單片機流水燈的設(shè)計與制作課件

任務(wù)3.1單片機流水燈的原理圖單片機流水燈電路原理圖如圖3-1所示，電路由電源模塊電路、單片機控制模塊電路和發(fā)光二極管顯示模塊電路構(gòu)成，通過對單片機進行編程就可控制流水燈。單片機流水燈控制電路所需元件屬性如表3-1所示。任務(wù)3.1單片機流水燈的原理圖單片機流水燈電路原理圖如圖3圖3-1單片機流水燈電路原理圖圖3-1單片機流水燈電路原理圖表3-1單片機流水燈元件屬性表表3-1單片機流水燈元件屬性表3.1.1網(wǎng)絡(luò)標號的使用如圖3-2所示，執(zhí)行菜單命令“Place→NetLabel”（或者單擊布線工具欄上的按鈕），即可開始放置網(wǎng)絡(luò)標號。此時鼠標光標會帶有一個網(wǎng)絡(luò)標號名稱的虛線框，光標所指位置為網(wǎng)絡(luò)標號的參考點，通過使用鼠標左鍵單擊引腳的末端或與引腳相連的導(dǎo)線，即可將該網(wǎng)絡(luò)標號與該引腳關(guān)聯(lián)起來。按Tab鍵，可以打開如圖3-3所示的網(wǎng)絡(luò)標號屬性設(shè)置頁面，在Net一欄中可以修改網(wǎng)絡(luò)標號的名稱，也可以用鼠標左鍵單擊向下的箭頭打開下拉列表選擇已有的網(wǎng)絡(luò)，如圖3-4所示。

圖3-2網(wǎng)絡(luò)標號選擇菜單命令圖3-3網(wǎng)絡(luò)標號屬性設(shè)置頁面圖3-4網(wǎng)絡(luò)標號選擇頁面3.1.1網(wǎng)絡(luò)標號的使用如圖3-2所示，執(zhí)行菜單命令“Pl與具有相同名稱的網(wǎng)絡(luò)標號相關(guān)聯(lián)的引腳或?qū)Ь€在電氣上是連接在一起的，因此將名稱相同的網(wǎng)絡(luò)標號放置到總線兩端對應(yīng)引腳的入口處，即可賦予總線連接方式的電氣連接特性，如圖3-5所示。網(wǎng)絡(luò)標號圖3-5網(wǎng)絡(luò)標號示意圖與具有相同名稱的網(wǎng)絡(luò)標號相關(guān)聯(lián)的引腳或?qū)Ь€在電氣上是連接在一有相同名稱的網(wǎng)絡(luò)標號標識的導(dǎo)線或引腳在電氣上都是相連的，并不局限于總線連接方式，因此在連線復(fù)雜或連線比較困難的地方都可以使用，從而簡化電路連接。用網(wǎng)絡(luò)標號標識導(dǎo)線連接如圖3-6所示，用網(wǎng)絡(luò)標號簡化電路連接如圖3-7所示。

圖3-6網(wǎng)絡(luò)標號標識導(dǎo)線連接圖3-7網(wǎng)絡(luò)標號簡化電路

有相同名稱的網(wǎng)絡(luò)標號標識的導(dǎo)線或引腳在電氣上都是相連的，并不1.元件自動編號操作以如圖3-8所示的電阻陣列（所有電阻均為“R?”）的自動編號為例。執(zhí)行菜單命令“Tools→Annotate”，如圖3-9所示，此時會打開如圖3-10所示的自動編號設(shè)置對話框，即可對原理圖中的元件進行自動編號。3.1.2元件的自動編號圖3-8電阻陣列1.元件自動編號操作3.1.2元件的自動編號圖3-8電阻

