PCB实验报告.docx
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PCB实验报告
PCB实验报告
课程设计报告
利用AltiumDesigner设计
单片机实验系统PCB板
学院城市轨道交通学院
专业电气工程与自动化
班级10控制工程
学号1042402057
姓名方玮
指导老师刘文杰
完成时间2013-05-21
一、设计目的...............................................2
二、设计方案
2.1、设计流程图.........................................2
2.2、板层选择...........................................2
2.3、元件封装...........................................3
2.4、布线方案...........................................4
三、原理图的绘制
3.1创建新的PCB工程....................................4
3.2创建新的电气原理图..................................5
3.3添加电路原理图到工程当中............................5
3.4设置原理图选项......................................5
3.5电路原理图绘制......................................6
3.5.1加载库和元件..................................6
3.5.2放置元件......................................7
3.5.3绘制电路......................................9
3.5.4注意事项......................................11
3.6编译工程........................................14
四、PCB板的绘制
4.1创建新的PCB文件....................................15
4.2在工程中添加新的PCB.................................16
4.3将原理图的信息导入PCB..............................17
4.4PCB的绘制..........................................17
4.4.1元件放置......................................17
4.4.2规则设置......................................18
4.4.3手动布线......................................19
4.4.4规则检查......................................21
五、实验心得体会...........................................23
六、附录1原理图..........................................24
七、附录2PCB图...........................................25
利用AltiumDesigner设计单片机实验系统PCB板
一、设计目的
1.培养学生掌握、使用实用电子线路、计算机系统设计、仿真软件的能力。
2．提高学生读图、分析线路和正确绘制设计线路、系统的能力。
3.了解原理图设计基础、了解设计环境设置、学习AltiumDesigner软件的功能及使用方法。
4.掌握绘制原理图的各种工具、利用软件绘制原理图。
5.掌握编辑元器件的方法构造原理图元件库。
6.熟练掌握手工绘制电路版的方法。
7.掌握绘制编辑元件封装图的方法，自己构造印制板元件库。
8.了解电路板设计的一般规则、利用软件绘制原理图并自动生成印制板图。
二、设计方案
2.1设计流程图
导入PCB绘制印入板
绘制出电路原理图
根据实物板制作封装
DRC检测
完成
根据实物板制作元件
2.2板层选择
根据层数分类，印制电路板可分为单面板、双面板和多层板。
（1）单面板
