PCB課程設(shè)計報告-最小單片機系統(tǒng)(正文)

1、一總體設(shè)計思路設(shè)計電路板最基本的過程可以分為三大步驟：(1)電路原理圖的設(shè)計 電路原理圖的設(shè)計是整個電路設(shè)計的基礎(chǔ)，它決定了后面工作的進(jìn)程。一般的，設(shè)計一個電路原理的工作包括：設(shè)置電路圖紙參數(shù)，裝入所需的元件庫，放置元器件，進(jìn)行原理圖布線，調(diào)整，檢查及修改，最后存盤打印圖紙。（1） 啟動原理圖編輯器（2） 設(shè)置圖紙參數(shù)（3） 放置元器件（4） 進(jìn)行原理圖布線（5） 調(diào)整布線（6） 保存輸出（7） 存盤打印圖紙在原理圖設(shè)計過程中，首先設(shè)置好圖紙，網(wǎng)格和光標(biāo)，以及窗口大小，然后在元器件編輯器界面制作原理圖所需器件，創(chuàng)建新元件，產(chǎn)生元件報表，繪制原理圖設(shè)計進(jìn)階，做好元件的自動編號，原理圖的電氣檢查，

2、即ERC。在這一過程中，要充分利用PROTEL99所提供的各種原理圖繪圖工具、各種編輯功能，來實現(xiàn)我們的目的，即得到一張正確、精美的電路原理圖。(2)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表 設(shè)計原理圖的最終目的是要生成印刷電路板，而印刷電路板與原理圖的紐帶就是網(wǎng)絡(luò)表，故將設(shè)計完成的原理圖轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)表，是必經(jīng)之步，也是設(shè)計原理圖的主要目的。 生成網(wǎng)絡(luò)表的操作步驟： 打開準(zhǔn)備產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表的原理圖文件并執(zhí)行菜單命令Design-Create Netlist，系統(tǒng)將彈出Netlist Creation設(shè)置對話框，即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表的輸出格式和項目層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置。生成網(wǎng)絡(luò)表對話框包含2個選項卡：Preferences選項卡和Trance

3、 Options選項卡。 設(shè)置好后，進(jìn)行生成網(wǎng)絡(luò)表的過程，并生成網(wǎng)絡(luò)表文件。其文件名與主電路圖的文件名相同，擴展名為.NET。（3）印制電路板的設(shè)計印制電路板的設(shè)計主要是針對PROTEL99的另外一個重要的部分PCB而言的，PCB圖的基本元素主要包括以下6種： 元件封裝：包括插件式元件封裝和STM元件封裝； 銅箔連線：銅箔導(dǎo)線也稱銅箔連線，簡稱連線； 焊盤：用于固定元件引腳或引出線、測試線等； 過孔：過孔的作用是為了連接不同層面之間的導(dǎo)線； 字符絲印：為了方便電路板的安裝與維修，需要在PCB上下表面印制所需要的字符和標(biāo)志圖案等，入元件標(biāo)號和標(biāo)稱值、元件外形和廠家標(biāo)志，生產(chǎn)日期等都需要通過絲網(wǎng)印

4、刷的方式來實現(xiàn)； 敷銅（多邊形填充）：敷銅又叫鋪地，在設(shè)計完成全部布線后。為了提高電路板的抗干擾性能，有時候需要把電路板空白的地方全部做成一個電極。二.原理圖設(shè)計的一般流程一般來說，設(shè)計一個電路的原理圖主要包括設(shè)置編輯器參數(shù)、規(guī)劃布局、放置元件、布線、檢查調(diào)整以及保存和輸出等步驟。1.流程框圖：啟動原理圖編輯器設(shè)置工作參數(shù)檢查及修改布線和調(diào)整放置元件和布局生成報表保存輸出結(jié)束2.原理圖設(shè)計步驟(1)啟動原理圖編輯器 首先需要啟動PROTEL 99 SE 的原理圖編輯器。(2)設(shè)置圖紙及工作界面參數(shù)繪制原理圖之前需要根據(jù)設(shè)計內(nèi)容的復(fù)雜程度選擇合適的圖紙，并根據(jù)用戶的需要以及習(xí)慣對工作區(qū)進(jìn)行設(shè)置，

5、方便具體的原理圖設(shè)計操作。(3)放置元件和布局規(guī)劃元件布局，從元件庫中找到所需的元件，并放置到圖紙上。然后對元件的標(biāo)號、屬性等進(jìn)行設(shè)置。元件的布局一般遵循以下幾個原則： 同一功能模塊盡量放到一起，可以方便的理解電路結(jié)構(gòu)，同時便于管理。 元件的擺放有利于布線，方便進(jìn)行布線操作。 美觀。(4)布線和調(diào)整放置好元件后就可以將各個引腳按功能用導(dǎo)線連接到一起了，同時根據(jù)布線的需要對元件布局進(jìn)行一些調(diào)整。這一步驟也可與（3）交錯進(jìn)行，目的都是為了便于達(dá)到設(shè)計要求。(5)對原理圖進(jìn)行檢查和修改完成原理圖的繪制后還需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的檢查和修改。主要包括兩部分：一是確保原理圖繪制的正確性，沒有疏漏和誤連接，這

