電路設(shè)計案例教程》-第17-18講第9章數(shù)碼管顯示電路PCB設(shè)計

1、電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 第第9章章 數(shù)碼管顯示電路的數(shù)碼管顯示電路的PCB設(shè)計設(shè)計 l在第7章完成了數(shù)碼管顯示電路的原理圖繪制后，本章完 成數(shù)碼管顯示電路的PCB板設(shè)計。在該PCB板中，調(diào)用第5 章建立的封裝庫內(nèi)的兩個器件：DIP20(AT89C2051單片機 的封裝)、LED-10(數(shù)碼管的封裝)。通過該PCB圖驗證建立 的封裝庫內(nèi)的兩個器件的正確性，并進行新知識的介紹。 他將涵蓋以下主題： l設(shè)置PCB板 l設(shè)計規(guī)則介紹 l自動布線的多種方法 l數(shù)碼管顯示電路的PCB板設(shè)計 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 教學(xué)目的

2、及要求： l3.熟練掌握導(dǎo)入元件、元件布局 l6.熟練掌握自動布線、驗證PCB的設(shè)計 l教學(xué)重點：導(dǎo)入元件、元件布局 l教學(xué)難點：檢查綠色高亮顯示 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 9.1 創(chuàng)建創(chuàng)建PCB板板 l9.1.1 在項目中新建PCB文檔 l在第3章的中介紹了用PCB向?qū)Мa(chǎn)生空白PCB板子輪廓的方法。本 節(jié)將介紹另一種方法產(chǎn)生空白的PCB板。 l（1）啟動Altium Designer，打開“數(shù)碼管顯示電路.PrjPCB” 的項目文件，再打開“數(shù)碼管顯示電路.SchDoc”的原理圖。 l（2）產(chǎn)生一個新的PCB文件。方法如下：選擇主菜單中的 “File”

3、“New”“PCB”命令，在“數(shù)碼管顯示電 路.PrjPcb”項目中新建一個名稱為“PCB1.PcbDoc”的PCB文件。 l（3）在新建的PCB文件上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的下拉菜單中 選擇“Save”命令，打開“SavePCB1.PcbDocAs”對話框。 l（4）在“SavePCB1.PcbDocAs”對話框的“文件名”編輯框 中輸入“數(shù)碼管顯示電路”，單擊“保存”按鈕，將新建的PCB 文檔保存為“數(shù)碼管顯示電路.PcbDoc”文件。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 9.1.2 設(shè)置設(shè)置PCB板板 l（1）在主菜單中選擇“Design”“Board Opt

4、ions”命令，打開 如圖9-1所示的“Board Options”對話框。 圖9-1 “Board Options”對話框 （2）在如圖9-1所示的“Board Options”對話框的“Measurement Unit”區(qū)域中設(shè)置 “Unit”為“Metric”；勾選“Sheet Position”區(qū)域中的“Display Sheet”復(fù)選項，表 示在PCB圖中顯示白色的圖紙；設(shè)置Snap Grid X、Y：1mm，單擊“OK”按鈕。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 l（3）在主菜單中選擇“Design”“Board Sharp”“Redefine Boa

5、rd Sharp”命令，重新定義PCB板的形狀。 l（4）移動光標(biāo)按順序分別在工作區(qū)內(nèi)坐標(biāo)為（100 mm，30 mm）、 （190 mm，30 mm）、（190 mm，106 mm）和（100 mm，106 mm）的 點上單擊，最后單擊鼠標(biāo)右鍵，繪制一個矩形區(qū)域。重新定義的PCB 板區(qū)域如圖9-2所示。 圖9-2 重新定義的PCB板區(qū)域 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 （5）單擊工作區(qū)下部的“Keep-Out Layer”層標(biāo)簽，選擇“Keep Out Layer”層，重新定義PCB板的邊框。 （6）單擊“Utilities”工具欄中的繪圖工具按鈕“”，在彈

6、出的工具欄中 選擇線段工具按鈕“”，移動光標(biāo)按順序連接工作區(qū)內(nèi)坐標(biāo)為（103， 33）、（187，33）、（187，103）和（103，103）的四個點，然 后光標(biāo)回到（103，33）處，光標(biāo)處出現(xiàn)一個小方框，按鼠標(biāo)左鍵， 即繪制“Keep Out”布線的矩形區(qū)域（如圖9-3所示），按鼠標(biāo)右鍵， 退出布線狀態(tài)。(單位：mm)。 圖9-3 繪制布線區(qū)域的PCB板 （7）在主菜單中選擇 “Design”“Layer Stack Manager”命 令，打開“Layer Stack Manager”對話 框。 （8）在“Layer Stack Manager”對話框 中勾選“Top Dielectr