单面印制电路板只有一面有导电铜箔，另一面没有。
在使用单面板时，通常在没有导电铜箔的一面安装元件，将元件引脚通过插孔穿到有导山铜箔的一面，导电铜箔将元件引脚连接起来就可以构成电路或电子设备。
单面板成本低，但因为只有一面有导电铜箔，不适用于复杂的电子设备。
（2）双面板
双面板包括两层：
顶层（TopLayer）和底层（BottomLayer）。
与单面板不同，双面板的两层都有导电铜箔，其结构示意图如图2-1所示。
双面板的每层都
可以直接焊接元件，两层之间可以通过穿过的元件引脚连接，也可以通过过孔实现连接。
过孔是一种穿透印制电路板并将两层的铜箔连接起来的金属化导电圆孔。
图2-1
（3）多层板
多层板是具有多个导电层的电路板。
多层板的结构示意图如图2-2所示。
它除了具有双面板一样的顶层和底层外，在内部还有导电层，内部层一般为电源或接地层，顶层和底层通过过孔与内部的导电层相连接。
多层板一般是将多个双面板采用压合工艺制作而成的，适用于复杂的电路系统。
图2-2
根据实物图的要求，我们选用的是双面板。
2.3元件封装
印制电路板是用来安装元件的，而同类型的元件，如电阻，即使阻值一样，也有大小之分。
因而在设计印制电路板时，就要求印制电路板上大体积元件焊接孔的孔径要大、距离要远。
为了使印制电路板生产厂家生产出来的印制电路板可以安装大小和形状符合要求的各种元件，要求在设计印制电路板时，用铜箔表示导线，而用与实际元件形状和大小相关的符号表示元件。
这里的形状与大小是指实际元件在印制电路板上的投影。
这种与实际元件形状和大小相同的投影符号称为元件封装。
例如，电解电容的投影是一个圆形，那么其元件封装就是一个圆形符号。
根据这次实验的要求，我们选择的穿孔式的封装。
实物图元件封装图
图2-3左为实物图，右为元件封装图
2.4布线方案
（1）采用手动布线法。
此方法的每一个环节都需要人为操作，要想布出一个既美观又实用的PCB图，那是需要耗费大量的时间和精力的。
但就目前的技术而言，以质量为前提条件，手动布线是最常用的一种方法。
（2）采用自动布线法。
将元件的位置摆放好后，便可使用系统内部的自动布线功能，几秒内就可将一个庞大的复杂的电路布线成功，但可惜的是，布出来的PCB图效果极差，导线的走线极不平滑，会有尖角产生，两个相距很近的连接在一块儿的焊盘，也可能会被绕了一大圈后才能连上，这也是用机器布线的一大弊端。
在两种方法的比较之下，我决定选择手动布线，第一，自己第一次学习使用这个软件只有实际操作了才能学得更好，第二，自动布线存在诸多弊端，既不美观又不实用。
一、原理图的绘制
3.1创建新的PCB工程
在AltiumDesigner里，一个工程包括所有文件之间的关联和设计的相关设置。
一个工程文件，例如xxx.PrjPCB，是一个ASCII文本文件，它包括工程里的文件和输出的相关设置，例如，打印设置和CAM设置。
与工程无关的文件被称为"自由文件"。
与原理图和目标输出相关联的文件都被加入到工程中，例如PCB，FPGA，嵌入式（VHDL）和库。
当工程被编译的时候，设计校验、仿真同步和比对都将一起进行。
任何原始原理图或者PCB的改变都将在编译的时候更新。
所有类型的工程的创建过程都是一样的。
本章以PCB工程的创建过程为例进行介绍，先创建工程文件，然后创建一个新的原理图并加入到新创建的工程中，最后创建一个新的PCB，和原理图一样加入到工程中。
作为本章的开始，先来创建一个PCB
工程，如图3-1所示：
图3-1PCB工程的创建
1.选择File>>New>>Project>>PCBProject，或在Files面板的内New选项中单击BlankProject（PCB）。
如果这个选项没有显示在界面上则从System中选择Files。
也可以在AltiumDesigner软件的HomePage的PickaTask部
分选择PrintedCircuitBoardDesign，并单击NewBlankPCBProject。
2.显示Projects面板框显示在屏幕上。
新的工程文件PCB_Project1.PrjPCB
已经列于框中，并且不带任何文件，如图3-1所示。
3.重新命名工程文件（用扩展名.PrjPCB），选择File>>SaveProjectAs。
保存于在想存储的地方，在FileName中输入工程名并单击Save保存。
3.2创建新的电气原理图
通过下面的步骤来新建电路原理图：
1.选择File>>New>>Schematic，或者在Files面板内里的New选项中单击SchematicSheet。