圖3-9元件自動編號菜單命令

圖3-10自動編號設(shè)置對話框圖3-9元

通過對圖3-10所示對話框的選項進行設(shè)置，可以實現(xiàn)多種形式的自動編號。（1）單擊AnnotateOptions(重新編號范圍)下拉按鈕，選擇參與重新編號的元件，其中：（2）必要時，單擊“GroupPartsTogetherIfMatchBy”(滿足下列條件的元件組)選擇框內(nèi)相應(yīng)的選項，將滿足特定條件的元件組視為同一元件。例如，當選擇“PartType”選項時，則集成電路芯片中的各單元電路（復(fù)合元件）被視為同一器件，并用U1A、U1B、U1C等作為這類器件的編號。單擊OK按鈕就可以實現(xiàn)元器件的自動編號。自動編號后的電阻陣列如圖3-11所示（所有電阻“R?”中的“?”自動排列為數(shù)字編號“1~8”）。圖3-11電阻陣列自動編號圖通過對圖3-10所示對話框的選項進行設(shè)置，可以實現(xiàn)2.以核心元件為中心的自動編號如果需要對如圖3-1所示的電路模塊中的元件編號進行修改，希望使電阻、電容、發(fā)光二極管等分立元件的編號以核心元件U2為基準進行編號，即將其編號修改為“R2XX”、“D2XX”等樣式的形式，這樣當看到編號以“2”開頭的元件時即能夠很快地知道它是在U2周圍的元件，從而極大地方便了對元件的管理。以電阻元件為例具體操作方法如下：（1）用鼠標左鍵雙擊一個電阻元件，打開其屬性對話框。（2）單擊右下角的Global按鈕，打開全局編輯對話框，如圖3-12所示。在AttributesToMatchBy（匹配屬性）選項組的LibRef文本框中輸入“RES2”，同時將Selection選項選為Same，表示對所有選中的LibRef為RES2的電阻元件進行修改，然后在CopyAttributes（復(fù)制屬性）選項組中將Designator改為“R20?”，表示電阻元件的編號都以“20”開頭，單擊OK按鈕，彈出如圖3-13所示的確認對話框，單擊Yes按鈕確認，則所有電阻的編號都變成了“R20?”。2.以核心元件為中心的自動編號以電阻元件為例具體操作方法如下圖3-12全局編輯對話框圖3-13自動編號確認對話框圖3-12全局編輯對話框圖3-13自動編號確認對話框（3）執(zhí)行菜單命令“Tools→Annotate”，所有“R20?”中的“?”由自動編號功能進行設(shè)置。這樣電阻陣列的編號就變成了“R201~R208”，如圖3-14所示。圖3-14調(diào)整后的電阻陣列自動編號（3）執(zhí)行菜單命令“Tools→Annotate”，所有“（4）對電容元件和發(fā)光二極管等元件也可以做類似的調(diào)整，調(diào)整后的電路如圖3-15所示。圖3-15調(diào)整后的發(fā)光二極管自動編號（4）對電容元件和發(fā)光二極管等元件也可以做類似的調(diào)整，調(diào)整后任務(wù)3.2單片機流水燈的PCB設(shè)計印制電路板設(shè)計流程如圖3-16所示。3.2.1準備工作繪制電路圖規(guī)劃電路板設(shè)置參數(shù)裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件庫封裝元件的布局自動布線手工調(diào)整文件保存及輸出圖3-16印制電路板設(shè)計流程圖任務(wù)3.2單片機流水燈的PCB設(shè)計印制電路板設(shè)計流程如圖3印制電路板設(shè)計步驟的具體要求：1）繪制電路圖，主要是原理圖和網(wǎng)絡(luò)表。2）規(guī)劃電路板大小尺寸、層數(shù)、元件封裝等。3）設(shè)置元件布置參數(shù)、層參數(shù)、布線參數(shù)等。4）裝載元件封裝庫和網(wǎng)絡(luò)表。5）可以先自動，后手動。6）一般選擇自動布線。7）后期一些不滿意的地方可以稍做調(diào)整。8）打印輸出。印制電路板設(shè)計步驟的具體要求：本任務(wù)主要講述單片機流水燈的PCB設(shè)計，在設(shè)計印刷電路板（PCB）前，要進行一些前期準備工作。（1）建立文件“單片機流水燈.PCB”。對原理圖文件“單片機流水燈.SCH”文件進行電氣規(guī)則檢查，可執(zhí)行菜單命令“Tools→ERC”，查看錯誤信息并修改原理圖，直至正確為止。（2）新建PCB庫，設(shè)庫名為“Mypcb.Lib”。在該庫中自制以下元件封裝：①自制復(fù)位按鈕的封裝SW-PB，焊盤間距尺寸為7.5mm×4.4mm，如圖3-17所示。本任務(wù)主要講述單片機流水燈的PCB設(shè)計，在設(shè)計印刷電路板（1

圖3-17按鈕開關(guān)實物圖、元件圖與封裝圖圖3-17按鈕開關(guān)實物圖、元件圖與封裝②自制發(fā)光二極管的封裝LED，如圖3-18所示。圖3-18發(fā)光二極管封裝圖（3）根據(jù)表3-1中的元件封裝，重新設(shè)置好各元件的封裝名稱。（4）在原理圖編輯器下，選擇菜單命令“Design→CreateNetlist”，用來生成網(wǎng)絡(luò)表文件，命名為“單片機流水燈.Net”。依據(jù)電路原理圖而生成的網(wǎng)絡(luò)表，是實現(xiàn)印刷電路板自動布局和自動布線的基礎(chǔ)。②自制發(fā)光二極管的封裝LED，如圖3-18所示。圖3-183.2.2設(shè)計PCB時應(yīng)考慮的因素1.印制電路板的結(jié)構(gòu)（1）單面板：電路板一面敷銅，另一面沒有敷銅，敷銅的一面用來布線及焊接，另一面放置元件。單面板成本低，但只適用于比較簡單的電路設(shè)計。（2）雙面板：電路板的兩面都敷銅，所以兩面都可以布線和放置元件，頂面和底面之間的電氣連接是靠過孔實現(xiàn)的。由于兩面都可以布線，所以雙面板適合設(shè)計比較復(fù)雜的電路，應(yīng)用也最為廣泛。（3）多層板：不但可以在電路板的頂層和底層布線，還可以在頂層和底層之間設(shè)置多個可以布線的中間工作層面。用多層板可以設(shè)計更加復(fù)雜的電路。3.2.2設(shè)計PCB時應(yīng)考慮的因素1.印制電路板的結(jié)構(gòu)2.規(guī)劃電路板 在繪制電路板之前，用戶要對線路板有一個初步的規(guī)劃，比如說電路板采用多大的物理尺寸，采用幾層電路板，是單層板還是雙層板，各元件采用何種封裝形式及安裝位置等。這是一項極其重要的工作，是確定線路板設(shè)計的框架。 對于要設(shè)計的電子產(chǎn)品，需要設(shè)計人員首先確定其電路板的尺寸。因此首先的工作就是電路板的規(guī)劃，也就是說電路板物理邊界的確定，并且確定電路板的電氣邊界。 在執(zhí)行PCB布局處理前，必須創(chuàng)建一個PCB板的電氣邊界。電氣邊界規(guī)定了涉及元件的生成和PCB板的跟蹤路徑輪廓，PCB板的布局將在這個輪廓中進行，規(guī)劃PCB板邊界有兩種方法：一種是手動設(shè)計規(guī)劃電路板和電氣定義，另一種方法是利用Protel的向?qū)Вㄒ婍椖?）。2.規(guī)劃電路板3.手動規(guī)劃電路板元件布置和路徑安排的外層限制一般由KeepOutLayer中放置的軌跡線或圓弧所確定，這也就確定了板的電氣輪廓。一般的這個外層輪廓邊界就是與板的物理邊界相同，設(shè)置這個電路板邊界時，必須確保軌跡線和元件不會距離邊界太近。電路板規(guī)劃并定義電氣邊界的一般步驟如下：（1）單擊編輯區(qū)下方的電路板層切換界面標簽KeepOutLayer，即可將該層設(shè)置為KeepOutLayer，如圖3-19所示。該層為禁止布線層，一般用于設(shè)置電路板的板邊界，將元件限制這個范圍內(nèi)。圖3-19電路板層切換界面

