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EDA課程實訓報告 學 院： 職 業(yè) 技 術 學 院 專業(yè)班級： 檢 測 0931 姓 名： 鞏 鐵 昌 （03） 指導教師： 嚴 兵 牟 淑 杰 實訓時間： 2011 年 12 月 12日 至 2011 年 12 月 23日 成 績: 評 閱 人： 2011年12月 前 言20世紀90年代，國際上電子和計算機技術較先進的國家，一直在積極探索新的電子電路設計方法，并在設計方法、工具等方面進行了徹底的變革，取得了巨大成功。在電子技術設計領域，可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）的應用，已得到廣泛的普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設計帶來了極大的靈活性。這些器件可以通過軟件編程而對其硬件結構和工作方式進行重構，從而使得硬件的設計可以如同軟件設計那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設計方法、設計過程和設計觀念，促進了EDA技術的迅速發(fā)展。 EDA技術就是以計算機為工具，設計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言VHDL完成設計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術的出現(xiàn)，極大地提高了電路設計的效率和可操作性，減輕了設計者的勞動強度。 利用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程的計算機上自動處理完成。 現(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學、軍事等各個領域，都有EDA的應用。目前EDA技術已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學部門廣泛使用。例如在飛機制造過程中，從設計、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到EDA技術。目 錄1 電路原理圖設計11.1 認識EDA11.1.1 EDA的概念11.1.2 EDA技術的歷史與發(fā)展11.1.3 EDA的應用11.1.4 EDA的常用軟件21.1.5 protel 99 se綜合設計21.2電子時鐘的介紹61.2.1數(shù)字電子鐘的背景61.2.2數(shù)字電子鐘的意義61.2.3數(shù)字電子鐘的應用71.3單元電路設計71.3.1 最小系統(tǒng)簡介71.3.2鬧鈴顯示部分91.3.3 電路控制部分91.3.4 電源部分101.3.5 顯示部分102 印刷電路板122.1認識了解PCB122.1.1印刷電路板的簡介122.1.2 PCB制造原理132.1.3PCB的生產(chǎn)過程132.1.4 PCB的發(fā)展簡史142.1.5 進程控制快PCB簡介152.2 PCB印刷電路板要求152.3 PCB電路圖16總結18參考文獻19附錄120附錄2211 電路設計1.1 EDA1.1.1 protel99簡介電子設計自動化EDA(ElectronicDesignAutomation)就是將電路設計中的各種工作由計算機來協(xié)助完成，它是現(xiàn)代電子工業(yè)產(chǎn)品設計中不可缺少的一項技術,如今已成為時勢所趨、不可逆轉的潮流。為什么許多大公司在招聘電子設計人才時常要求會使用PROTEL？因為 Protel設計系統(tǒng)是世界上第一套將EDA環(huán)境引入Windows環(huán)境的開發(fā)工具,是建立在PC機環(huán)境下的EDA電路集成設計系統(tǒng),是功能強大、使用廣泛的電子設計CAD軟件。它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，盡管Protel的發(fā)展經(jīng)歷了，Protel for Dos、Protel for Windows、Protel 98、Protel99/Protel99se、Protel Dxp和Altium Designer 6.x諸多版本，然而所有的Protel軟件后續(xù)版本都有向前兼容性。