电子线路CAD设计实验报告.docx

资源描述

电子线路CAD设计实验报告.docx

《电子线路CAD设计实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子线路CAD设计实验报告.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

电子线路CAD设计实验报告.docx

电子线路CAD设计实验报告

课程设计（论文）

课程名称电子线路CAD设计

题目名称51简单系统板

学生学院信息工程学院

专业班级应用电子技术

学号

学生姓名吴升佳

指导教师罗思杰老师

2015年11月05日

一、电路设计任务与要求。

1.熟悉原理图编辑器的功能与使用方法；掌握原理图元件及元件库的使用，元件的放置与编辑、电路原理图的设计以及报表、原理图输出等技巧与方法。

2.熟悉印制电路板的设计流程，掌握元件封装库的使用和元件封装的放置方法。

3.掌握PCB绘图工具的操作使用方法和PCB设计规则。

4.掌握布局和布线等印制电路板的设计知识。

5.掌握PCB报表的生成和PCB图打印输出方法。

6.掌握印刷电路板的设计流程。

7.要求电路满足：

包含IC芯片4个（每个IC的管脚不少与8个）以上；电容不少于10个；电阻不少于10个；连接器1~3个；其它元器件若干。

（设计PCB板时要考虑的问题：

电路板的形状、大小尺寸，单面板还是双面板；IC要考虑封装形式（如DIP/SDIP/SOP），放置IC时要考虑位置、方向；电路板的电源及接线形式等等。

具体见附件PCB布局技巧）。

二、1.电路原理图简述。

本原理图是一个STC系列的简单系统板。

其中中央处理器为STC89C52，其具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

同时连接了一个12MHz晶体振荡电路和一个电阻电容复位电路。

USB端口集供电、通讯一体，可通过CH340T转接芯片进行MCU与PC的通讯。

CH340是一个USB总线的转接芯片，实现USB转串口；进而实现PC端给单片机下载程序。

同时连接了一个12M晶体振荡电路和线性稳压电路（LM1117）。

DS1302是具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片，其可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。

DS1302连接有+3V的备用电源，在主电源关闭的情况下也能保持时钟的持续运行。

12864液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。

与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：

8-位并行及串行两种连接方式。

具有多种功能：

光标显示、画面移位、睡眠模式等。

此外还有电源滤波电路。

2.PCB图设计主要步骤。

创建Integratedlibrary，并在其库下分别创建Schematiclibrary和PCBlibrary且保存；利用元器件设计工具绘画元器件并保存在之前创建的元器件库里；绘制完所有所需元器件后，绘制PCB封装图，绘制封装图需严格对照实物尺寸，因此可上立创商城或者上网下载常用的封装库进行copy；打开ModelManager对元器件和封装进行一一对应；生成集成库并导入library。

创建PCBProject，并在其目录下创建Schematic和PCB；利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表；将Schematic更新到PCB.PcbDoc。

进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。

大多数参数都可以用系统默认值；规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。

在绘制电路版地边框前，要将当前层设置成KeepOut层，即禁止布线层。

对元器件进行手动布局。

零件布局，应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。

先布置与机械尺寸有关的器件，并锁定这些器件，然后是大的占位置的器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。

布线。

设置布线的各个规范（使用层面、各组线宽、过孔间距、布线的拓朴结构等部分规则），即布线规则；进行手动布线。

3.敷铜、焊盘处理的操作过程。

完成了布线之后，因为走线较细，在线与焊盘之间的连接比较脆弱，一般会在这个过渡段增加一个泪滴状的过渡，避免PCB板在加工钻孔的时候，该位置容易出现应力集中面撕裂。

Tools–TeadropsOptioms–OK。

为了增加系统的抗干扰能力，一般最后往往会在底层把铜膜与地相连，即敷铜。

Place–PolygonPour–选择Solid、层为BottomLayer、Net为GND–GND–选择敷铜范围。

3、功能分析。

本原理图可通过下载程序实现对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，并且利用液晶显示；同时模块相对独立，理论上不受硬件连接的限制，且主芯片留有插针，自由度高，可以能过连接外设实现强大整体功能。

三．问题与讨论

1.试述PCB图的设计流程。

在设计电路原理图和PCB设计时需注意的哪些问题和细节？

（1）PCB图设计流程的简述：

规划电路板:

单击“Keep-OutLayer”层，该层为禁止布线层，一般用于设置电路板的电气边界。

画出PCB图的大体边界（摆放好元件封装后需要进一步的调整边界）。

加载原理图元件封装：

执行Design----ImportChangesFrom命令。

手动布局元器件。

自动/手动布线：

执行AutoRoute前，需添加布线规则，改变布线规则可以点进入RoutingRules。

在Width里添加VCC和GND规则，线宽比一般导线大一些。

设计顶面和底面的走线方向，点RoutAll开始自动布线。

自动布线还需手工调整布线：

将不满意的布线删除，然后手动布线，修改后对布线通与否进行检查。

（2）设计PCB时需注意的问题：

在选择元件封装时应注意该封装是否已过时；按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开；布局时应将发热大和需要外接输入与输出的元件靠边放；所有IC元件单边对齐，封装方向一致，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向，出现两个方向时，两个方向互相垂直；注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线。

2.电路的元件自动布局要做那些准备工作？

执行自动布局的命令有那些？

元件自动布局有那些局限性？

（1）布局好原理图，连好电源线以及自动布局参数设置；Tools—Component?

Placer—Auto?

Placer。

（2）自动布局方式有两种:

“Cluster?