3.手動規(guī)劃電路板圖3-19電路板層切換界面（2）執(zhí)行菜單命令“Place→Keepout/Track”或單擊PlacementTools工具欄中的按鈕。（3）執(zhí)行命令后，光標會變成十字。將光標移動到初始原點的位置，單擊鼠標左鍵，即可確定第一條板邊的起點。然后拖動鼠標，將光標移到合適位置，單擊鼠標左鍵，即可確定第一條板邊的終點。用戶在該命令下，按Tab鍵，可進入LineConstraints屬性對話框如圖3-20所示，此時可以設(shè)置板邊的線寬和層面。圖3-20LineConstraints屬性對話框（2）執(zhí)行菜單命令“Place→Keepout/Track”（4）如果用戶已經(jīng)繪制了封閉的PCB板的限制區(qū)域，則使用鼠標雙擊區(qū)域的板邊，系統(tǒng)將會彈出Track屬性對話框如圖3-21所示，在該對話框中可以很精確地進行定位，并且可以設(shè)置工作層和線寬。如圖3-21Track屬性對話框（4）如果用戶已經(jīng)繪制了封閉的PCB板的限制區(qū)域，則使用鼠標（5）用同樣的方法繪制其他三條板邊，并對各邊進行精確編輯，使之首尾相接如圖3-22所示。圖3-22電路板邊界規(guī)劃（5）用同樣的方法繪制其他三條板邊，并對各邊進行精確編輯，使4.元件封裝庫的裝入電路板規(guī)劃好后，接下來的任務(wù)就是裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝。在裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝之前，必須裝入所需的元件封裝庫。如果沒有裝入所需的元件封裝庫，在裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件的過程中程序會提示找不到元件封裝，從而導(dǎo)致裝入過程出錯而失敗。裝入元件封裝庫的基本步驟如下：（1）執(zhí)行菜單命令“Design→Add/RemoveLibrary”，系統(tǒng)彈出添加/刪除元件庫對話框如圖3-23所示。在該對話框中，找出原理圖中的所有元件所對應(yīng)的元件封裝庫。選中這些庫，單擊Add，即可添加這些元件庫，制作PCB時常用的封裝庫有：Advpcb.ddb、DctoDc.ddb、General.ddb等。（2）添加完所有需要的元件封裝庫，單擊OK按鈕。4.元件封裝庫的裝入圖2-23添加PCB庫文件圖2-23添加PCB庫文件3.2.3網(wǎng)絡(luò)表與元件的裝入如果用戶是第一次裝入網(wǎng)絡(luò)表文件，網(wǎng)絡(luò)宏是為整個網(wǎng)絡(luò)表文件生成的。如果用戶不是首次裝入網(wǎng)絡(luò)表文件，而是在原有網(wǎng)絡(luò)表的基礎(chǔ)上進行的修改、添加，則網(wǎng)絡(luò)宏僅是針對修改、添加的那一部分設(shè)計而言的。用戶可以通過修改、添加或刪除網(wǎng)絡(luò)宏來更改原先的設(shè)計。如果確定所需的元件封裝庫已經(jīng)裝入程序，那么用戶就可以按照下面的步驟將網(wǎng)絡(luò)表與元件載入。（1）執(zhí)行菜單命令“Design→LoadNets”，彈出如圖3-24所示對話框。3.2.3網(wǎng)絡(luò)表與元件的裝入如果用戶是第一次裝入網(wǎng)絡(luò)表文件圖3-24裝入網(wǎng)絡(luò)表對話框裝入元件庫后就可以導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表了。當載入網(wǎng)絡(luò)表并執(zhí)行宏指令后，這些元件及網(wǎng)絡(luò)將放入工作區(qū)，成為內(nèi)部的圖件，從而受內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)編輯器的管理。另外，在工作區(qū)里自行放置的元件，其中并沒有網(wǎng)絡(luò)定義的，也可以利用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)編輯器為它們掛上網(wǎng)絡(luò)。圖3-24裝入網(wǎng)絡(luò)表對話框裝入元件庫后就可以導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表了。（2）單擊Browse查找網(wǎng)絡(luò)表的位置。選擇網(wǎng)絡(luò)表及文件對話框如圖3-25所示。圖3-25選擇網(wǎng)絡(luò)表及文件對話框（2）單擊Browse查找網(wǎng)絡(luò)表的位置。選擇網(wǎng)絡(luò)表及文件對話

如果沒有設(shè)定封裝形式，或者封裝形式不匹配，則在裝入網(wǎng)絡(luò)表時，會在列表框中顯示某些錯誤，這樣將不能正確加載這些元件。用戶的返回原理圖，修改元件的封裝，然后再重新生成網(wǎng)絡(luò)表，對原來的網(wǎng)絡(luò)表進行更新，更新記錄對話框如圖3-26所示。如果沒有設(shè)定封裝形式，或者封裝形式不匹配，則在裝入網(wǎng)絡(luò)圖3-26更新記錄對話框圖3-26更新記錄對話框（3）最后單擊Execute（執(zhí)行）按鈕，即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)表的裝入。載入元件及網(wǎng)絡(luò)表結(jié)果如圖3-27所示。圖3-27載入元件及網(wǎng)絡(luò)表（3）最后單擊Execute（執(zhí)行）按鈕，即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)表的裝3.2.4元件布局