7、ic”復(fù)選項和 “Bottom Dielectric”復(fù)選項，設(shè)置電路 板為有阻焊層的雙層板，單擊“Ok”按 鈕。 至此，PCB板的形狀、大小，布線區(qū) 域和層數(shù)就設(shè)置完畢了。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 9.2 PCB板布局板布局 l9.2.1 導(dǎo)入元件 l（1）在原理圖編輯器下，用封裝管理器檢查每個元件的封裝是否正 確（節(jié)中已介紹），打開封裝管理器Tools Footprint Manager。 l（2）在主菜單中選擇“Design”“Import Changes From 數(shù)碼管 顯示電路.PrjPcb”命令，打開如圖9-4所示的“Engineerin

8、g Change Order”對話框。 圖9-4 “Engineering Change Order”對話框 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 l（3）單擊“Execute Changes”按鈕，應(yīng)用所有已選擇的 更新，“Engineering Change Order”對話框內(nèi)列表中的 “Status”下的“Check”和“Done”列將顯示檢查更新 和執(zhí)行更新后的結(jié)果，如果執(zhí)行過程中出現(xiàn)問題將會顯示 “ ”符號，若執(zhí)行成功則會顯示“ ”符號。如有錯 誤檢查錯誤，然后從（2）開始重新執(zhí)行，沒有錯誤后， 應(yīng)用更新后的“Engineering Change Ord

9、er”對話框如圖 9-5所示。 圖9-5 應(yīng)用更新后的“Engineering Change Order”對話框 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 l（4）單擊“Engineering Change Order”對話框中的 “Close”按鈕，關(guān)閉該對話框，至此，原理圖中的元件 和連接關(guān)系就導(dǎo)入到PCB板中了。 圖9-6 PCB工作區(qū)內(nèi)容 導(dǎo)入原理圖信息的PCB板文件的工作區(qū)如圖9-6所示，此時 PCB板文件的內(nèi)容與原理圖文件“數(shù)碼管顯示電路.SchDoc”就 完全一致了。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 9.2.2 元件布局元

10、件布局 lAltium Designer提供了自動布局功能。方法：選擇主菜單Tools Component Placement Auto Placer彈出Auto Place對話框。在該 對話框內(nèi)可以選擇Cluster Placer和Statistical Placer兩種布局方 式，目前這兩種布局方式布局的效果不盡人意，所以用戶最好還是采 用手動布局。方法如下： l（1）單擊PCB圖中的元件，將其一一拖放到PCB板中的“Keep-Out” 布線區(qū)域內(nèi)。單擊元件U1,將它拖動到PCB板中靠左邊靠上的區(qū)域；在 拖動元件到PCB板中的“Keep-Out”布線區(qū)域時，可以一次拖動多個 元件，如選擇3

11、個元件DS1-DS3（鼠標(biāo)單擊DS1元件的左下角，然后單 擊DS3元件的右上角），按住鼠標(biāo)左鍵將它拖動到PCB板中部用戶需要 的位置時放開鼠標(biāo)左鍵；如圖9-7所示。在導(dǎo)入元件的過程中，系統(tǒng) 自動將元件布置到PCB板的頂層（Top Layer），如果需要將元件放置 到PCB板的底層（Bottom Layer）按（2）步驟進行操作。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 圖9-7 移動元器件 （2）雙擊元件“U3”，按Tab鍵，打開如圖9-8所示的“Component U3” 對話框。在“Component U3”對話框中“Component Properties”區(qū)

12、域內(nèi)的“Layer”下拉列表中選擇“Bottom Layer”項，單擊“OK” 按鈕，關(guān)閉該對話框。此時，元件“U3”連同其標(biāo)志文字都被調(diào)整到 PCB板的底層，把“U3”放在DS1元件位置的底層（DS1的元件放在頂 層）。 圖9-8 “Component U3”對話框 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 l（3）放置其它元件布置到PCB板頂層，然后調(diào)整元件的位 置。調(diào)整元件位置時，最好將光標(biāo)設(shè)置成大光標(biāo)，方法： 單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出菜單，選擇Options Preferences， 彈出Preferences對話框，光標(biāo)類型（Cursor Type）處： 選擇Lar

