佛山科学技术学院电路CAD课程设计.docx

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佛山科学技术学院电路CAD课程设计

课程设计任务书

电气工程与自动化专业13年级3班

一、设计题目

数码交通灯设计

二、主要内容

1、选定设计题目。

2．按照给定的图纸正确绘制原理图。

3.根据原理图设计PCB图。

4.对于元件库中没有的元件符号和元件封装，应建立自己的原理图库和元件封装库，并绘制有关的元件符号和元件封装。

5、分组制作（分12组）数码交通灯的PCB。

6.编制设计说明书、设计小结。

三、具体要求

1、主要要求是培养学生运用电路设计软件Protel进行电路分析、电路仿真、电路设计和电路制作的能力；

2、掌握常用电路的一般设计方法，为今后从事电路设计、研发电子产品打下一定的基础。

3、学生通过动手完成一个实用电路从原理图到PCB的设计任务来掌握原理图的设计步骤及绘制、元件电气图形符号的绘制、PCB图的设计步骤和设计、PCB元件封装的绘制等知识。

四、进度安排

第十四周

星期一

星期二

星期三

星期四

星期五

上午

动员大会

设计原理图

设计原理图

设计原理图

设计PCB

下午

设计原理图

设计原理图

设计原理图

考试

设计PCB

晚上

考试

第十五周

星期一

星期二

星期三

星期四

星期五

上午

设计PCB

设计PCB

制作PCB

写报告

写报告

下午

设计PCB

设计PCB

制作PCB

写报告

参观线路板厂

晚上

五、完成后应上交的材料

本课程设计完成后需要提交设计报告说明书，说明书的附录部分必须附上设计的原理图及PCB图，课程设计总结报告要求采用16开纸打印，页数不少于10页，应包含设计目的、设计任务、中文摘要、英文摘要、目录、设计说明书正文、参考文献及附录。

六、总评成绩

成绩评定分为五个等级：

90～100分：

能独立完成项目设计，系统设计合理，有新意，熟练掌握上机调试方法，完全达到设计功能要求，回答问题完全正确。

80～89分：

能独立完成项目设计，系统设计合理，掌握上机调试方法，达到设计功能要求，回答问题基本正确。

70～79分：

能完成项目设计，系统设计基本合理，基本掌握上机调试方法，基本达到设计功能要求，回答问题大部分正确。

60～69分：

独立设计能力较差，系统设计有不合理的地方，上机调试不太熟练，部分内容达不到设计功能要求，回答问题有一些错误。

59分以下：

不能完成项目设计，系统设计不完整，错误较多，不能上机调试和回答问题。

指导教师签名日期年月日

系主任审核日期年月日

摘要

本课程设计主要是以制作数码交通灯线路板去了解运用电路设计软件Protel99SE，通过软件绘制原理图，PCB图，同时制作电路板，了解单面板，双面板，感光电路板的生产流程，制作工艺，为今后从事电路设计、研发电子产品打下一定的基础。

关键词：

Protel99SE原理图PCB单面板双面板

Abstract

ThiscoursedesignmainlyproductiondigitaltrafficlightcircuitboardtounderstandusingcircuitdesignsoftwareProtel99SE,throughsoftwaredrawingschematicdiagram,PCBfigure,makingcircuitboardsatthesametime,understandingasinglepanel,doublepanel,light-sensitivecircuitboardproductionprocess,productionprocess,circuitdesign,researchanddevelopmentforthefutureelectronicproductslayacertainfoundation.

KeyWords:

Protel99SESchematicdiagramPCBdanmianbanshuangmban

目录

一、Protel99se软件介绍1

1.1、Protel99SE的组成1

1.2、Protel的特点1

二、Protel99se电路原理图的绘制3

2.1、电路原理图的设计步骤3

2.2、电气检查与网络报表的生成5

三、印刷电路板的绘制6

3.1、印刷电路板的设计过程6

3.2、PCB封装8

四．线路板工厂化生产工艺9

4.1、单面板的制作工艺介绍9

4.2、双面线路板的生产工艺介绍10

五、感光电路板的制作11

5.1、实验室制作线路板的主要方法介绍11

5.2、感光电路板介绍12

5.3、感光电路板制作工艺介绍12

六、总结与体会15

附录1印刷电路板效果图16

附录2印刷板实物图17

参考文献18

一、Protel99se软件介绍

1.1、Protel99SE的组成

Protel99se软件是电子线路设计与制板方面的佼佼者，protel99se是一个32位的windows软件，其编辑环境采用了视窗风格，利用鼠标和键盘就可以轻松进行设计工作，操作起来非常方便，极大的提高了设计工作的效率。