元件布局要保證滿足電路功能和性能指標；滿足工藝性、檢測、維修等方面的要求；元器件排列整齊、疏密得當，兼顧美觀性。排列方位盡可能與原理圖一致，布線方向最好與電路圖走線方向一致；PCB四周留有5-10mm空隙不布器件；一般布局時先放置占用面積較大的元器件；先集成后分立；先主后次，多塊集成電路時先放置主電路。質(zhì)量超過15g的元器件應(yīng)當用支架，大功率器件最好裝在整機的機箱底板上，熱敏元件應(yīng)遠離發(fā)熱元件；對于管狀元器件一般采用平放。3.2.4元件布局元件布局要保證滿足電路功能和性能指1.元件的自動布局在裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝后，要把元件封裝放入工作區(qū)，這就需要對元件封裝進行布局。Protel99SE提供了強大的元件自動布局的功能，可以通過程序算法自動將元件分開，放置在規(guī)劃好的電路板電氣范圍內(nèi)。元件自動布局的實現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令“Tools→AutoPlacement/AutoPlacer…”，出現(xiàn)如圖3-28所示的對話框。圖3-28自動布局對話框1.元件的自動布局圖3-28自動布局對話框統(tǒng)計式布局方式對話框中各選項的含義如下：①GroupComponents：將當前網(wǎng)絡(luò)中連接密切的元件歸為一組。排列時該組的元件將作為整體考慮，默認狀態(tài)為選中。如果電路板上沒有足夠的面積，建議不要選取該項。②RotateComponent：根據(jù)布局需旋轉(zhuǎn)元件或元件組。若未選中該選項則元件將按原始位置放置。默認狀態(tài)為選中。③PowerNets：電源網(wǎng)絡(luò)名稱。這里將網(wǎng)絡(luò)設(shè)定為“VCC”。④GroundNets：接地網(wǎng)絡(luò)名稱。這里將接地網(wǎng)絡(luò)設(shè)定為“GND”。⑤GridSize：設(shè)置元件自動布局時格點的間距大小。采用統(tǒng)計式自動布局過程中，要進行大量而復(fù)雜的計算，耗時從幾秒到幾十分鐘不等，需耐心等待，不要強行關(guān)閉布局狀態(tài)窗口，終止自動布局過程。自動布局效果圖如圖3-29所示。統(tǒng)計式布局方式對話框中各選項的含義如下：圖3-29自動布局效果圖圖3-29自動布局效果圖2.手工編輯調(diào)整元件的布局計算機自動布局完成后，總是有的地方元件排列不夠合理，顯得雜亂無章，存在飛線交叉，元件擺放不整齊的現(xiàn)象，所以必須再進行一定程度的手工調(diào)整布局。手工調(diào)整元件布局效果圖如圖3-30所示。圖3-30手工調(diào)整元件布局效果圖2.手工編輯調(diào)整元件的布局圖3-30手工調(diào)整元件布局效果圖3.2.5常用自動布線規(guī)則設(shè)置在印制電路板布局結(jié)束后，便進入電路板的布線過程。一般說來，用戶先是對電路板布線提出某些要求，然后按照這些要求來預(yù)置布線設(shè)計規(guī)則。預(yù)置布線設(shè)計規(guī)則的設(shè)置是否合理將直接影響布線的質(zhì)量和成功率。設(shè)置完布線規(guī)則后，程序?qū)⒁罁?jù)這些規(guī)則進行自動布線。因此，自動布線之前，首先要進行參數(shù)設(shè)置。3.2.5常用自動布線規(guī)則設(shè)置在印制電路板布局結(jié)束后，便進1.自動布線設(shè)計規(guī)則的設(shè)定（1）布線基本知識下面將結(jié)合本項目單片機流水燈的設(shè)計與制作實例，講述一下布線的基本知識。①工作層信號層（SignalLayer）。對于雙面板而言，信號層必須要求有兩個，即頂層（TopLayer）和底層（BottomLayer），這兩個工作層必須設(shè)置為打開狀態(tài)，而信號層的其他層面均可以處于關(guān)閉狀態(tài)。絲印層(SilkscreenLayer)。對于雙面板而言，只須打開頂層絲印層。其他層面（Others）根據(jù)實際需要，還需要打開禁止布線層（KeepOutLayer）和多層（Multi-Layer），它們主要用于放置電路板板框和文字標注等。1.自動布線設(shè)計規(guī)則的設(shè)定②布線規(guī)則安全間距允許值（ClearanceConstrant）。在布線之前，需要定義同一個層面上兩個圖元之間所允許的最小間距，即安全間距。根據(jù)經(jīng)驗并結(jié)合本項目的具體情況，可以設(shè)置為10mil。布線拐角模式。根據(jù)電路板的需要，將電路板上的布線拐角模式設(shè)置為45°角模式。布線層的確定。對于雙面板而言，一般頂層布線方向與底層布線方向互為垂直。布線優(yōu)先級（RoutingPriority）。在這里布線優(yōu)先級設(shè)置為2。布線的拓撲結(jié)構(gòu)（RoutingTepology）。一般說來，確定一條網(wǎng)絡(luò)的走線方式以布線的總線長為最短作為設(shè)計原則。過孔的類型（RoutingViaStyle）。電源/接地線以及信號線的過孔應(yīng)區(qū)別對待，在這里設(shè)置為通孔（ThroughHole）。對電源/接地線的過孔要求的孔徑參數(shù)為：孔徑（HoleSize）為20mil，寬度（Width）為50mil。一般信號類型的過孔則為孔徑20mil，寬度40mil。對走線寬度的要求。根據(jù)電路的抗干擾性和實際的電流大小，將電源和接地的線寬確定為20mil，其他的走線寬度為10mil。②布線規(guī)則