另外，無論后續(xù)版本或者其它類似的EDA軟件功能有多么強大，PCB制板生產(chǎn)公司都要轉換成Protel99版本進行生產(chǎn)，由于設備只支持Protel99版本。所以PROTEL在電子行業(yè)的CAD軟件中，當之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設計者的首選軟件。1.1.2 EDA技術的歷史與發(fā)展EDA技術發(fā)展歷程大致可分為三個階段。20世紀70年代為計算機輔助設計(CAD)階段，人們開始用計算機取代手工操作進行IC版圖編輯、PCB布局布線。80年代為計算機輔助工程(CAE)階段。與CAD相比，CAE除了有純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能分析和結構設計，并且通過電氣連接網(wǎng)絡表將兩者結合在一起，實現(xiàn)了工程設計。20世紀90年代為電子系統(tǒng)設計自動化(EDA)階段，同時又出現(xiàn)了計算機輔助工藝（CAPP）、計算機輔助制造（CAM）等。1.1.3 EDA的應用現(xiàn)在EDA技術應用廣泛，包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學、軍事等各個領域，都有EDA的應用。目前EDA 技術已在各大公司、科研和教學部門廣泛使用。在產(chǎn)品設計與制造方面，EDA 技術可實現(xiàn)前期的計算機仿真、系統(tǒng)級模擬及測試環(huán)境的仿真、PCB的制作、電路板的焊接、ASIC的設計等。在教學方面，我國高校是從九十年代中期開始EDA教育的，現(xiàn)在幾乎所有理工科類高校都開設了EDA課程。這些課程主要是讓學生了解EDA的基本概念和原理，使用EDA軟件進行電子電路課程的實驗及從事簡單系統(tǒng)的設計。1.1.4 EDA的常用軟件EDA工具層出不窮，目前進入我國并具有廣泛影響的EDA軟件有：multiSIM7（原EWB的最新版本）、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim等等。這些工具都有較強的功能，一般可用于幾個方面，例如很多軟件都可以進行電路設計與仿真，同進還可以進行PCB自動布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。1.1.5 protel 99 se綜合設計電路原理圖設計 進入protel 99se ，在E盤建立一個文件夾，創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行菜單file/new命令選擇schematic document 圖標，雙擊該圖標，建立原理圖設計文檔，執(zhí)行菜單Design/Options和Tool/Preferences，設置圖紙大小A4、捕捉柵格、電氣柵格等。 新建與放置元件到元件庫中找出所需的元件，然后用元件管理器的Place按鈕將元件放置在工作平面上，按住tap鍵，對元件屬性進行設置，名稱，標號。標稱值或元件型號以及元件封裝，單擊ok鍵即可，再根據(jù)元件之間的走線把元件調整好。對于該原理圖中的元件要求新建一個元件，單擊design生成方案庫，再單擊tools選擇新建元件，命名。在新建元件界面的第四象限進行繪制新元件，這里得注意管腳的編號與之后封裝的焊盤號要一致最后單擊update schematics就可以應用到原理圖中，如圖1-1所示。圖1-1自制的光敏電阻元件封裝的定義與設定所示原理圖中要求自制封裝scr，microphone，bridge和光敏電阻。這里所需注意的是封裝要在topoverly層中。單擊file-new，選擇PCB library document主要是要看元件所示管腳,有幾個管腳即放置幾個焊盤。畫完后單擊update pcb即可應用，畫出的相應封裝如下圖所示 . 圖1-2 Scr封裝. 圖1-3 Microphone封裝 圖1-4 Bridge的封裝圖1-5光敏電阻的封裝完成原理圖各元器件放好后，進行相關的設置后，對于一些自制的封裝，回到原理圖寫入footprint,然后連接電路圖圖1-6 電路圖生成網(wǎng)絡表網(wǎng)絡表是電路原理圖設計和印刷電路板設計之間的橋梁，執(zhí)行菜單命令Design/Create Netlist可以生成具有元件名、元件封裝、參數(shù)及元件之間連接關系的網(wǎng)絡表。