在设计窗口中将出现了一个命名为Sheet1.SchDoc的空白电路原理图并且该电路原理图将自动被添加到工程当中。
该电路原理图会在工程的SourceDocuments目录下。
2.通过文件File>>SaveAs可以对新建的电路原理图进行重命名，可以将通过文件保存导航保存到用户所需要的硬盘位置，如输入文件名字Multivibrator.SchDoc并且点击保存。
当用户打开该空白电路原理图时，用户会发现工程目录改变了。
主工具条包括一系列的新建按钮，其中有新建工具条，包括新建条目的菜单工具条，和图表层面板。
用户现在就可以编辑电路原理图了。
用户能够自定义许多工程的外观。
例如，用户能够重新设置面板的位置或者
自定义菜单选项和工具条的命令。
现在我们可以在继续进行设计输入之前将这个空白原理图添加到工程中，如
图3-2所示：
图3-2新建电路原理图
3.3添加电路原理图到工程当中
如果添加到工程中的电路原理图以空文档的形式被打开，可以通过在工程文件名上点击右键并且在工程面板中选择AddExistingtoProject选项，选择空文档并点击Open。
更简单的方法是，还可以在Projects面板中简单地用鼠标拖拽拉空白文档到工程文档列表中的面板中。
该电路原理图在SourceDocuments工程目录下，并且已经连接到该工程。
3.4设置原理图选项
在绘制电路原理图之前要做的第一件事情就是设置合适的文档选项。
完成下面步骤：
1.从menus菜单中选择Design>>DocumentOptions，文档选项设置对话框就会出现。
通过向导设置，现在只需要将图表的尺寸设置唯一改变的设置只有将图层的大小设置为A3。
在SheetOptions选项中，找到StandardStyles选项。
点击到下一步将会列出许多图表层格式。
2.选择A3格式，并且点击OK，关闭对话框并且更新图表层大小尺寸。
3.重新让文档适合显示的大小，可以通过在中选择View>>FitDocument。
在Altium中，可以通过设置热键的方法让菜单处于激活状态。
任何子菜单都有自己的热键用来激活。
例如，前面提到的View>>FitDocument，可以通过按下V键跟D键来实现。
许多子菜单，比如Eidt>>DeSelect能直接用一个热键来实现。
激活Eid>>DeSelect>>AllonCurrentDocument，只需按下X热键，并且按下S热键即可。
下面将介绍电路原理图的总体设置。
1.选择Tools>>SchematicPreferences，来打开电路原理图偏好优先设置对话框。
这个对话框允许用户设置适用于所有原理图定的为全球局配置参数的偏好设置，适用于全部原理图。
2.在对话框左边的树形选项中单击Schematic-DefaultPrimitives，激活并使能Permanent选项。
单击OK以关闭该对话框。
3.在您开始设计原理图前，保存此原理图，选择File>>Save[快捷键：
F，S]。
3.5电路原理图绘制
3.5.1加载库和元件
AltiumDesigner为了管理数量巨大的电路标识，电路原理图编辑器提供了强大的库搜索功能。
虽然元件都在默认的安装库中，但是还是很有必要知道如何通过从库中去搜索元件。
按照下面的步骤来加载和添加图6-3电路所需的库。
首先我们来查找型号为2N3904的三极管。
1.点击Libraries标签显示Library面板，如图3-3。
2.在Library面板中点击Searchin按钮，或者通过选择Tools>>FindComponent，来打开LibrariesSearch对话框，如图3-4所示。
3.对于这个例子必须确定在Options设置中，Searchin设置为Components。
对于库搜索存在不同的情况，使用不同的选项。
4.必须确保Scope设置为LibrariesonPath并且Path包含了正确的连接到库的路径。
如果在安装软件的时候使用了默认的路径，路径将会是Library。
可以通过点击文件浏览按钮来改变库文件夹的路径。
对于这个例子还需得确保IncludeSubdirectories复选项框已经勾选。
5.为了搜索所有3904的所有索引，在库搜索对话框的搜索栏输入‘*3904*’。
使用*标记来代替不同的生厂商所使用的不同前缀和后缀。
6.点击Search按钮开始搜索。
搜索启动后，搜索结果将在库面板中显示。
图3-3库面板图3-4搜索框
7.点击MiscellaneousDevices.IntLib库中的名为2N3904的元件并来添加它。