（2）工作層的設(shè)置進行布線前，還應(yīng)該設(shè)置工作層，以便在布線時可以合理安排線路的布局。工作層的設(shè)置步驟如下：①執(zhí)行命令“Design→Options”，系統(tǒng)將會彈出設(shè)置工作層的對話框，如圖3-31所示。②在對話框中進行工作層的設(shè)置，雙面板需要選定信號層的TopLayer和BottomLayer復(fù)選框，其他選取系統(tǒng)默認值即可。圖3-31設(shè)置工作層的對話框（2）工作層的設(shè)置圖3-31設(shè)置工作層的對話框2.設(shè)置自動布線規(guī)則

Protel99SE為用戶提供了自動布線的功能，可以用來進行自動布線。在自動布線之前，必須先進行其參數(shù)的設(shè)置，下面講述自動布線規(guī)則的設(shè)置過程。 首先執(zhí)行命令“Design→Rules…”，系統(tǒng)將會彈出如圖3-32所示的對話框，在此對話框中可以設(shè)置布線規(guī)則。打開圖3-32中的Routing選項卡，即可進行布線規(guī)則參數(shù)的設(shè)定。布線規(guī)則一般都集中在規(guī)則類（RuleClasses）選項組中，在該選項組中可以設(shè)置走線最小間距約束（ClearanceConstrant）、布線轉(zhuǎn)角模式（RoutingCorners）、布線工作層（RoutingLayers）、布線優(yōu)先級（RoutingPriority）、布線的拓撲結(jié)構(gòu)（RoutingTopology）、過孔的類型(RoutingViaStyle)、走線拐彎處與磁敏二極管的距離（SMDToCornerConstraint）、走線寬度（WidthConstraint）等參數(shù)。2.設(shè)置自動布線規(guī)則圖3-32設(shè)置布線參數(shù)對話框圖3-32設(shè)置布線參數(shù)對話框（1）設(shè)置走線最小安全間距（ClearanceConstraint）該選項用于設(shè)置走線與其他對象之間的最小距離。將光標移動到圖3-32中的ClearanceConstraint處單擊鼠標右鍵，系統(tǒng)會彈出如圖3-33所示的快捷菜單，從快捷菜單中選取Add命令，即可進入安全間距設(shè)置對話框，如圖3-34所示。單擊圖3-32中Properties（特性）按鈕或者直接雙擊ClearanceConstraint選項，系統(tǒng)也可以彈出該對話框。圖3-33快捷菜單（1）設(shè)置走線最小安全間距（ClearanceConstr圖3-34安全間距設(shè)置對話框圖3-34安全間距設(shè)置對話框該對話框主要設(shè)置兩部分內(nèi)容：

①規(guī)則范圍（Rulescope）。主要用于指定本規(guī)則適用的范圍。一般情況下，指定該規(guī)則適用于整個電路板（WholeBoard）。

②規(guī)則屬性（RuleAttributes）。用戶可以根據(jù)實際的情況輸入允許的圖元之間的最小間距。（2）設(shè)置布線拐角模式（RoutingCorners）該選項用來設(shè)置走線拐彎的樣式。雙擊RoutingCorners選項，系統(tǒng)將彈出如圖3-35所示的對話框。單擊圖3-35中Properties（特性）按鈕，在彈出的拐角模式設(shè)置窗中，規(guī)則屬性（RuleAttributes）用于設(shè)定拐角模式，拐角模式有45°、90°和圓弧三種。一般系統(tǒng)默認的45°拐角模式最為常用，因為這種拐角模式拐角處電阻小，布線密度較大。該對話框主要設(shè)置兩部分內(nèi)容：圖3-35布線拐角模式對話框圖3-35布線拐角模式對話框（3）設(shè)置布線工作層及走線方向（RoutingLayers）該選項用來設(shè)置在自動布線過程中哪些信號層可以使用。雙擊RoutingLayers選項，系統(tǒng)將會彈出如圖3-36所示的布線工作層對話框。元件面錫焊面中間層圖3-36布線工作層對話框（3）設(shè)置布線工作層及走線方向（RoutingLayers默認狀態(tài)下，僅允許在頂層（TopLayer）和底層（BottomLayer）布線，而中間層1～14處于關(guān)閉狀態(tài)（NotUsed）。單擊工作層右側(cè)下拉按鈕，即可選擇該層走線方向，其中：①?Horizontal：水平方向。②Vertical：垂直方向。③Any：任意方向（即水平、垂直、斜45°等均可）。而當工作層走線方向設(shè)為“NotUsed”時，表示不在該層走線。一般雙面板兩層選擇水平或垂直走線，這樣上下兩層信號耦合最小，有利于提高系統(tǒng)的抗干擾能力。默認狀態(tài)下，僅允許在頂層（TopLayer）和底層（Bot（4）設(shè)置布線優(yōu)先級（RoutingPriority） 該選項可以設(shè)置布線的優(yōu)先級，即布線的先后順序。先布線的網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級比后布線的網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級要高。Protel提供了0～100個優(yōu)先級，數(shù)字0代表的優(yōu)先級最低，數(shù)字100代表該網(wǎng)絡(luò)的布線優(yōu)先級最高。雙擊RoutingPriority選項，系統(tǒng)將會彈出如圖3-37所示的布線優(yōu)先級對話框。用戶也可以將光標移動到RoutingPriority處單擊鼠標右鍵，然后選擇快捷菜單中的Properties選項，也可進入布線優(yōu)先級設(shè)置對話框。（4）設(shè)置布線優(yōu)先級（RoutingPriority）圖3-37布線優(yōu)先級對話框圖3-37布線優(yōu)先級對話框（5）設(shè)置布線拓撲結(jié)構(gòu)（RoutingTopology） 該選項用來設(shè)置布線的拓撲結(jié)構(gòu)。雙擊該選項后，系統(tǒng)將會彈出如圖3-38所示的布線拓撲結(jié)構(gòu)對話框。通常系統(tǒng)在自動布線時，以整個布線的線長最短為目標。用戶也可以選擇Horizontal、Vertical、Daisy→Simple、Diasy→MidDriven、Diasy→Balanced和Starburst等拓撲選項，選中各選項時，相應(yīng)的拓撲結(jié)構(gòu)會顯示在對話框中。本項目使用默認值Shortest。（5）設(shè)置布線拓撲結(jié)構(gòu)（RoutingTopology）