Protel99SE主要由两部分组成，每个部分各有几个模块：

第一部分是由电路设计部分，包含原理图设计；PCB（印制线路）设计、布线；原理图元器件库和PCB元器件库等模块。

在protel99SE中提供了大量的元器件模型，同时允许用户通过网络下载更新元器件模型，通过该软件提供的元器件库管理工具，用户可以方便的对设计中常用的元器件进行分类整和，可大大提供工作效率，除此之外，还有如下特性：

方便的查找功能，优越的混合信号电路仿真，简便的同步设计，强大的规则检查功能，增强的手动推挤步线方式，新的步线到脚分格，精确的信号完整性分析，增强的元器件布局工具，可以实现对原理图的自动布局。

第二部分是电路仿真和可编程逻辑器件设计部分。

1.2、Protel的特点

（1）Protel的特点：

Protel99SE的特点，包括如下几个方面：

●灵活、方便的编辑功能，功能强大的自动化设计。

●完善的库管理功能，原理元器件库和PCB封装库。

●良好的兼容性和可扩展性，综合设计数据库，使用设计数据库，可以为用户提供一个良好的平台。

●在设计管理器中工作，使用网络设计组，可以实现基于异地设计的全部设计方法。

●原理图快速连线。

●优越的混合信号电路仿真。

●更容易进行PLD设计，可以惊醒适合用户需要的逻辑器件设计。

●简便的同步设计，精确的信号完整性分析。

●增强的手动推挤布线方式，新的布线倒角风格。

●增强的元器件布局工具。

可以实现对原建图自动布局。

增强的PCB设计原则。

●快速生成元器件类。

●创建计算机辅助制造文件CAM输出文件，包括NC钻孔报表文件及BOM文件。

●强大的电路图层面管理功能，可以让用户创建各种多面板。

●PCB可支持设计层数为32层、板图大小为（2540mm*2540mm）或（100in*100in）的多层线路板。

●丰富而灵活的编辑功能。

●强大的设计自动化功能。

●在线的库编辑和完善的库管理。

二、Protel99se电路原理图的绘制

2．1、电路原理图的设计步骤

（1）启动原理图设计服务器。

进入Protel99SE,创建一个数据库，执行菜单File/New命令，从框中选择原理图服务器（SchematicDocument）图标，双击该图标，建立原理设计文档。

双击文档图标，进入原理设计服务器界面。

（2）设置原理图设计环境。

执行Design/Option和Tool/Preferences，设置图纸大小，捕捉栅格，电器栅格等。

（3）创建自己的元件库。

先进入Protel99SE的原理图编辑器，新建一个元件，绘制SCH元件以及放入元件的管脚，给新建的元件改名，绘制制元件的外形以及放入说明文字并保存好，画原理图的时候,就可以调用这些元件了。

根据电路图要求绘制原理图库，如图2-1所示，从左到右分别是AT89C2051、MAX232A、DPY_7-SEG_DP元件原理图库。

图2-1元件原理图库

（4）装入所需的元件库。

在设计管理器中选择Browse区域中的下拉框中选择Library,然后单击ADD/Remove按钮，在弹出的窗口中寻找Protel99SE子目录，在该目录中选择Library\SCH路径，在元件库列表中选择所需的元件库，单击ADD按钮，即可把元件库增加到元件库管理器中。