6、一點可以借助PROTEL 99 SE 提供的電氣檢查功能（ERC）來實現(xiàn)；二是從邏輯上檢查所設(shè)計的電路是否能是實現(xiàn)所需要的功能，及設(shè)計者需要對自己的設(shè)計思路進(jìn)行反思，確保電路在原理上的正確性，這一點非常重要，一個電路設(shè)計最終能夠正確、可靠的實現(xiàn)預(yù)期的功能。往往取決于設(shè)計者的思路是否正確、對可能遇到的問題是否做了充分的考慮，這也從根本上評判了電路設(shè)計的好壞。對設(shè)計進(jìn)行充分的檢查，盡可能的把問題在原理設(shè)計階段解決，能夠極大地提高電路設(shè)計的效率，減少返工的次數(shù)，從而能夠有效地縮短整個設(shè)計周期、降低設(shè)計成本。否則等到了完成PCB的設(shè)計甚至已經(jīng)加工電路板才發(fā)現(xiàn)原理圖設(shè)計上的疏漏，就會造成極大的人力和物力

7、的浪費。(6)生成網(wǎng)絡(luò)表等報表 設(shè)計好原理圖之后需要生成網(wǎng)絡(luò)表，用以進(jìn)行后續(xù)的PCB設(shè)計，還可以選擇元件清單等各種報表，用以進(jìn)行器件的購買以及進(jìn)行電路評判等工作。(7)保存輸出 對最終完成的原理圖設(shè)計要進(jìn)行保存，在設(shè)計的過程中也要經(jīng)常對設(shè)計資料進(jìn)行保存，避免發(fā)生意外導(dǎo)致設(shè)計資料的丟失。如果需要可以將原理圖打印輸出。3.原理圖電路：繪制AT89C51單片機：AT89C51單片機：4.ERC及網(wǎng)絡(luò)表的導(dǎo)出：電氣規(guī)則檢查（ERC）：ERC結(jié)果：生成的網(wǎng)絡(luò)表：三.PCB設(shè)計的一般流程PCB版圖設(shè)計一般流程如下圖所示：原理圖設(shè)計配置PCB編輯環(huán)境元件布局導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表規(guī)劃電路板PCB布線規(guī)則檢查導(dǎo)出PCB文

8、件以及打印1.原理圖設(shè)計在進(jìn)行PCB設(shè)計之前一般都需要先進(jìn)行原理圖的繪制，設(shè)計電路從邏輯上所需實現(xiàn)的功能，然后指定好各個元件的封裝信息，生成網(wǎng)絡(luò)表。如果電路簡單，也可以通過PCB編輯器直接設(shè)計印制電路板，但這種情況不多。 配置PCB編輯環(huán)境在進(jìn)行PCB設(shè)計之前，需要對編輯環(huán)境參數(shù)做一些設(shè)置，包括設(shè)置電路格點類型選擇、光標(biāo)樣式、電路板板層設(shè)置等。其中板層設(shè)置需要根據(jù)設(shè)計的電路情況進(jìn)行選擇，其他環(huán)境參數(shù)用戶可以根據(jù)個人習(xí)慣進(jìn)行設(shè)置，一般采用默認(rèn)即可。 規(guī)劃電路板PCB設(shè)計首先要根據(jù)電路進(jìn)行這個整體規(guī)劃，主要是大概確定電路板的屋里尺寸，一般處于成本和設(shè)計要求的考慮需要電路板盡量小，但尺寸過小又會導(dǎo)致

9、走線困難等問題，所以需要綜合考慮。電路板尺寸可以在進(jìn)行元件布局時進(jìn)一步調(diào)整，但一般要在布線之前確定最終尺寸。 引入網(wǎng)絡(luò)表網(wǎng)絡(luò)表是原理圖同PCB之間的橋梁。通過引入網(wǎng)絡(luò)表，原理圖中的元件封裝就會引入到PCB編輯器中，同時根據(jù)原理圖的定義確定各個元件引腳之間電氣邏輯連接關(guān)系。PROTEL99SE提供了原理圖到PCB的直接同步功能，其實質(zhì)上同引入網(wǎng)絡(luò)表的作用是一樣的。 元件布局通過網(wǎng)絡(luò)表引入的元件封裝就代表著實際元件的安放位置，調(diào)整其相互之間的位置關(guān)系就是布局要完成的工作。在進(jìn)行元件布局時要綜合考慮走線以及功能等各種因素，良好的布局要保證電路功能的正常實現(xiàn)、避免元件之間的相互干擾，同事還要便于走線以