圖3-38布線拓撲結(jié)構(gòu)對話框圖3-38布線拓撲結(jié)構(gòu)對話框

（6）設(shè)置過孔的類型（RoutingViaStyle）該選項用來設(shè)置自動布線過程中使用的過孔的樣式。雙擊RoutingViaStyle選項，系統(tǒng)將會彈出如圖3-39所示的過孔類型對話框。用戶也可以將光標移動到RoutingViaStyle處單擊鼠標右鍵，然后選擇快捷菜單的Properties選項，也可進入過孔類型對話框。 通常過孔類型包括通孔（ThroughHole）、層附近隱藏式盲孔（BlindBuried[AdjacentLayer]）和任何層對的隱藏式盲孔（BlindBuried[AnyLayerPair]）。層附近隱藏式盲孔指的是只穿透相鄰的兩個工作層；任何層對的隱藏式盲孔指可以穿透指定工作層對之間的任何工作層。本項目選擇通孔（ThroughHole）。（6）設(shè)置過孔的類型（RoutingViaStyle）圖3-39過孔類型對話框圖3-39過孔類型對話框（7）走線拐彎處與磁敏二極管的距離（SMDToCornerConstraint）該選項用來設(shè)置走線拐彎處與磁敏二極管的距離。因為磁敏二極管對周圍的磁場比較敏感，而高頻工作時的走線拐彎處容易輻射電磁波，因此，如果電路板上放置了磁敏二極管，則應(yīng)保證其與走線拐角具有一定的距離。雙擊該選項后，系統(tǒng)將會彈出如圖3-40所示的走線拐彎處與磁敏二極管的距離對話框。 在該對話框右側(cè)的Distance編輯框中可以輸入走線拐彎處與磁敏二極管的距離，另外規(guī)則的適用范圍可以設(shè)定為WholeBoard。（7）走線拐彎處與磁敏二極管的距離（SMDToCorne圖3-40走線拐彎處與磁敏二極管的距離對話框圖3-40走線拐彎處與磁敏二極管的距離對話框（8）設(shè)置走線寬度（WidthConstraint）該選項可以設(shè)置走線的最大和最小寬度。雙擊該選項，系統(tǒng)將會彈出如圖3-41所示的走線寬度對話框。用戶可以分別在MinimumWidth編輯框中設(shè)置最小走線寬度，在MaximumWidth編輯框中設(shè)置最大走線寬度，本項目分別設(shè)定為10mil和20mil。圖3-41走線寬度對話框（8）設(shè)置走線寬度（WidthConstraint）圖3-3.本項目中布線設(shè)計規(guī)則設(shè)置的主要內(nèi)容（1）安全間距規(guī)則設(shè)置：10mil，適用于全部對象。（2）短路約束規(guī)則：不允許短路。（3）導(dǎo)線寬度限制規(guī)則：GND的線寬為30mil，+5V的線寬為25mil，其它信號線的線寬為20mil，優(yōu)先級依次降低。（4）布線層規(guī)則：雙層布線，頂層水平布線，底層垂直布線。（5）布線轉(zhuǎn)角規(guī)則：45°拐彎。（6）其它規(guī)則選擇默認。3.本項目中布線設(shè)計規(guī)則設(shè)置的主要內(nèi)容3.2.6自動布線及手工調(diào)整1.全局布線（1）首先執(zhí)行菜單命令“AutoRoute→All”，對整個電路板進行布線。（2）執(zhí)行該命令后，系統(tǒng)將彈出如圖3-42所示的自動布線設(shè)置對話框。圖3-42自動布線設(shè)置對話框3.2.6自動布線及手工調(diào)整1.全局布線圖3-42自動布（3）單擊RouteAll按鈕，系統(tǒng)就開始對電路板進行自動布線。本項目采用頂層TopLayer水平布線，底層BottomLayer垂直布線。完成后的布線結(jié)果如圖3-43所示。圖3-43自動布線效果（3）單擊RouteAll按鈕，系統(tǒng)就開始對電路板進行自動2.手工調(diào)整布線雖然自動布線速度很快，且布通率高，但效果卻不一定理想，一般都需要進行手工修改。調(diào)整布線常常需要拆除以前的布線，PCB編輯器中提供有自動拆線功能和撤消功能，當設(shè)計者對自動布線的結(jié)果不滿意時，可以使用該工具拆除電路板圖上的銅膜線而只剩下網(wǎng)絡(luò)飛線。（1）撤消操作如果布線后發(fā)現(xiàn)異常或者因為布局不合理等原因而需要重新布線，此時可以撤消原來的布線。執(zhí)行菜單命令“Tools→Un-Route/All”，即可撤消原布線操作，拆除所有連線。（2）自動拆線自動拆線的菜單命令在“Tools→Un-Route”的子菜單中，可以針對全部對象、網(wǎng)絡(luò)、連接、元件、Room空間拆除與元件連接的銅膜線。包括“Un-Route/All”（拆除所有連線）、“Un-Route/Net”(拆除某一網(wǎng)絡(luò)的所有連線)、“Un-Route/Connection”(拆除連接于兩個焊盤之間的一條印制導(dǎo)線)、“Un-Route/Component”(拆除與某一元件相連的多條連線)。如本項目圖3-45（a）中的高亮線（NetVD4-2網(wǎng)絡(luò)），走線不合理，完全可以在頂層布線。拆除此網(wǎng)絡(luò)走線，手動修改使其在頂層布線，修改后的結(jié)果如圖3-45（b）所示。自動布線后的手工調(diào)整是一項關(guān)鍵工作，直接影響到電路板的性能。手工布線調(diào)整后的流水燈PCB如圖3-46所示。2.手工調(diào)整布線（a）修改前的PCB布線圖（b）修改后的PCB布線圖圖3-45手工調(diào)整布線（a）修改前的PCB布線圖（b）修改后的PCB布線圖圖3-圖3-46手工布線調(diào)整后的流水燈PCB圖3-46手工布線調(diào)整后的流水燈PCB3.2.7PCB板的完善處理1.放置填充區(qū)有時為了減少接地電阻，改善散熱條件，需要在TO-220等封裝的功率元件四周放置填充區(qū)。放置矩形填充的操作步驟：（1）執(zhí)行菜單命令“Place→Fill”或者單擊放置工具欄中的按鈕，光標變?yōu)槭中巍＃?）將光標移到放置矩形填充的位置，單擊鼠標左鍵，確定矩形填充的第一個頂點，然后拖動鼠標，拉出一個矩形區(qū)域，再單擊鼠標左鍵，完成一個矩形填充的放置。（3）此時可繼續(xù)放置矩形填充，或單擊鼠標右鍵，結(jié)束命令狀態(tài)。在放置矩形填充的過程中，按下Tab鍵，彈出矩形填充的屬性對話框，主要的參數(shù)設(shè)置有Layer（矩形填充所在的層）和Net（矩形填充所屬于的網(wǎng)絡(luò)）。3.2.7PCB板的完善處理1.放置填充區(qū)2.放置敷銅區(qū)數(shù)字電路、高頻電路、單片機電路在設(shè)計印制板時，為使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定，除了合理布局外，常用的方法是大面積敷銅，敷銅一般接地。有時為了提高抗干擾能力，也會在時鐘電路下方放置一敷銅區(qū)或用矩形導(dǎo)線工具繪制一個封閉的矩形框，防止自動布線時在該區(qū)域走線。敷銅的操作步驟：（1）執(zhí)行菜單命令“Place→PolygonPlane...”或者單擊放置工具欄中的按鈕。（2）彈出敷銅的屬性設(shè)置對話框，如圖3-47所示。在對話框中設(shè)置有關(guān)參數(shù)后，單擊OK按鈕，光標變成十字形，進入放置敷銅狀態(tài)。2.放置敷銅區(qū)圖3-47敷銅的屬性設(shè)置對話框圖3-47敷銅的屬性設(shè)置對話框（3）在敷銅的每個拐點處單擊鼠標左鍵，最后單擊右鍵，系統(tǒng)自動將多邊形的起點和終點連接起來，構(gòu)成多邊形平面并完成填充。電路板頂層和底層敷銅效果如圖3-49所示。圖3-49電路板頂層和底層敷銅效果（3）在敷銅的每個拐點處單擊鼠標左鍵，最后單擊右鍵，系統(tǒng)圖33.DRC檢查