圖1-7 網(wǎng)絡表印制路板的設計1. 執(zhí)行菜單File/New命令，從框中選擇（PCB Document）圖標，選擇wizards,選取第一個，根據(jù)下列要求確定電路板的尺寸及相關設置（使用雙層版）要求：(1) 電路板大小為100mm150mm.(2) 電源、地線銅膜線的寬度為50mil；(3) 一般布線的寬度為12mil；(4) 布線的線間距離為12mil；(5) 布線拐角模式為45轉角；(6) 元器件排列整齊、面板美觀、使用方便。 2.設置參數(shù) 執(zhí)行菜單命令Design/Rules，左鍵單擊Routing按鈕，根據(jù)設計要求，在規(guī)則類（Rules Classes）中設置參數(shù).選擇Width Constraint，對地線線寬進行設置：左鍵單擊Add按鈕，進入線寬規(guī)則設置界面，首先在Rule Scope區(qū)域的Filter Kind選擇框中選擇Net，然后在Net下拉框中選擇GND，再在Rule Attributes區(qū)域將Minimum width、Maximum width和Preferred三個輸入框的線寬設置為50mil； 電源線寬的設置：在Net下拉框中選擇VCC，其他與地線線寬設置相同； 整板線寬設置：在Filter Kind選擇框中選擇Whole Board，然后將Minimum width，Maximum width和Preferred三個輸入框的線寬設置為12mil。 3.裝入網(wǎng)絡表 執(zhí)行菜單Design/Load Nets命令，然后在彈出的窗口中單擊Browse按鈕，再在彈出的窗口中選擇電路原理圖設計生成的網(wǎng)絡表文件（擴展名為Net），若出現(xiàn)錯誤提示，必須更改錯誤，如果沒有錯誤，單擊Execute。 4.元器件布局Protel 99 SE既可以進行自動布局也可以進行手工布局，執(zhí)行菜單命令Tools/Auto Placement/Auto Placer可以自動布局。5.自動布線執(zhí)行菜單命令Auto Routing/All，并在彈出的窗口中單擊Route all按鈕，程序即對印刷電路板進行自動布線。只要設置有關參數(shù)，元件布局合理，自動布線的成功率幾乎是100%。 6.手工調整自動布線經(jīng)過自動布線，可得PCB版圖圖1-8 PCB圖1.2電子時鐘的介紹1.2.1數(shù)字電子鐘的背景 20世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統(tǒng)控制技術的一次革命。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。1.2.2數(shù)字電子鐘的意義數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對.時,分,秒.數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。1.2.3數(shù)字電子鐘的應用 數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術的發(fā)展和采用了先進的石英技術，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領域。1.3單元電路設計 1.3.1 最小系統(tǒng)簡介51單片機最小系統(tǒng)復位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用1030uF，51單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復位時間越短。51單片機最小系統(tǒng)晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。最小系統(tǒng)電路圖圖1-9 單片機最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)是由電源、復位、晶振、/EA=1組成，下面介紹一下每一個組成部分。1.電源引腳 Vcc電源端GND接地端工作電壓為5V，另有AT89LV51工作電壓則是2.7-6V, 引腳功能一樣。 2.外接晶體引腳XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22F。