（5）放置元件。

根据实际电路的需要，到元件库中找出所需的元件，然后用元件管理器的Place按钮将原件放置在工作平面上，再根据与按键之间的走线把元件调整好。

（6）原理图布线。

利用Protel99SE所提供的各种工具，指令进行布线，将工作平面上的器件用具有点其意义的导线，符号连接起来，构成一个完整的电路原理图。

绘制好的交通灯电路原理图如图2-2所。

图2-2交通灯原理图

（7）编辑和调整。

利用Protel99SE所提供的各种强大的功能对原理图进一步调整和修改，以保证原理图的美观和正确。

同时对元件的编号，封装进行定义和设定等。

（8）检查原理图。

使用Protel99SE的电器规则，及执行菜单命令Tool/ERC对画好的电路原理图进行电气规则检查，若有错误，根据错误情况进行改正。

（9）生成网络表。

网络表是电路原理图设计和印刷电路板设计之间的桥梁，执行菜单命令Design/CreateNetlist可以生成具有元件名，元件封装，参数及元件之间连接关系的网络表。

2．2、电气检查与网络报表的生成

（1）对原理图进行电气检查，以确保无误。

并生成如图2-3所示ERC文件。

图2-3电气检查ERC文件

（2）生成网络报表。

表2-1所示，

表2-1网络表格

三、印刷电路板的绘制

3.1、印刷电路板的设计过程

（1）启动印刷电路板设计服务器。

执行菜单File/New命令，从框中选择PCB设计服务器（PCB Document）图标，双击该图标，建立PCB设计文档。

双击文档图标，进入设计服务器界面。

（2）规划电路板。

根据要设计的电路确定电路板的尺寸。

选取Keep Out Layer复选框，执行菜单命令Place/Track,绘制电路板的边框。

执行菜单Design/Options，在“ Signal Lager”中选择Bottom Lager,把电路板定义为单面板。

（3）设置参数。

参数设置是电路板设计的非常重要的步骤，执行菜单命令Design/Rules,左键单击Routing按钮，根据设计要求，在规则类（Rules Classes）中设置参数。

选择Routing Layer,对布线工作层进行设置：

左键单击Properties,在“布线工作层面设置”对话框的“Pule Attributes”选项中设置Tod Layer为“Not Used”，设置Bottom Layer为“Any”。

（4）装入元件封装库。

执行菜单命Design/Add/Remove Library,在“添加、删除元件库“对话框中所选取所有元件所对应的元件封装库。

（5）装入网络表。

执行菜单Design/Load Nets命令，然后在弹出的窗口中单击Browse按钮，再在弹出的窗口中选择地电路原理图生成的网络表文件（扩展名为Net），如果没有错误，单击Execute。