Protel99SE具有一個有效的設(shè)計規(guī)則檢查“DRC→DesignRuleCheck”功能，該功能可以確認設(shè)計是否滿足設(shè)計規(guī)則。DRC可以測試各種違反走線情況，比如安全錯誤、未走線網(wǎng)絡(luò)、寬度錯誤、長度錯誤和影響制造和信號完整性的錯誤。

DRC可以后臺運行，以防止違反設(shè)計規(guī)則。這種后臺運行模式可以通過設(shè)計規(guī)則檢查對話框的Online選項卡實現(xiàn)。用戶也可以隨時手動運行來檢查設(shè)計規(guī)則是否違反。 運行DRC可以執(zhí)行“Tools→DesignRuleCheck”命令，系統(tǒng)將彈出如圖3-50所示的DesignRuleCheck（設(shè)計規(guī)則檢查）對話框。在Report（報告）選項卡中設(shè)定需要檢查的規(guī)則選項。然后單擊RunDRC按鈕，就可以啟動DRC運行模式，完成檢查后將在設(shè)計窗口顯示任何可能的規(guī)則違反。3.DRC檢查圖3-50設(shè)計規(guī)則檢查對話框圖3-50設(shè)計規(guī)則檢查對話框

當用戶想在線運行DRC時，可以單擊圖3-50所示對話框的On-line標簽，進入On-line選項卡，如圖3-51所示，在該選項卡中，用戶可以設(shè)置在線規(guī)則檢查選項，設(shè)置了選項后，單擊RunDRC按鈕，即可進行后臺檢查。圖3-51設(shè)計規(guī)則檢查On-line選項卡 當用戶想在線運行DRC時，可以單擊圖3-50所示對話框的O任務(wù)3.3單片機電路雙面印制板設(shè)計

實戰(zhàn)訓(xùn)練

本訓(xùn)練的任務(wù)目標是利用電子線路CAD軟件Protel99SE完成單片機電路的雙面印制板設(shè)計，以進一步深化理解掌握有關(guān)設(shè)計要領(lǐng)。該訓(xùn)練的單片機電路原理圖如圖3-52所示，對應(yīng)的元器件屬性列表如表3-2所示。圖3-52單片機電路原理圖任務(wù)3.3單片機電路雙面印制板設(shè)計