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。3. 復位RST9在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是按鈕復位電路。4.輸入輸出引腳(1) P0端口P0.0-P0.7 P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口，端口置1（對端口寫1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅動8個TTL。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收指令字節(jié);校驗程序時輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。(2) P1端口P1.0P1.7 P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收低8位地址信息。(3) P2端口P2.0P2.7 P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。(4) P3端口P3.0P3.7 P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接控制信息。除此之外P3端口還用于一些專門功能，具體請看下表。P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入（RXD）P3.1串行通訊輸出（TXD）P3.2外部中斷0（ INT0）P3.3外部中斷1（INT1）P3.4定時器0輸入(T0)P3.5定時器1輸入(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通WRP3.7外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通RD表1-10 P3端口引腳兼用功能表1.3.2鬧鈴顯示部分 通過AT89C51的P3.6口來控制鬧鈴的通斷。這樣我們可以由程序設置時間。鬧鈴電路圖如1-11所示。 圖1-11 鬧鈴電路1.3.3 電路控制部分P3.0選擇鍵P3.1為加控制鍵P3.2減控制鍵P3.4為日期時間切換顯示按鍵。利用發(fā)光二極管作為顯示定時用，當定時時間到，從P3.3輸出一低電平點亮發(fā)紅光二極管。P3.3為發(fā)光二極管閃爍。如下圖1-12所示。 圖1-12 電路控制部分1.3.4 電源部分 系統(tǒng)圖我們省略了電源部分。通過下圖1-13所示接口我們5V把電源接入電路，這樣也可以省下地方，而且使圖看起來簡單明了。 圖1-13 電源接口電路1.3.5 顯示部分 此次電路顯示部分我們選用了LCD液晶顯示。液晶顯示器顯示原理與CRT顯示器迥然不同。相對CRT顯示器來說，液晶顯示器天生有擁有以下絕對優(yōu)勢： 1零輻射，低耗能，散熱小。液晶顯示器的顯示原理是通過扭轉液晶像素中的液晶分子偏轉角度來背景光而實現(xiàn)還原畫面的，其不存在象CRT那樣內(nèi)部具有超高壓元器件，不至于出現(xiàn)由于高壓導致的x射線超標。而且機器結構電路簡單，模塊化以及芯片的高集成化足以把電路工作時候產(chǎn)生的電磁輻射降到最低。這樣的設計直接降低了電路的功耗，發(fā)熱量也非常小。液晶顯示器雖然在工作時候可能產(chǎn)生輕微的電磁輻射，但是很容易通過屏蔽電路解決。而CRT顯示器由于考慮到散熱，不得以在屏蔽罩上鉆孔導致輻射的泄露。 2、纖薄輕巧。正是液晶顯示器的出現(xiàn)，才令手提電腦的發(fā)明成為可能。同樣，桌式液晶顯示器雖然在體積以及重量上要比手提電腦的都要大一些，但是，相對那又笨又重的CRT顯示器來說就是小巫見大巫了。以15英寸的顯示器比較，CRT顯示器的深度一般接近50厘米，而大白鯊最新推出的液晶顯示器NF-1500MA的深度卻不到5厘米！隨著消費觀點以及居住環(huán)境的改變，人們對家用電器產(chǎn)品的體積以及重量要求越來越高。液晶顯示器以其纖薄輕巧的天生優(yōu)勢成為最有可能打破CRT顯示器壟斷地位的顯示器件。 3、精確還原圖像。液晶顯示器采用的是直接數(shù)碼尋址的顯示方式，它能夠將顯卡輸出的視頻信號經(jīng)過AD轉換之后，根據(jù)信號電平中的地址信號，直接將視頻信號一一對應的在屏幕上的液晶像素上顯示出來。