13、ge 90即可。 l（4）放置元件時，選擇于其它元件連線最短，交叉最少 的原則，可以按Space鍵，讓元件旋轉(zhuǎn)到最佳位置，才放 開鼠標(biāo)左鍵。 l（5）如果電阻R2、R3、R10-R16排列不整齊，可以選中這 些元件，在工具欄上按“ ”圖標(biāo)，彈出下拉工具，選 “”圖標(biāo)，再選“ ”圖標(biāo)后，即可把電阻布置整齊。 l(6)在放置元件的過程中，可以按G鍵，設(shè)置元件的Snap Grid以及Component Grid，以方便元件擺放整齊。也可以 設(shè)置PCB板是采用公制（Metric）或英制(Imperial)單位， 最好采用英制單位。布置完成后的PCB板如圖9-9所示。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第

14、9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 圖9-9 手動布局完成后的PCB板 l至此，元件布局完畢。 l（7）單擊工作區(qū)中的名稱為“數(shù)碼管顯示電路”的room框，按鍵盤的“del”鍵， 將其刪除。 lroom框用于限制單元電路的位置，即某一個單元電路中的所有元件將被限制在由 room框所限定的PCB范圍內(nèi)，便于PCB電路板的布局規(guī)范，減少干擾，通常用于層 次化的模塊設(shè)計和多通道設(shè)計中。由于本項目未使用層次設(shè)計，不需要使用到 room邊框的功能，為了方便元件布局，可以先將該room框刪除。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 9.2.3 檢查綠色高亮顯示檢查綠色高亮顯示 l運

15、行設(shè)計規(guī)則檢查：ToolsDesign Rule Check給出錯誤報告如圖9- 10所示。 圖9-10 設(shè)計規(guī)則檢查后的錯誤報告 從錯誤報告看出有2個地方出錯：Silkscreen Over Component Pads與Minimum Solder Mask Sliver。 可以用第3章介紹的方法，從菜單選擇Design Rules（快捷鍵D，R）打開PCB Rules and Constraints Editor 對話框。雙擊Manufacturing類在對話框的右邊顯示 所有制造規(guī)則，找到Silkscreen Over Component Pads和Minimum Solder Mas

16、k Sliver兩行，把Enabled欄的復(fù)選框的“”去掉即可,表示關(guān)閉這2個規(guī)則，不進行該 2項的規(guī)則檢查。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 l現(xiàn)在PCB板上就沒有綠色的高亮顯示了，如圖9-15所示。 圖9-15 清除了綠色高亮的PCB板 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 9.2.4 更改元件封裝更改元件封裝 l由于圖9-15所示PCB板上元器件的封裝用的是繪制原理圖時放元器件 的缺省值，C1-C4的元件封裝與實際元件有差異，所以需要修改這4個 元件的封裝。用第3章介紹的方法將C1、C2元件的封裝修改為：，C3 元件的封裝修改

17、為：CAPPR5-5X5，C4元件的封裝修改為：。修改封裝 后的PCB板如圖9-16所示。 圖9-16 修改封裝后的PCB板 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 9.3 設(shè)計規(guī)則介紹設(shè)計規(guī)則介紹 lAltiumDesigner提供了內(nèi)容豐富、具體的設(shè)計規(guī)則，根據(jù) 設(shè)計規(guī)則的適用范圍共分為如下10個類別，下面把要經(jīng)常 要使用的規(guī)則作簡單介紹。 l“Electrical”電氣規(guī)則類。 l“Routing”布線規(guī)則類。 l“SMT”SMT元件規(guī)則類。 l“Mask”阻焊膜規(guī)則類。 l“Plane”內(nèi)部電源層規(guī)則類。 l“Testpoint”測試點規(guī)則類。 l“Manuf

18、acturing”制造規(guī)則類。 l“High Speed”高速電路規(guī)則類。 l“Placement”布局規(guī)則類。 l“Signal Integrity”信號完整性規(guī)則類。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 9.3.2 “Routing”規(guī)則類規(guī)則類 l1“Width”設(shè)計規(guī)則 l“Width”設(shè)計規(guī)則用于限定布線時的銅箔導(dǎo)線的寬度范 圍。已在第3章介紹，在此將接地線（GND）的寬度設(shè)為： 30mil，電源線（VCC）的寬度設(shè)為：20mil，其它線的寬 度：最小值（Min Width）10mil、首選寬度（Preferred Width）15 mil、最大值（Ma