若出现错误提示，必须更改错误。

（6）Protel99SE既可以进行自动布局也可以进行手工布局，执行菜单命令Tools/Auto Placement/Auto Placer可以自动布局。

布局是布线关键性的一步，为了式布局更加合理，最好采用手工布局的方式。

（7）自动布线。

Protel99 SE采用世界最先静的无网络，基于形式的对角线自动布线技术。

执行菜单命令Auto Routing/All，并在弹出的窗口中单击Route all按钮，程序即对印刷电路板进行自动布线。

只要设置有关参数，元件布局合理，自动布线的成功率几乎为100%。

如图3-1为PCB自动布线后效果图。

图3-1PCB自动布线图

（8）手工数调整自动布线结束后，可能存在一些令人不满意的地

方，手工调整，把电路板设计得尽善尽美。

3.2、PCB封装

根据电路设计要求绘制对应的封装，如图3-2从左到有分别是5613A、DCIN、KEY-12MM、LED-D5封装。

图3-2PCB封装库

四．线路板工厂化生产工艺

4.1、单面板的制作工艺介绍

（1）裁剪覆铜板。

将覆有铜皮的板进行裁剪，注意裁剪规格，裁剪前需烘烤板材。

（2）磨板。

在磨板机内对裁剪的覆铜板进行清洗，使其表面无灰尘、毛刺等杂物，先磨洗后烘烤，两道工序是一体的。

（3）印电路。

在有铜皮一面印上电路图，该油墨具有防腐蚀作用。

（4）检验。

将多余油墨清除，将少印油墨的地方补上油墨，如发现大量不良，需进行调整，不良品可放在蚀刻中第二步骤进行油墨清洁，清洁干燥后可返回此道工序重新加工。

（5）油墨待干。

（6）蚀刻。

用试剂将多余的铜皮腐蚀掉，附有油墨的电路上铜皮得以保留，之后用试剂进行清洗电路上的油墨再烘干，这三道工序是一体的。

（7）钻定位孔。

将蚀刻后的板钻定位孔。

（8）磨板。

将钻好定位孔的基板进行清洗干燥，与2基板一样。

（9）丝印。

在基板背面印上插件元件丝印，一些标示编码，丝印后烘干，两道工序是一体的。

（10）磨板。

再进行一次清洁。

（11）阻焊。

在清洁后的基板上丝印绿油阻焊剂，焊盘处不需要绿油，印好后直接烘干，两道工序是一体的。

（12）成型。

用冲床成型，不需V坑处理的有可能分两次成型，如小圆板，先从丝印面往阻焊面冲成小圆板，再从阻焊面往丝印面冲插件孔等。

（13）V坑。

小圆板不需V坑处理，用机器将基板切割出分板槽。

（14）松香。

先磨板，清洁基板灰尘，后烘干，再在有焊盘一面涂上薄薄一层松香，此三道工序是一体的。

（15）FQC检验。

检验基板是否变形，孔位、线路是否为良品。

（16）压平。

将变形的基板压平整，基板平整则不需操作此工序。

（17）包装出货。

备注：

丝印与阻焊之间的磨板工序可能会被省略，可以先阻焊，再丝印，具体看基板情况。

4.2、双面线路板的生产工艺介绍

如图4-1所示为双面板的生产工艺流程图

图4-1双面板生产工艺流程

五、感光电路板的制作

5.1、实验室制作线路板的主要方法介绍

在实验室制作电路板根据环境和设备的不同，可以选用以下方法制作电路板。

（1）刀刻法。

这种方法是把已设计好的印刷板图用复写纸复写到敷铜板上面，用锋利的刻刀沿线路刻划，然后把不要的那部分铜箔用刻刀挑起来并撕掉。

这种方法只适用于线路比较简单的电路，刀刻时特别费力，而且印刷板图设计时要求走线尽量是直线，最后做出来的板子也比较粗糙。

不过不用腐蚀，这是一种最经济的方法。

（2）透明胶法。

这种方法是把印刷板图复写到敷铜板上后，先用透明胶把整个敷铜板粘起来，然后用刀把不要部分的透明胶割开撕掉，再把整个板子放到三氯化铁溶液里面去腐蚀。

这种方法比第一种方法省力，可以把走线做到０．５ｍｍ宽，做出的电路板比较漂亮。

但要注意：

在把印刷板图复写到敷铜板以前一定要把整个板用砂纸砂干净，否则透明胶粘不牢固。

将不要的透明胶撕掉以后也一定要保证电路板的清洁，否则腐蚀的时候弄脏处很难腐蚀。

这种方法的缺点是太费时间，制作中还要特别细心。

（3）油漆法。

它是把复写好的敷铜板上面的线条用描油漆的方法敷盖好，描油漆的笔可以选用鸭嘴笔或注射针头，描好以后晾干。

为了漂亮，可以用小刀把线条修整齐，然后把它放到三氯化铁溶液里面腐蚀。

这种方法更省力、省事，做的板子也还漂亮，做的线路可以很复杂，但是就是它对线条的宽度要求高，起码要１．５ｍｍ以上，对于做功放一类的粗线条的电路板是非常实用的。

还有一种方法和这种方法类似，就是用油性笔代替油漆，这样更方便。

（4）光印板法。

（5）热转印纸法。

热转印纸是一种特殊的纸，先用打印机把ＰＣＢ图打印到它上面，然后把普通敷铜板刷干净，把打好了ＰＣＢ图的热转印纸盖到敷铜板上，有油墨的那面对着铜板（记住不可用手或其他东西去触摸打印好的热转印纸，因为那样油墨极容易被摸掉），然后将电熨斗置最热的那一挡，使其均匀地在纸上面熨，熨的时间不需要很长，但要保证每条线都熨到。

熨毕，待板子冷却后，再小心地把纸揭起。

如果发现纸上面还有油墨，再把它盖回去，用熨斗在有油墨的地方再熨，直到最后揭起来纸上干净。

最后就是放入三氯化铁溶液里面腐蚀。

这种方法做出来的板子和工厂做的一样漂亮，线宽可以做到０．３ｍｍ，而且价格便宜。

可以说这种方法的性价比最高，唯一的缺点就是做双面板的时候麻烦一点。

热转印纸目前许多电子商店也有售，也可以邮购。

以上几种方法中，从省事和漂亮方面来考虑，光印板法和热转印纸法均可。

如果要兼顾考虑经济原因可用热转印纸法。

如果电路太复杂而且整体细线特别的多，则宜采用光印板法。

5.2、感光电路板介绍

感光电路板又叫光印线路板，是通过光线直接照射均匀涂在电路板的感光药膜，有光照的地方的药膜会被显影剂溶解，没有溶解的感光膜保留在电路板的铜皮上，不让三氯化铁溶液腐蚀，最后保留成为线路。