而CRT顯示器是靠偏轉線圈產(chǎn)生電磁場來控制電子束在屏幕上周期性的掃描來達到顯示圖像的目的的。由于電子束的運動軌跡容易受到環(huán)境磁場或者地磁的影響，無法做到電子束在屏幕上的絕對定位。所以CRT顯示器容易出現(xiàn)畫面的幾何失真，線性失真等無法根本消除的現(xiàn)象。而液晶顯示器則不存在這一可能。液晶顯示器可以把畫面完美的在屏幕上呈現(xiàn)出來，而不會出現(xiàn)任何的幾何失真，線性失真。 4、顯示字符銳利。畫面穩(wěn)定不閃爍。液晶顯示獨特的顯示原理決定了其屏幕上各個像素發(fā)光均勻，而且紅綠藍三基色像素緊密排列，視頻信號直接送到像素背后的以驅動像素發(fā)光，因此不會出現(xiàn)傳統(tǒng)的CRT顯示器固有的會聚以及聚焦不良的弊病。所以，液晶顯示器上的文本顯示效果與傳統(tǒng)的CRT顯示器相比有著天淵之別。液晶顯示器的字體非常銳利，完全沒有CRT顯示器顯示文本時候出現(xiàn)的字體模糊，字體泛色等現(xiàn)象。而且，由于液晶顯示器在通電之后就一直在發(fā)光，背光燈工作在高頻下，顯示畫面穩(wěn)定而不閃爍，有利于長時間的使用電腦。而CRT顯示器是靠電子束重復撞擊到熒光粉來達到發(fā)光的，這樣會導致亮度周期性閃爍。長時間使用之后容易造成人眼的不適。 5、屏幕調節(jié)方便。液晶顯示器的直接尋址顯示方式，使得液晶顯示器的屏幕調節(jié)不需要太多的幾何調節(jié)和線性調節(jié)以及顯示內(nèi)容的位置調節(jié)。液晶顯示器的可以很方便的通過芯片計算后自動把屏幕調節(jié)到最佳位置，這個步驟你只需要按一下Auto鍵就可以完成。省卻了CRT顯示器那而煩瑣的調節(jié)。你只需要手動調節(jié)一下屏幕的亮度和對比度就可以使機器工作在最佳狀態(tài)了。 圖1-14 液晶顯示電路部分2 印刷電路板2.1認識了解PCB2.1.1印刷電路板的簡介 PCB(Printed Circuie Board)印制線路板的簡稱，通常把在絕緣材上，按預定設計，制成印制線路、印制元件或兩者組合而成的導電圖形稱為印制電路。而在絕緣基材上提供元器件之間電氣連接的導電圖形，稱為印制線路。這樣就把印制電路或印制線路的成品板稱為印制線路板，亦稱為印制板或印制電路板。標準的PCB上頭沒有零件，也常被稱為“印刷線路板Printed Wiring Board（PWB）” PCB幾乎我們能見到的電子設備都離不開它，小到電子手表、計算器、通用電腦，大到計算機、通迅電子設備、軍用武器系統(tǒng)，只要有集成電路等電子無器件，它們之間電氣互連都要用到PCB。除了固定各種小零件外，它提供集成電路等各種電子元器件固定裝配的機械支撐、實現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣、提供所要求的電氣特性，如特性阻抗等。同時為自動錫焊提供阻焊圖形；為元器件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。隨著電子設備越來越復雜，需要的零件越來越多，PCB上頭的線路與零件也越來越密集了2.1.2 PCB制造原理我們打開通用電腦的健盤就能看到一張軟性薄膜（撓性的絕緣基材），印上有銀白色（銀漿）的導電圖形與健位圖形。因為通用絲網(wǎng)漏印方法得到這種圖形，所以我們稱這種印制線路板為撓性銀漿印制線路板。而我們?nèi)ル娔X城看到的各種電腦主機板、顯卡、網(wǎng)卡、調制解調器、聲卡及家用電器上的印制電路板就不同了。它所用的基材是由紙基（常用于單面）或玻璃布基（常用于雙面及多層），預浸酚醛或環(huán)氧樹脂，表層一面或兩面粘上覆銅簿再層壓固化而成。這種線路板覆銅簿板材，我們就稱它為剛性板。再制成印制線路板，我們就稱它為剛性印制線路板。單面有印制線路圖形我們稱單面印制線路板，雙面有印制線路圖形，再通過孔的金屬化進行雙面互連形成的印制線路板，我們就稱其為雙面板。如果用一塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層、二塊單面作外層的印制線路板，通過定位系統(tǒng)及絕緣粘結材料交替在一起且導電圖形按設計要求進行互連的印制線路板就成為四層、六層印制電路板了，也稱為多層印制線路板?，F(xiàn)在已有超過100層的實用印制線路板了。