这个库拥有所有的可以利用于仿真的BJT三极管元件标识。
8.如果选择了一个没有在库里面安装的元件，在使用该元件绘制电路图前，会出现安装库的提示。
由于MiscellaneousDevices已经默认安装了，所以该元件可以使用。
在库面板的最上面的下拉列表中有添加库这个选项。
当点击在列表中一个库的名字，在库里面的所有元件将在下面显示。
可以通过元器件过滤器快速加载元件。
3.5.2放置元件
在库面板中，选中待添加的元件，单击“PLACEXXX”放置元件，如图3-5。
在放置元件中可以进行一下：
A、Space、ShiftSpace旋转元件
B、X、Y翻转元件
C、Tab修改元件属性
D、G切换捕捉栅格（10、5、1）
E、鼠标左键单击放置元件
F、鼠标右键单击停止放置
图3-5
a.元件属性：
1、可以在放置元件时按“Tab”键修改
2、也可以在放置好的元件双击修改
图3-6元件属性的修改
b.电阻电容等无源元件的属性：
1、无源元件的参数列表中，一般含有“Value”参数，它同时是元件的仿真参数，一般应将元件数值写在“Value”参数中，并设置为“Visible”
2、“Comment”用于填写元件型号，对于一般阻容元件无具体型号的，可将其设置为参数引用“Value”并隐藏
3、电阻的功率、电容的耐压等参数，可在参数列表中添加新的自定义参数
图3-7电阻电容等无源元件的属性的修改
c.元件的封装选择
1、对于集成库里的元件，一般封装已经选定，不用关心
2、对于自己绘制的元件，若绘制库时未指定封装，可在绘制原理图时指定
3、可在元件属性对话框右下方的“Add”-“Footprint”添加封装或选定已有封装单击“Edit”编辑已有封装，如图3-8所示：
图3-8元件封装的编辑
3.5.3绘制电路
a.放置一些元件之后，开始绘制电路。
1.鼠标变成十字光标，移动光标，根据电气栅格，当光标捕捉到一个具有电气意义的连接点时，灰色小斜十字会变大变红，然后单击开始绘制；也可在任意空白区域开始绘制
2．移动光标，绘制出导线，默认情况下导线只会90度拐弯，这时：
“Space”：
更改出线方向（先水平或先垂直）；“ShiftSpace”：
更改拐弯角度（90度、45度、任意角度）；“Tab”:
更改导线属性（粗细、颜色等），不建议更改！
3.绘制导线时，捕捉到电气连接点时，单击完成绘制，未捕捉到电气连接点时，单击确定一段导线，继续移动光标可继续绘制。
b.检视器面板:
1.通过检视器面板可以查看和修改选定的单个（或多个）对象的属性（共有属性）
2.通过检视器面板修改元件属性和在元件属性对话框里修改效果是一样的
c.查找相似对象对话框
1.查找相似对象对话框可以通过右键菜单调出，如图3-9所示。
2.可以通过指定用于匹配的属性项和属性值来查找具有相同属性值的相似对象。
图3-9相似对话框
d.配合查找相似对象对话框和检视器进行批量修改，如图3-10所示：
图3-10
e.自动标号
对元件标号没有特殊要求时，可通过自动元件标号工具自动对工程中的所有元件标号,如图3-11所示：
图3-11
f.封装管理器
封装管理器统一列出所有元件的封装，并可更改,如图3-12
图3-12
3.5.4注意事项
a.对于电路图的一些门电路，有时是多个门电路集成在同一芯片中，所以在画原理图时我们要注意将它们设置在同一个芯片中。
如果不这样设置，系统会默认每个门电路都使用一个芯片。
以下是本次实验中集成在同一芯片中的门电路
（1）SN74F04D、SN74LS02N
图3-13
如图3-13所示，左边是型号为SN74F04D的运放，在本次实验中共有6个这样的运放。
所以在放置元件时，要双击运放，在弹出的对话框中，如右边所示，分别将每个运放设置为不同的部分。
图3-14
如图3-14所示，左边是型号为SN74LS02N的运放，按照如图3-13的方法，如法炮制即可。
（2）MC74HC393AD
该芯片涉及到的问题和上述SN74LS02N类似，MC74HC393AD也是有两个如图3-15所示的部分集成在一块芯片中的。
图3-15
b.SWDIP-2（按键）
按键在实际中只能买到四个引脚的的按键，而不能买到两个引脚的，所以我们必须在画PCB图是要注意，不能画出在实际中买不到的芯片。
在连线时，连接1、3引脚或者2、4引脚。
图3-16
c.去耦电容
图3-17去耦电容
在原理图上画去耦电容时不需要把每个电容都接在各个芯片的GND和VCC之间，只需要在原理图上画出如图3-17所示的画法，将去耦电容与VCC和GND的连接关系表示出来就行了。