19、x Width）20mil。如圖9-19 所示。 l注意：銅箔導(dǎo)線寬度的設(shè)定要依據(jù)PCB板的大小、元器件 的多少、導(dǎo)線的疏密、印制板制造廠家的生產(chǎn)工藝等多種 因素決定。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 9.4 PCB板布線板布線 l9.4.1 自動布線 l1網(wǎng)絡(luò)自動布線 l在主菜單中執(zhí)行“Auto Route”“Net”命令，光標(biāo)變成十字準(zhǔn)線， 選中需要布線的網(wǎng)絡(luò)即完成所選網(wǎng)絡(luò)的布線，繼續(xù)選擇需要布線的其 他網(wǎng)絡(luò)，即完成相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的布線按鼠標(biāo)右鍵或“Esc”鍵退出該模式。 l可以先布電源線，然后布其它線。先布電源線“VCC”的電路如圖9- 38所示。 圖9-38

20、布電源線“VCC”的PCB板 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 2單根布線單根布線 l在主菜單中執(zhí)行“Auto Route”“Connection”命令，光標(biāo)變成十字準(zhǔn)線， 選中某根線，即對選中的連線進行布線，繼續(xù)選擇下一根線，則對選中的線 自動布線，要退出該模式，按鼠標(biāo)右鍵或“Esc”鍵。他與“Net”的區(qū)別是 一個是單根線，一個是多跟線。 l3面積布線 l執(zhí)行“Auto Route”“Area”命令，則對選中的面積進行自動布線。 l4元件布線 l執(zhí)行“Auto Route”“Component”命令，光標(biāo)變成十字準(zhǔn)線，選中某個元 件，即對該元件管腳上所有連線

21、自動布線；繼續(xù)選擇下一個元件，即對選中 的元件布線，要退出該模式，按鼠標(biāo)右鍵或“Esc”鍵。 l5選中元件布線 l先選中一個或多個元件，執(zhí)行“Auto Route”“Connections On Selected Component”命令，則對選中的元件進行布線。 l6選中元件之間布線 l先選中一個或多個元件，執(zhí)行“Auto Route”“Connections Between Selected Component”命令，則在選中的元件之間進行布線，布線不會延伸 到選中元件的外面。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 7自動布線自動布線 l在主菜單中選擇“Auto

22、 Route”“All”命令， 打開如圖9-39所示的 “Situs Routing Strategies”對話框。 l在“Situs Routing Strategies”對話框內(nèi) 的“Available Routing Strategies”列表中選 擇“Default 2 Layer Board”項，單擊 “Route All”按鈕，啟 動Situs自動布線器。 圖9-39 “Situs Routing Strategies”對話框 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 l自動布線結(jié)束后，系統(tǒng)彈出“Message”工作面板，顯示 自動布線過程中的信息，如圖9-

23、40所示。 圖9-40 “Messages”工作面板 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 l本例，先布電源線“VCC”，然后再自動布線后的PCB板圖 如圖9-41所示。 圖9-41 自動布線生成的PCB板圖 如果PCB顯示如上圖，有的導(dǎo)線顯示是斷的，把屏幕重新刷新一下就好 了。方法：View Refresh(快捷鍵V，R或End鍵)。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 9.4.2 調(diào)整布線調(diào)整布線 l如果用戶覺得自動布線的效果不令人滿意，可以重新調(diào)整 元件的布局。如：仔細看數(shù)碼管DS1的元件封裝的底層 （Bottom Layer）上

24、放了一個元件U3，在DS1元件內(nèi)有4個 過孔，U1元件內(nèi)的布線太多了，需要調(diào)整。 l如果想重新布線，方法：選擇主菜單Tools Un-Route All ，就把所有已布的線路全部撤銷，變成了飛線； 如果選擇Tools Un-Route Net，就可用鼠標(biāo)點擊需要 撤銷的網(wǎng)絡(luò)，這樣就可以撤銷選中的網(wǎng)絡(luò)；如果選擇 Tools Connection，就可以撤銷選中的連線；如果選擇 Tools Un-Route Component，用鼠標(biāo)點擊元件，相應(yīng) 元件上的線就全部變?yōu)榉蔷€。 l現(xiàn)在執(zhí)行Tools Un-Route All命令，撤銷所有已布 的線。然后移動元件，調(diào)整元件布局后的電路如圖9-42所 示。 電路設(shè)計案例教程-第17-18講第9章數(shù)碼管顯 示電路PCB設(shè)計 l圖9-42 重新調(diào)整布局后的PCB板 圖9-43 重新自動布線后的PCB板 l執(zhí)行“Auto Route”“All”命令，布線結(jié)果如圖9-43所示。 l從操作過程可以看出，PCB板的布局對自動布線的影響很大，所以用戶在設(shè) 計PCB板時一定要把元件的布局設(shè)