2.1.3PCB的生產(chǎn)過程PCB的生產(chǎn)過程較為復雜，它涉及的工藝范圍較廣，從簡單的機械加工到復雜的機械加工，有普通的化學反應還有光化學電化學熱化學等工藝，計算機輔助設計CAM等多方面的知識。而且在生產(chǎn)過程中工藝問題很多而且會時時遇見新的問題而部分問題在沒有查清原因問題就消失了，由于其生產(chǎn)過程是一種非連續(xù)的流水線形式，任何一個環(huán)節(jié)出問題都會造成全線停產(chǎn)或大量報廢的后果，印刷線路板如果報廢是無法回收再利用的，工藝工程師的工作壓力較大，所以許多工程師離開了這個行業(yè)轉到印刷線路板設備或材料商做銷售和技術服務方面的工作。板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質所制作成在表面可以看到的細小線路材料是銅箔，原本銅箔是覆蓋在整個板子上的，而在制造過程中部份被蝕刻處理掉，留下來的部份就變成網(wǎng)狀的細小線路了這些線路被稱作導線（conductor pattern）或稱布線，并用來提供PCB上零件的電路連接為了將零件固定在PCB上面，我們將它們的接腳直接焊在布線上在最基本的PCB（單面板）上，零件都集中在其中一面，導線則都集中在另一面這么一來我們就需要在板子上打洞，這樣接腳才能穿過板子到另一面，所以零件的接腳是焊在另一面上的因為如此，PCB的正反面分別被稱為零件面（Component Side）與焊接面（Solder Side） 如果PCB上頭有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或裝回去，那么該零件安裝時會用到插座（Socket）由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆裝如果要將兩塊PCB相互連結，一般我們都會用到俗稱金手指的邊接頭（edge connector）金手指上包含了許多裸露的銅墊，這些銅墊事實上也是PCB布線的一部份通常連接時，我們將其中一片PCB上的金手指插進另一片PCB上合適的插槽上（一般叫做擴充槽Slot）在計算機中，像是顯示卡，聲卡或是其它類似的界面卡，都是借著金手指來與主機板連接的 PCB上的綠色或是棕色，是阻焊漆（solder mask）的顏色這層是絕緣的防護層，可以保護銅線，也可以防止零件被焊到不正確的地方在阻焊層上另外會印刷上一層絲網(wǎng)印刷面（silk screen）通常在這上面會印上文字與符號（大多是白色的），以標示出各零件在板子上的位置絲網(wǎng)印刷面也被稱作圖標面（legend）印刷電路板將零件與零件之間復雜的電路銅線，經(jīng)過細致整齊的規(guī)劃后，蝕刻在一塊板子上，提供電子零組件在安裝與互連時的主要支撐體，是所有電子產(chǎn)品不可或缺的基礎零件。印刷電路板以不導電材料所制成的平板，在此平板上通常都有設計預鉆孔以安裝芯片和其它電子組件。組件的孔有助于讓預先定義在板面上印制之金屬路徑以電子方式連接起來，將電子組件的接腳穿過PCB后，再以導電性的金屬焊條黏附在PCB上而形成電路。依其應用領域PCB可分為單面板、雙面板、四層板以上多層板及軟板。一般而言，電子產(chǎn)品功能越復雜、回路距離越長、接點腳數(shù)越多，PCB所需層數(shù)亦越多，如高階消費性電子、信息及通訊產(chǎn)品等；而軟板主要應用于需要彎繞的產(chǎn)品中：如筆記型計算機、照相機、汽車儀表等。2.1.4 PCB的發(fā)展簡史印制電路基本概念在本世紀初已有人在專利中提出過,1947年美國航空局和美國標準局發(fā)起了印制電路首次技術討論會,當時列出了26種不同的印制電路制造方法.并歸納為六類:涂料法、噴涂法、化學沉積法、真空蒸發(fā)法、模壓法和粉壓法.當時這些方法都未能實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn), 直到五十的年代初期,由于銅箔和層壓板的粘合問題得到解決,覆銅層壓板性能穩(wěn)定可靠,并實現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),銅箔蝕刻法,成為印制板制造技術的主流,一直發(fā)展至今.六十年代,孔金屬化雙面印制和多層印制板實現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn),七十年代收于大規(guī)模集成電路和電子計算機和迅速發(fā)展,八十年代表面安裝技術和九十年代多芯片組裝技術的迅速發(fā)展推動了印制板生產(chǎn)技術的繼續(xù)進步,一批新材料、新設備、新測試儀器相繼涌現(xiàn).