基于AltiumDesigner的C8051F310最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)講解

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)： 電子科學(xué)與技術(shù) 1101 班 指導(dǎo)教師：工作單位： 信息工程學(xué)院 題目 : 基于 Altium Designer 的 C8051F310 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 初始條件： 集成開發(fā)環(huán)境： Altium Designer Winter 09 要求完成的主要任務(wù) : （1）任務(wù)要求： 畫出各個(gè)芯片的最小系統(tǒng)的原理圖和 PCB布線圖，最小系統(tǒng)包括電源，晶振，復(fù)位 （上電復(fù)位和按鍵復(fù)位） ，調(diào)試接口 。 （2）時(shí)間安排： 1、2013年12月16日集中，作課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求說(shuō)明。 2、2013年12月21日至2013年12月22日，查閱相關(guān)資料，

2、學(xué)習(xí)電路的工作原理。 3、2013年12月22日至2013年12月23日，電路調(diào)試 4、2013年12月24日至2013年12月25日，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 5、2013年12月27日上交課程設(shè)計(jì)成果及報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行答辯。 課設(shè)答疑地點(diǎn)： 鑒主 13 樓嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系主任（或責(zé) 任教師）簽名： 目錄 1 Altium designer簡(jiǎn)介 1- 2 電路原理圖繪制 2- 2.1 添加元器件 2- 2.2 硬件設(shè)計(jì)原理 4- 2.3 電路圖查錯(cuò) 5- 3 PCB 圖繪制 6 - 3.1 封裝添加 6- 3.2 布線 7 - 4 電路板布線規(guī)則和限制 9- 4.1 連線

3、參數(shù) 9- 4.2 布線規(guī)則 1-0- 5 心得體會(huì) 1.-1- 6 參考文獻(xiàn) 1 -2- 武漢理工大學(xué) Protel 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1 Altium designer簡(jiǎn)介 Altium（ 前身為 Protel 國(guó)際有限公司 ）由 Nick Martin 于 1985 年始創(chuàng)于塔斯馬尼亞 州霍巴特，致力于開發(fā)基于 PC 的軟件，為印刷電路板提供輔助的設(shè)計(jì)。最初的 DOS 環(huán) 境下的 PCB設(shè)計(jì)工具在澳大利亞得到了電子業(yè)界的廣泛接受，在1986 年中期， Altium 通過(guò)經(jīng)銷商將設(shè)計(jì)軟件包出口到美國(guó)和歐洲。 隨著 PCB 設(shè)計(jì)軟件包的成功， Altium 公司 開始擴(kuò)大其產(chǎn)品范圍，包括原理圖

4、輸入、 PCB 自動(dòng)布線和自動(dòng) PCB 器件布局軟件。 Altium Designer 基于一個(gè)軟件集成平臺(tái)， 把為電子產(chǎn)品開發(fā)提供完整環(huán)境所需的工具 全部整合在一個(gè)應(yīng)用軟件中。 Altium Designer 包含所有設(shè)計(jì)任務(wù)所需的工具：原理圖和 HDL 設(shè)計(jì)輸入、電路仿真、信號(hào)完整性分析、 PCB 設(shè)計(jì)、基于 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 和開發(fā)。另外可對(duì) Altium Designer 工作環(huán)境加以定制，以滿足用戶的各種不同需求。 武漢理工大學(xué) Protel 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2 電路原理圖繪制 2.1 添加元器件 對(duì)于 C8051F310 的最小系統(tǒng)的元器件還是比較常見的，所以都可以在原理

5、圖庫(kù)中找到， 原理圖庫(kù)還可以進(jìn)行添加，非常方便靈活。若元器件非常生辟，也完全可以用該軟件繪制 元件，并可以自行組成一個(gè)個(gè)人的原理圖庫(kù)。 圖 2-1 新建工程，文件 武漢理工大學(xué) Protel 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 圖 2-2 庫(kù)添加 - 3 - 武漢理工大學(xué) Protel 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 圖 2-3 芯片查找放置 2.2 硬件設(shè)計(jì)原理 根據(jù)資料查詢，連線繪制芯片的最小系統(tǒng)的原理圖 2.2.1電源模塊 包括電源部分由芯片 1117將 5V 輸入電壓調(diào)為 3.3V（芯片 C8051 所需 VCC），設(shè)計(jì) 指示燈以指示電源接通與否。 2.2.2 復(fù)位 武漢理工大學(xué) Protel 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 部分的電容

6、和一電阻組成上電復(fù)位，按鍵和一電阻組成按鍵復(fù)位，主要工作是通過(guò) 對(duì)復(fù)位鍵的控制來(lái)使主芯片重新運(yùn)行載入驗(yàn)證程序。 2.2.3串行通信接口與下載口 主要是串口通信電路，使用串口通信驅(qū)動(dòng)芯片 MAX232 進(jìn)行串口通信。 JTAG下載端 口和主芯片的對(duì)應(yīng)引腳相連接。 2.2.4 晶振 如圖所示，通過(guò)一個(gè)晶振元件為芯片提供脈沖源。 圖 2-4 連線成圖 2.3 電路圖查錯(cuò) 經(jīng)過(guò)直接對(duì)元器件原理圖的修改，已排除該原理圖中所有錯(cuò)誤 武漢理工大學(xué) Protel 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 3 PCB 圖繪制 3.1 封裝添加 對(duì)于原理圖的封裝在，軟件庫(kù)中一般都有，實(shí)在沒有也可以像原理圖庫(kù)一樣添加， 或者用該軟件在線繪制