d.Phonejack2TN（将Phonejack2TN的引脚改成PWR2.5的引脚）
因为实物中的该元件只有三个引脚，而Phonejack2TN具有5个引脚，于是需要将Phonejack2TN替换成PWR2.5（三个引脚），但是PWR2.5每个引脚有两个焊盘，这与实物不符，因为实物的每个引脚只有一个焊盘，所以，我们需要自己去创建一个元件库。
图3-18左位Phonejack2TN右为PWR2.5
创建新的元件库的具体方法如下，首先我们在元件库中搜索‘*KLD-0202*’。
然后库面板中会出现型号为KLD-0202的元件。
如图3-19所示。
图3-19
将鼠标移至KLD-0202上，然后点击鼠标右键，会出现如图3-20右所示的对话框，此时再将鼠标移至EditFootprint上，点击鼠标左键，会出现一个PCB库，如图3-20左所示。
图3-20
将图3-21右图中的所有焊盘删除，并替换成圆形焊盘，其外孔径为35mm，内孔径为28mm。
其余地方不作任何修改，修改后如图3-21左所示。
将修改后的PCB库保存，最好改下名字，并保存在一个自己找的到地方。
然后在电路原理图中将PWR2.5的封装引脚替换成自己设计的封装引脚。
最后导入到PCB图中，就得到了我们所要的封装，如图3-21右所示。
图3-21
3.6编译工程
编译工程可以检查设计文件中的设计草图和电气规则的错误，并提供给用户一个排除错误的环境。
我们已经在Project对话框中设置了ErrorChecking和ConnectionMatrix选项。
要编译本次实验的工程，只需选择Project>>CompilePCBProject。
当工程被编译后，任何错误都将显示在Messages上，点击Messages来查看错误（View>>WorkspacePanels>>System>>Messages）。
工程已经编译完后的文件，在Navigator面板中将和可浏览的平衡层次（flattenedhierarchy），元器件，网络表和连接模型一起，被将列出所有对象的连接关系在Navigator中。
如果电路设计的完全正确，Messages中不会显示任何错误。
如果报告中显示有错误，则需要检查电路并纠正确保所有的连线都是正确的。
在编译过程中有三处地方需要注意，其一，由于DAC0832LCJ芯片的8号引脚和TLC272IP芯片的2号引脚之间连在一起，编译的时候会出现[Error]NetNetU10_8containsfloatinginputpins的错误，但是实际上这种接法是正确的，所以我们要在这两个引脚的连线上放上一个
的标志，这样软件在编译时就不会检查此处了；其二，在编译时还会出现这样的错误提示：
[Error]GNDcontainsOutputPinandPowerPinobjects即GND引脚和电源引脚的对象包含输出，这个问题我们也要将其忽略掉，只要在其中的一个接地引脚连线上放上一个
的标志即可；其三，由于MAX232N芯片的7和14以及9和12号引脚连在一起,编译的时候会出现[Error]NetRXDandTOUTcontainsmultipleOutputPins的提示，即RXD和TOUT包含多个输出引脚。
由于在实际中这种连接是正确的所以我们同样要在连线的结点处放上一个
标志，这样编译时就不会检查该处了。
四、PCB板的绘制
4.1创建新的PCB文件
在将原理图设计转变为PCB设计之前，需要创建一个新的PCB和至少一个板外形轮廓（boardoutline）。
在AltiumDesigner中创建一个新的PCB的最简单的方法就是运用PCB板向导，它可让您根据行业标准选择自己创建的自定义板的大小。
在任何阶段，都可以使用后退按钮检查或修改该向导的之前页面。
图4-1PCB板向导
用PCB向导创建一个新的PCB用的PCB向导，步骤如下：
1.创建一个新的PCB，点击PCBBoardWizard，在Files底部的NewfromTemplate选项内点击PCBBoardWizard部分。
如果在屏幕上没有显示此选项，
按一下向上箭头图标关闭一些上层上面的选项。
2.打开PCBBoardWizard向导界面，单击下一步继续。
3.设置测量单位Imperial，例如1000mil=1英寸。
4.向导的第三页可选择需要的板纲要形。
本页将确定我们自己的电路板尺
寸。
从板纲要形列表中选择Custom，并点击下一步。
5.在
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