印制電路生產(chǎn)動手術進一步向高密度,細導線,多層,高可靠性、低成本和自動化連續(xù)生產(chǎn)的方向發(fā)展. 我國從五十年代中期開始了單面印制板的研制.首先應用于半導體收音機中.六十年代中自力更生地開發(fā)了我國的覆箔板基材,使銅箔蝕刻法成為我國PCB生產(chǎn)的主導工藝.六十年代已能大批量地生產(chǎn)單面板,小批量生產(chǎn)雙面金屬化孔印制 ,并在少數(shù)幾個單位開始研制多層板.七十年代在國內(nèi)推廣了圖形電鍍蝕刻法工藝,但由于受到各種干擾,印制電路專用材料和專用設備沒有及時跟上,整個生產(chǎn)技術水平落后于國外先進水平.到了八十年代,由于改革、開放政策的批引,不僅引進了大量具有國外八十年代先進水平的單面、雙面、多層印制板生產(chǎn)線,而且經(jīng)過十多年消化、吸收,較快地提高了我國印制電路生產(chǎn)技術水平.1990年以來香港、臺灣地區(qū)及日本等外國PCB廠商紛紛來到我國合資或獨資設廠，使我國PCB生產(chǎn)產(chǎn)量猛增，發(fā)展很快。1995年全國印制電路行業(yè)協(xié)會進行了一次全國調查，共調查了全國459個印制電路板生產(chǎn)企業(yè)，其中包括國營企業(yè)128個，集體企業(yè)125個，合資企業(yè)86個，私營企業(yè)22個，外資企業(yè)98個。合計印制板總產(chǎn)量已達1656萬平方米，其中雙面板為362萬平方米，多層板為124萬平方米，總銷售額為90億元人民幣(約11億美元)。美IPC協(xié)會的資料公布中國包括香港地區(qū)1994年印制電路銷售額為11.7億美元，已占世界總額的5.5，居世界第四位，在生產(chǎn)技術上，由于大量引進了國外先進設備和先進生產(chǎn)技術，大大縮短了和國外的差距，取得了很大的進步。但我國的PCB企業(yè)大都規(guī)模較小，人均年銷售額和工業(yè)全員勞動生產(chǎn)率較低，技術水平較低。2.1.5 進程控制快PCB簡介進程控制塊(Process Control Block)存放進程的管理和控制信息的數(shù)據(jù)結構稱為進程控制塊。它是進程管理和控制的最重要的數(shù)據(jù)結構，每一個進程均有一個PCB，在創(chuàng)建進程時，建立PCB，伴隨進程運行的全過程，直到進程撤消而撤消。在不同的操作系統(tǒng)中對進程的控制和管理機制不同，PCB中的信息多少也不一樣，通常PCB應包含如下一些信息。1、進程標識符 name：每個進程都必須有一個唯一的標識符，可以是字符串，也可以是一個數(shù)字。UNIX系統(tǒng)中就是一個整型數(shù)。在進程創(chuàng)建時由系統(tǒng)賦予。2、進程當前狀態(tài) status：說明進程當前所處的狀態(tài)。為了管理的方便，系統(tǒng)設計時會將相同的狀態(tài)的進程組成一個隊列，如就緒進程隊列，等待進程則要根據(jù)等待的事件組成多個等待隊列，如等待打印機隊列、等待磁盤I/O完成隊列等等。3、進程相應的程序和數(shù)據(jù)地址，以便把PCB與其程序和數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。4、進程資源清單。列出所擁有的除CPU外的資源記錄，如擁有的I/O設備，打開的文件列表等。5、進程優(yōu)先級 priority：進程的優(yōu)先級反映進程的緊迫程序，通常由用戶指定和系統(tǒng)設置。UNIX系統(tǒng)采用用戶設置和系統(tǒng)計算相結合的方式確定進程的優(yōu)先級 。6、CPU現(xiàn)場保護區(qū) cpustatus：當進程因某種原因不能繼續(xù)占用CPU時（等待打印機），釋放CPU，這時就要將CPU的各種狀態(tài)信息保護起來，為將來再次得到處理機恢復CPU的各種狀態(tài)，繼續(xù)運行。7、進程同步與通信機制 用于實現(xiàn)進程間互斥、同步和通信所需的信號量等。8、進程所在隊列PCB的鏈接字 根據(jù)進程所處的現(xiàn)行狀態(tài)，進程相應的PCB參加到不同隊列中。PCB鏈接字指出該進程所在隊列中下一個進程PCB的首地址。9、與進程有關的其他信息。 