10、及便于閱讀。合理的布局是保證電路板正常工作的基礎(chǔ)，對后面的布線工作也有很大影響，在設(shè)計時要多加考慮。PROTEL 99 SE 提供了自動布局功能，但是精確度不夠理想，因此在設(shè)計中一般都采用手工布局，如果設(shè)計的電路很復(fù)雜，用到的元件很多，可以先使用自動布局功能進(jìn)行整體布局，然后對局部在進(jìn)行細(xì)致的手工修改。 布線布線是PCB的關(guān)鍵步驟，布線的成功與否直接決定了電路板的功能是實現(xiàn)。PROTEL 99 SE 提供了強大的自動布線功能，用戶可以通過設(shè)置布線規(guī)則對導(dǎo)線線寬、平行線間距、倒孔大小等各種參數(shù)加以約束，從而布置出既符合制作工藝要求又滿足用戶需求的導(dǎo)線。自動布線完成后。系統(tǒng)會給出布線成功率，導(dǎo)線總

11、數(shù)等提示。對于不符合要求的線路，用戶可以手工進(jìn)行調(diào)整。 規(guī)則檢查PROTEL 99 SE 提供規(guī)則檢查功能，用于檢查PCB的設(shè)計是否符合設(shè)置的規(guī)則，防止出現(xiàn)疏忽等原因?qū)е碌腻e誤。 導(dǎo)出PCB以及打印完成PCB設(shè)計并檢查無誤后即可將PCB文件導(dǎo)出。對設(shè)計結(jié)果還可以打印輸出，便于對照查看。2.創(chuàng)建PCB文件：加載網(wǎng)絡(luò)表：元件加載后的效果：元件自動布局后的效果：調(diào)整后的PCB板：敷銅后的效果：4. 設(shè)計結(jié)果分析 本次設(shè)計的PCB板為雙面板，由于雙面板的頂層和底層都可以走線，所以雙面板可以設(shè)計出更復(fù)雜的電路板，但同時也增加了設(shè)計的難度。在布線過程中就出現(xiàn)了一些線難以布通的情況，后來將線改布在了另一層才

12、可以通過。對于更加復(fù)雜的多面板，則需要添加過孔才可以實現(xiàn)。在調(diào)整元器件時，可以先使用自動布局。但由于自動布局的效果往往不是很理想，所以在自動布局的基礎(chǔ)上還需進(jìn)行手工調(diào)整，才能使整個PCB布局合理美觀。為了提高電路板的抗干擾能力，所以還對PCB板的底層和頂層進(jìn)行了敷銅。當(dāng)然，這次設(shè)計的PCB板也有些不足的地方：元器件的布局不是很美觀；因為布線是在自動布線的基礎(chǔ)上再進(jìn)行的改進(jìn)，所以一些走線也不是很美觀。五 課程設(shè)計的心得體會 每經(jīng)歷過一次課程設(shè)計，都會讓人脫胎換骨一次。對于這句話我現(xiàn)在是深有體會！這次PCB課程設(shè)計總共花了一個星期的時間，我了解到電子線路設(shè)計與PCB制作是電子、通信工程等信息大類專

13、業(yè)的一門重要的專業(yè)技術(shù)課程。電路的仿真和PCB版的的設(shè)計是嵌入式系統(tǒng)工程的一部分。而學(xué)習(xí)這門課程目的是為了讓學(xué)生掌握電路設(shè)計的基本知識、技能、方法，努力消除校企之間人才要求的落差，更好地適應(yīng)企業(yè)或社會對應(yīng)用型人才的需要。這次課程設(shè)計，使我們熟悉了Protel 99 SE，為今后進(jìn)步學(xué)習(xí)和使用Protel 打下了一定的基礎(chǔ)，同時也提高了我們的實踐動手能力及思考、解決問題的能力，也是我們懂得團隊智慧的無窮及團隊合作的重要性。學(xué)PCB感覺不是一件簡單的事，雖然看別人操作很容易，但當(dāng)自己動手卻會出現(xiàn)一系列的問題甚至有時結(jié)果看起來一樣，可還是有很大的差別。在綜合布線方面是一件很細(xì)的活而且考慮的要很多，因為它影響著系統(tǒng)的性能。這次課程設(shè)計有利于提高我們的動手、思考和解決問題的能力，能讓我們把所學(xué)的書本知識運用到實際生活中去，同時也豐富了我們的業(yè)余生活提高我們對知識的理解能力。通過幾天的PCB設(shè)計過程，將從書本上學(xué)到的知識應(yīng)用于實踐，學(xué)會了初步用Protel繪制原理圖的基本方法，雖然這個過程中遇到了一些困難，但