Packages(DIP) Set number of the pads对话框中输入焊盘数量40。如图2.6-49所示。Step10:单击Next,在弹出的对话框中输入封装名字,如图2.6-50所示。 图2.6-49 输入焊盘数量 图2.6-50 设置封装名称Step11:一直单击Next,到最后一步单击Finish,即可完成向导。完成后如图2.6-51所示。 图2.6-51 完成向导后的单片机封装Step12:对单片机插座的外形进行修改。实际测量得到插座长为66mm,宽为22.5mm。左右边缘距离焊盘4mm,上边缘距离焊盘10.5mm,下边缘距离焊盘7mm。根据此尺寸,进行修改。双击外形左边缘,在弹出的属性对话框中修改参数如图2.6-52所示。图2.6-52 线条属性对话框Step13:依次对所有外形进行修改,修改后的封装如图2.6-53所示。Step14:保存文件。选择菜单命令【File】/【Save】。图2.6-53 修改完成的单片机插座封装图(2)绘制复位开关的封装Step1:打开MyPcbLib.PcbLib,在面板标签中选择PCB Library标签,可以看到刚刚建立的DIP40。Step2:执行菜单命令【Tools】/【New Blank Component】,新建了一个空元件。在PCB Library标签中双击PCBComponent_1 – duplicate,弹出PCB Library component对话框。在里面输入开关的名字和描述,如图2.6-54所示。图2.6-54 修改封装名称Step3:设置栅格点,首先将栅格设置成5mm,垂直放置两个焊盘,其中1号焊盘放置于(0,0),2号焊盘(0,-5)。再将栅格设置成6mm,垂直放置两个焊盘3号焊盘(6,0),4号焊盘(6,-5)。设置栅格:单击鼠标右键,在弹出的对话框中选择Snap Grid。在弹出的对话框中输入5mm,如图2.6-55所示。 图2.6-55 设置栅格点大小Step4:放置好焊盘后。在Top Overlay层上绘制外框,如图2.6-56所示。 图2.6-56 好焊盘和丝印(3)绘制电容的封装Step1:按照上面的两种方法完成电解电容封装和LED封装的绘制。(九) 加载元器件封装库在加载元器件封装之前,务必确保自建的封装库在工程目录下面。(1) 加载单片机封装Step1:在原理图界面选中单片机,双击鼠标左键,此时会弹出元器件属性对话框如图2.6-57所示。单击Models选项框的Add添加封装模型。在弹出的对话框中选择Footprint。如图2.6-58所示。 图2.6-57 元器件属性对话框 图2.6-58增加新模型Step2:选择好Footprint模型后单击OK弹出PCB Model对话框,在PCB Library中选择Any,在Footprint Model中单击Browse,如图2.6-59所示。Step3:单击Browse后弹出Browse Library对话框,在里面找到自己绘制的单片机插座封装后依次单击OK。如图2.6-60所示。 图2.6-59 PCB Model 图2.6-60 库浏览对话框Step4:依次单击OK,加载后的封装如图2.6-61所示。图2.6-61 加载好封装后的单片机插座(2) 加载电解电容封装Step1:按照上面的方法分别给电解电容C1、C3、C6添加自己绘制的封装。(3) 修改C2的封装根据表2.6-1的要求将所有元器件的封装进行修改。Step1:将光标放在C2上面,双击鼠标左键,弹出元器件属性对话框如图50所示。在Models选项中选中已有封装RAD-0.3,单击Edit,如图2.6-62所示。图2.6-62修改元器件属性Step2:单击Edit后弹出的PCB Model对话框中选择Any,在FootPrint Models中输入封装名字RAD-0.2(或者单击Browse进行浏览)。如图2.6-63所示。图2.6-63 修改电容封装(4)修改其C2的封装Step1:按照如上方法修改其他所有元件。(十) 新建PCB文件要求:建立一块60mm*80mm的电路板。Step1:选择面板标签的File标签栏,单击New from template中的PCB board Wizard选项。如图2.6-64所示。Step2:在弹出的PCB board Wizard对话框中单击Next进入下一步。Step3:在弹出的Choose Board Units对话框中选择要是用的单位,如图2.6-65所示。Step4:单击Next进入下一步,选择模板,在这里我们选择Custom,自己定义板子大小。如图2.6-66所示。 图2.6-64 File面板标签图2.6-65 选择使用的单位 图2.6-66 选择板子形状Step5:单击Next,在弹出的Choose Board Details对话框中输入板子大小和形状。如图2.6-67所示。Step6:单击Next,弹出Choose Board Corner Cut,在此不需要设置。Step7:单击Next,弹出Choose Board Inner Cut,在此不需要设置。图2.6-67 设置电路板大小Step8:单击N
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