如進程記賬信息，進程占用CPU的時間等。2.2 PCB印刷電路板要求怎樣才能正確，可靠，合理的設計好線路板，電路板, PCB板，鋁基板,高頻板,PCB等等有以下幾點建議。1、正確這是PCB印刷電路板設計最基本、最重要的要求，準確實現(xiàn)電原理圖的連接關系，避免出現(xiàn)“短路”和“斷路”這兩個簡單而致命的錯誤。這一基本要求在手工設計和用簡單CAD軟件設計的PCB中并不容易做到，一般的產(chǎn)品都要經(jīng)過兩輪以上試制修改，功能較強的CAD軟件則有檢驗功能，可以保證電氣連接的正確性。2、可靠這是PCB 設計中較高一層的要求。連接正確的電路板不一定可靠性好，例如板材選擇不合理，板厚及安裝固定不正確，元器件布局布線不當?shù)榷伎赡軐е翽CB不能可靠地工作，早期失效甚至根本不能正確工作。再如多層板和單、雙面板相比，設計時要容易得多，但就可靠而言卻不如單、雙面板。從可靠性的角度講，結構越簡單，使用面越小，板子層數(shù)越少，可靠性越高。3、合理這是PCB 設計中更深一層，更不容易達到的要求。一個印制板組件，從印制板的制造、檢驗、裝配、調試到整機裝配、調試，直到使用維修，無不與印制板的合理與否息息相關，例如板子形狀選得不好加工困難，引線孔太小裝配困難，沒留試點高度困難，板外連接選擇不當維修困難等等。每一個困難都可能導致成本增加，工時延長。而每一個造成困難的原因都源于設計者的失誤。沒有絕對合理的設計，只有不斷合理化的過程。它需要設計者的責任心和嚴謹?shù)淖黠L，以及實踐中為斷總結、提高的經(jīng)驗。4、經(jīng)濟這是一個不難達到、又不易達到，但必須達到的目標。說“不難”，板材選低價，板子尺寸盡量小，連接用直焊導線，表面涂覆用最便宜的，選擇價格最低的加工廠等等，印制板制造價格就會下降。但是不要忘記，這些廉價的選擇可能造成工藝性，可靠性變差，使制造費用、維修費用上升，總體經(jīng)濟性不一定分理處，因此說“不易”。“必須”則是市場競爭的原則。競爭是無情的，一個原理先進，技術高新的產(chǎn)品可能因為經(jīng)濟性原因夭折。重點：1、要有合理的走向：如輸入/輸出，交流/直流，強/弱信號，高頻/低頻，高壓/低壓等，它們的走向應該是呈線形的(或分離)，不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好的走向是按直線，但一般不易實現(xiàn)，最不利的走向是環(huán)形，所幸的是可以設隔離帶來改善。對于是直流，小信號，低電壓PCB設計的要求可以低些。所以“合理”是相對的。2、選擇好接地點：小小的接地點不知有多少工程技術人員對它做過多少論述，足見其重要性。一般情況下要求共點地，如：前向放大器的多條地線應匯合后再與干線地相連等等。現(xiàn)實中，因受各種限制很難完全辦到，但應盡力遵循。這個問題在實際中是相當靈活的。每個人都有自己的一套解決方案。如能針對具體的電路板來解釋就容易理解。3、合理布置電源濾波/退耦電容：一般在原理圖中僅畫出若干電源濾波/退耦電容，但未指出它們各自應接于何處。其實這些電容是為開關器件(門電路)或其它需要濾波/退耦的部件而設置的，布置這些電容就應盡量靠近這些元部件，離得太遠就沒有作用了。有趣的是，當電源濾波/退耦電容布置的合理時，接地點的問題就顯得不那么明顯。4、線條有講究：有條件做寬的線決不做細；高壓及高頻線應園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應盡量寬，最好使用大面積敷銅，這對接地點問題有相當大的改善。2.3 PCB電路圖 根據(jù)原理圖我們可以得到如下的PCB電路圖。圖2-1 PCB 總圖總結通過兩星期的緊張工作，最后完成了我的設計任務數(shù)字鐘的設計與制作。通過本次課程設計的學習，我深深的體會到設計課的重要性和目的性所在。本次設計課不僅僅培養(yǎng)了我們實際操作能力，也培養(yǎng)了我們靈活運用課本知識，理論聯(lián)系實際，獨立自主的進行設計的能力。它不僅僅是一個學習新知識新方法的好機會，同時也是對我所學知識的一次綜合的檢驗和復習，使我明白了自己的缺陷所在，從而查漏補缺。希望學校以后多安排一些類似的實踐環(huán)節(jié)，讓同學們學以致用。課程設計中要求要有耐心和毅力，還要細心，稍有不慎，一個小小的錯誤就會導致結果的不正確，而對錯誤的檢查要求我要有足夠的耐心，通過這次設計和設計中遇到的問題，也積累了一定的經(jīng)驗，對以后從事集成電路設計工作會