5.3、感光电路板制作工艺介绍

制作一块完整的感光电路板主要有以下五步：

（1）打印。

把电脑中画好的PCB图打印出来，打印纸是半透明硫酸纸，如是有激光打印机，可直接打印到透明胶片上，效果会更好。

（2）切割感光板。

为了节省感光板，要对感光板进行切割，切成和PCB一样大小。

先在感光板上用笔画出PCB的外形尺寸，用钢锯条沿笔迹切割。

切割时尽量轻，不要损坏了感光板上的保护膜，没有钢锯条也可以用电钻沿笔迹打密孔，打完后扳开，后者不容易损坏保护膜，但切割面很粗糙。

（3）曝光。

1．根据所需尺寸规划好感光电路板，用介刀切断保护膜，用锯子或大介刀裁切好线路板，再用挫刀打磨线路板毛边。

2．撕掉保护膜，将打印好的线路图的打印面（碳粉面/墨水面）贴在感光膜上，再压上一块玻璃，注意要压紧，并保持各接触面清洁无污物，以获得最高解析度。

3．用20W日光台灯曝光：

灯管至玻璃板的距离为5CM（如用40W日光灯，距离为15CM）。

标准时间：

10分钟（透明胶片稿）；13-15分钟（半透明硫酸纸稿）。

如果感光板的宽度超过10CM时，应用两支日光灯平均照射。

4．用太阳光曝光：

在室外较强太阳光下，透明胶片稿需2分钟，半透明硫酸纸稿需3分钟。

5．用照相馆的强光灯曝光：

透明胶片稿需1.5分钟，半透明硫酸纸稿需2分钟。

（4）显像。

1.调配显像剂：

见显像剂使用说明。

2．显像：

将已曝光的感光板膜面朝上放入显像液中，每隔数秒摇晃容器，直到铜箔清晰可见且不再有绿色雾状冒气时即显像完成。

此时需再静待几秒钟以确认显像百分之百完成。

显像过程需1-2分钟。

3．冲洗：

将线路板放到水龙头下轻轻冲洗即可。

（5）蚀刻。

1．三氯化铁的调配：

500g的三氯化铁调配1500-2000ml的水，最好用热水化开。

注意容器要用塑料盆，不可用金属盆。

2．将线路板放入三氯化铁溶液中，并不时搅拌，经5-15分钟，即可完成腐蚀。

3．过水及干燥：

用清水冲洗线路板，然后用电吹风吹干。

至此一块美观大方的电路板就做好了，经钻孔后就可以插元器件焊接了，感光膜可直接焊接，不必去除，如需去除可用酒精或天那水等进行擦洗。

六、总结与体会

通过二周的电路CAD课程设计让我学习了Protel99SE的基础知识，学习了运用Protel99SE进行绘图、制作PCB板。

在这个过程中巩固了已学过的电子技术的基础知识，为以后基础课和专业课程的学习建立初步基础并提高自己的实践能力。

该课程设计让我充分的意识到电路CAD在实际生活中有很多的用处，激起了我在今后的生活中继续学习和运用电路CAD的兴趣，但这个行业是一个特殊行业，要求是比较高的，没有扎实的功底是很难胜任的，通过这次课程设计让我进一步的熟悉了电路板制作相关的知识，但是这些都是最为基础的，是我们必须掌握的，我们只有先把基础的知识掌握了，才可能向更高层次发展，为自己的就业做好准备。

附录1印刷电路板效果图

附录2印刷板实物图

参考文献

[1]老虎工作室.电路设计与制版Protel99入门与提高修订版.北京：

人民邮电出版社.2008.08

[2]程路.Protel99SE多层电路板设计与制作[M].北京：

人民邮电出版社.2007.04