7、。 封裝添加過(guò)程中必須將原理圖和 PCB 文件放在一個(gè) PCB 工程中， 才能直接對(duì)原理圖中的元件進(jìn)行添加。 對(duì)于自動(dòng)添加時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)法添加的元件，這時(shí)需要修改該元件的封裝格式雙 擊元件，再點(diǎn)擊圖中的 footprint 就可以直接修改了，如下圖所示。 圖 3-1 檢查封裝 武漢理工大學(xué) Protel 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 圖 3-2 元器件封裝添加 圖 3-3 元器件排列 3.2 布線 7 武漢理工大學(xué) Protel 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 在擺放好元器件后開始布線，可以用軟件的畫筆直接對(duì)元件進(jìn)行布線。也可以運(yùn)用 軟件的 Auto Route 功能進(jìn)行自動(dòng)布線，自動(dòng)布線可以單個(gè)網(wǎng)絡(luò)布線也可以全部自動(dòng)布

8、線。 布線基本完成后也可以進(jìn)行文字添加，再覆銅就基本完成了一個(gè) PCB 版的繪制了。 3.3 查錯(cuò) 通過(guò) design功能中的查錯(cuò)選項(xiàng)，可以查出該 PCB 圖中的違規(guī)部分?？梢栽诰€修改元 件的封裝以修改。 布線基本完成后也可以進(jìn)行文字添加，再覆銅就基本完成了一個(gè) PCB 版的繪制了。 圖 3-4 開始布線 武漢理工大學(xué) Protel 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 圖 3-5 布線完成 4 電路板布線規(guī)則和限制 4.1 連線參數(shù) （1）線長(zhǎng)：銅膜線應(yīng)盡可能短，在高頻電路中更應(yīng)該如此。銅膜線之不拐彎處應(yīng)為圓 角或斜角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高之情況下會(huì)影響電氣性能。當(dāng)雙面板布 線時(shí)，兩面之導(dǎo)線應(yīng)該相互

9、垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減少寄生電容。 武漢理工大學(xué) Protel 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （2）線寬：銅膜線之寬度應(yīng)以能滿足電氣特性要求而又便于生產(chǎn)為準(zhǔn)則，它之最小值 取決于流過(guò)它之電流，但是一般不宜小于 0.2mm。只要板面積足夠大，銅膜線寬度和間距 最好選擇 0.3mm。一般情況下， 11.5mm 之線寬，允許流過(guò) 2A 之電流。例如地線和電 源線最好選用大于 1mm 之線寬。在集成電路座焊盤之間走兩根線時(shí)， 焊盤直徑為 50mil ， 線寬和線間距都是 10mil ，當(dāng)焊盤之間走一根線時(shí)，焊盤直徑為 64mil ，線寬和線間距都 為 12mil 。 我的設(shè)計(jì)線寬為 1080mil

10、，最佳為 10mil 。 （3）線間距：相鄰銅膜線之間之間距應(yīng)該滿足電氣安全要求，同時(shí)為了便于生產(chǎn)，間 距應(yīng)該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓之峰值。在布線密度低之情況下，間距 應(yīng)該盡可能之大。 我的設(shè)計(jì)的最小線距為 9mil 。 （4）屏蔽與接地：銅膜線之公共地線應(yīng)該盡可能放在電路板之邊緣部分。在電路板上 應(yīng)該盡可能多地保留銅箔做地線，這樣可以使屏蔽能力增強(qiáng)。另外地線之形狀最好作成環(huán) 路或網(wǎng)格狀。多層電路板由于采用內(nèi)層做電源和地線專用層，因而可以起到更好之屏蔽作 用效果。 4.2 布線規(guī)則 自動(dòng)布線工具本身并不知道應(yīng)該做些什么。為完成布線任務(wù)，布線工具需要在正確之 規(guī)則和限制條件下工作

11、。 圖 4-1 布線規(guī)則設(shè)置界面 10 - 武漢理工大學(xué) Protel 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 5 心得體會(huì) 在對(duì) altiumn designer winter 09 的學(xué)習(xí)過(guò)程中，還是學(xué)到了很多東西的，感受到了這個(gè) 軟件的極靈活性，以及它的庫(kù)文件的建立以及安裝都是極其方便的。 對(duì)這門課程的最大收獲除了學(xué)習(xí)到了知識(shí)以外，更重要的是讓我明白了一個(gè)道理：只要 全身心的投入到一件事中，并且要有持之以恒的決心，就一定會(huì)有收獲。有的人覺得自己 做不出來(lái)，就網(wǎng)上搜一個(gè)了事，但是，放棄一次黑暗中摸索的經(jīng)歷，就放棄了一次成長(zhǎng)的 機(jī)會(huì)！如果你付出了，沒有收獲。那只能說(shuō)，是付出的還不夠多。 總的來(lái)說(shuō)，我對(duì)于這個(gè)軟件的學(xué)習(xí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，只能算是一個(gè)入門，還需要未來(lái)學(xué)習(xí)生 涯的不斷探索。 11 武漢理工大學(xué) Protel 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6 參考文獻(xiàn) 1 孫九安，等.C8051F系列SOC單片機(jī)原理及應(yīng)用 . 北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2006: 56-9 2 鮑可進(jìn)，等. C8051F單片機(jī)原理及應(yīng)用 . 北京：中國(guó)電力出版社， 2006:69-80 3 先鋒工作室.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)例 . 北京：清華大學(xué)出版社， 2003: 31-54 4 華成英 . 模