Placer”（成组布局方式）和“StatisticalPlacer”（统计布局方式）。

执行自动布局菜单命令；“Cluster?

Placer”是成组布局方式。

这种方式按照电气连接关系将元件分成组，并连接成元件串，最后在规划好的布局区域内，虽然可以加快元件的自动布局速度,但对电路的优化工作很少。

这种方式适用于元件较少的电路，且前面所设置的自动布局参数，只有在这种方式下才有效。

“Statistical?

Placer”是基于统计的布局方式。

其原则是保证连线的长度最短。

（3）自动布局完成后，我们发现自动布局往往不如人意，有时系统在自动布局时没有充分利用布局区域的空间，而且元件布置不太合理，有的区域太密等，根本不符合电路的工作要求，我们不能完全依赖程序的自动布局，往往需要重新对元件布局进行手工调整。

尤其是在单面板的设计中，元件布局的合理性将直接影响到布线工作是否能够完成，同时也涉及到电路是否能正常工作和电路的抗干扰等问题，因此对元件布局进行手工调整是十分必要的。

3.电路的自动布线要做那些准备工作？

执行自动布线的命令有那些？

自动布线有那些局限性？

若需局部手动布线,应如何操作?

（1）自动布线之前要进行自动布线规则的设定。

自动布线的规则主有ClearanceConstraint（安全间距），RoutingCorners（布线转角），RoutingLayers（布线板层），RoutingPriority（布线次序），RoutingTopology（布线的拓朴结构），RoutingViaStyle（导孔型式），

SMDNeck-DownConstraint（SMD焊盘颈状收缩），SMDToCornerConstraint（SMD焊点限制），SMDToPlaneConstraint（SMD到内部电源层的间距），WidthConstraint（走线线宽）。

（2）自动布线方式既可以进行全局布线，也可以对用户指定的区域、网络、元件甚至是连接进行布线，用户可以根据需要选择最佳的布线方式。

执行autoroute——根据需要选择下面的命令布线：

“All”方式表示系统完成所有的布线工作，无需用户中途干预;“Net”方式表示由用户指定逐个网络进行交互式的自动布线，每指定一个网络，就给该网络布线；“Connection”方式表示由用户指定逐个连接进行交互式的自动布线，每指定一个连接关系，就给该连接布线;“Component”方式表示由用户指定元件来进行交互式的自动布线，每指定一个元件，就给该元件的所有引脚布线;“Area”方式表示由用户划定区域来进行交互式的自动布线，每选择一个区域，系统就给该区域的所有元件的引脚布线。

（3）自动布线功能很强大，在布线环节上我们是省了很多功夫，但最后导致的结果是后面焊锡的时候但我们手工工艺达不到，在顶层器件引脚下的焊盘我们就焊不上，直接就导致整个制作失败。

（4）手动布线：

走线角度设为四十五度；顶层红线横走，底层蓝线竖走；边缘集中走线，红线蓝线不重叠；地线最后走，电源线尽可能粗；使用快捷键加过孔和后退。

4.简述敷铜的意义，在PCB图中如何放置敷铜？

PCB的敷铜一般都是连在地线上，增大地线面积，有利于地线阻抗降低，使电源和信号传输稳定，在高频的信号线附近敷铜，可大大减少电磁辐射干扰。

总的来说增强了PCB的电磁兼容性，提高板子的抗干扰能力。

四、原PCB打印图

PCB修改图

元件网络报表。

Footprint

Comment

LibRef

Designator

Quantity

BATTERY

CAP

C1,C2,C3,C4,C7,C8,C9,C10,C13,C14,C15

CAPPOL

C5,C6,C11,C12

DIODE

PIN-W2/E2.8

Fuse2

USB

RES1

R1,R4,R5,R6,R7,R8

RES3

RESPACK

NPN9014

CH340T

SIP20

12864

SIP20

STC89C52

DS1302

LM1117_3.3

XTAL12M

X1,X3

XTAL32768

XTAL1

四、心得体会。

本次课程设计名称为电子线路CAD设计，具体为设计一个符合要求的PCB板。

对于这次实验我用的软件版本是AltiumDesigner10.0。

通过绘制元器件、封装图，再到原理图、更新到PCB，再到布局、布线，我不断地熟悉这个软件，发现上手这个软件并不困难但却十分繁琐。

它一次又一次地精神摧毁，让我几度迷茫；同时却也不断地激起我的好胜心，让我沉浸其中，只觉非把它做出来不可。

经过三天的苦战，我终于做出了一个接近完整的作品，但其中也存在着我所不知的缺陷，以及诸多不如人意的地方。

后来经过罗老师的验收，我做出了许多更正：

在PCB板的四周添加了四个安装孔；将稳压芯片LM1117的封装由贴片改为直插式；布局做了修改，把各个晶振移动到其所对应的芯片，大大减少晶振与芯片之间距离，减少干扰，以保证晶振能够正常起振；将其中一条电源线改画到芯片外围，避免其穿过芯片焊盘之间；改变备用3V电源的封装为纽扣电池形式的封装。

在此，特地感谢罗思杰老师的精心与耐心指导，能够让我发现许多不足之处并及时做出纠正，也让我学到了更多知识。

当然，由于我只是初学者，作品远远不够完美，因此我要学习的东西还有很多。

在此次课程设计中，我不仅初步学习了AltiumDesigner10这个软件，也涉略了部分电子电路知识，更重要的是我懂得了要养成严谨的科学态度，对于不懂的东西要抱着钻研的态度，不可将就。

展开阅读全文