實戰(zhàn)訓(xùn)練 本訓(xùn)練的任務(wù)單片機流水燈的設(shè)計與制作課件1.訓(xùn)練要求（1）單片機電路雙面印制板原理圖設(shè)計要求①根據(jù)要求繪制元器件符號U1、U2、RP1和RP2。②根據(jù)實際元件確定所有元器件封裝。③根據(jù)元器件屬性列表繪制原理圖并創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表文件。④根據(jù)工藝要求繪制雙面印制板圖。⑤編制工藝文件。（2）單片機電路雙面印制板圖設(shè)計要求①印制板尺寸。寬：74mm、高：54mm，安裝孔位置與孔徑如圖3-53所示。②繪制雙面板。③信號線寬為15mil。④接地網(wǎng)絡(luò)和VCC的網(wǎng)絡(luò)線寬為40mil。⑤從J1到三端穩(wěn)壓器U1輸入端線寬為60mil。⑥分別在頂層TopLayer和底層BottomLayer對電路板進行整板鋪銅。⑦原理圖與印制板圖的一致性檢查。1.訓(xùn)練要求圖3-53PCB板圖的尺寸要求圖3-53PCB板圖的尺寸要求（3）核心技能①電阻排封裝確定。②電路中有核心元器件的布局原則。③單片機電路中對晶振和晶振電路中電容的位置要求。④學(xué)習(xí)手工布線在不同工作層繪制同一導(dǎo)線的操作方法。⑤利用多邊形填充進行整板鋪銅的方法。（3）核心技能2.繪制原理圖元器件符號（1）繪制U1矩形輪廓。高：14格，寬：14格，柵格尺寸為10mil。U1如圖3-54所示。（2）繪制U2

矩形輪廓。高：7格，寬：10格，柵格尺寸為10mil。U2如圖3-55所示。

圖3-54電路符號U1

圖3-55電路符號U22.繪制原理圖元器件符號圖3-54電路符號U（3）繪制電阻排RP1、RP2 RP1、RP2可以通過修改MiscellaneousDevices.ddb元器件符號庫中提供的電阻排符號RESPACK4獲得。RESPACK4符號如圖3-56所示，修改后的電阻排符號如圖3-57所示。圖3-56RESPACK4符號畫面圖圖3-57修改后的電阻排符號（3）繪制電阻排RP1、RP2圖3-56RESPACK4符3.繪制元器件封裝型號（1）電容C2~C9封裝

C2~C9均為無極性電容，可直接使用系統(tǒng)提供的RAD0.1，只是將焊盤的孔徑加大到31mil即可。（2）電解電容C1封裝電解電容C1封裝如圖3-58所示，具體參數(shù)如下：①元器件引腳間距離：200mil。②焊盤尺寸：則焊盤直徑為82mil，焊盤孔徑為31mil。③元器件輪廓：半徑為150mil。④與元器件電路符號引腳之間的對應(yīng)：焊盤號分別為1、2，1#焊盤為正。3.繪制元器件封裝型號圖3-58電解電容C1封裝圖3-58電解電容C1封裝（3）連接器J1封裝 根據(jù)3.96mm兩針連接器封裝SIP2符號進行修改。圖3-59為連接器J1封裝符號，圖3-60為連接器J1焊盤屬性設(shè)置對話框。圖3-59連接器J1封裝符號

圖3-60連接器J1焊盤屬性設(shè)置（3）連接器J1封裝圖3-59連接器J1封裝符號圖3-（4）連接器J2封裝利用Advpcb.ddb元器件封裝庫中提供的SIP5。將SIP5的焊盤孔徑HoleSize修改為35mil，焊盤直徑X-Size、Y-Size修改為70mil。（5）電阻R1封裝可以直接采用Advpcb.ddb元器件封裝庫中提供的AXIAL0.4。（6）電阻排RP1、RP2封裝利用Advpcb.ddb元器件封裝庫中提供的SIP9，將SIP9的焊盤孔徑HoleSize修改為31mil，焊盤直徑X-Size、Y-Size修改為62mil。圖3-61為單列直插式電阻排實物圖。圖3-61單列直插式電阻排（4）連接器J2封裝圖3-61單列直插式電阻排（7）集成電路芯片U1封裝利用Advpcb.ddb元器件封裝庫中提供的DIP28，將DIP28的焊盤孔徑HoleSize修改為31mil，焊盤直徑X-Size、Y-Size修改為62mil。圖3-62為集成電路芯片U1。（8）集成電路芯片U2封裝利用Advpcb.ddb元器件封裝庫中提供的DIP16，將DIP16的焊盤孔徑HoleSize修改為31mil，焊盤直徑X-Size、Y-Size修改為62mil。（9）三端穩(wěn)壓器V1封裝本任務(wù)中三端穩(wěn)壓器V1是臥式安裝，利用Advpcb.ddb元器件封裝庫中提供的TO-220進行修改。如圖3-63所示為三端穩(wěn)壓器臥式安裝圖，如圖3-64所示為TO-220封裝符號中1#、2#、3#焊盤的參數(shù)，如圖3-65所示為TO-220封裝符號中0#焊盤的參數(shù)，如圖3-66所示為修改后的TO-220封裝符號。（7）集成電路芯片U1封裝圖3-62集成電路芯片U1圖3-63三端穩(wěn)壓器臥式安裝圖圖3-64TO-220封裝1#、2#、3#焊盤的參數(shù)修改圖3-65TO-220封裝0#焊盤的參數(shù)修改圖3-62集成電路芯片U1圖3-63三端穩(wěn)壓器臥式安裝圖3-66修改后的TO-220封裝符號圖3-66修改后的TO-220封裝符號（10）晶振Y1封裝可以直接使用Advpcb.ddb元器件封裝庫中的XTAL1，晶振實物圖如圖3-67所示。圖3-67晶振（10）晶振Y1封裝圖3-67晶振4.規(guī)劃電路板（1）雙面印制板圖需要的工作層頂層TopLayer、底層BottomLayer、機械層MechanicalLayer、頂層絲印層TopOverlay、多層MultiLayer、禁止布線層KeepOutLayer。其中頂層TopLayer不僅放置元器件，還要進行布線。（2）繪制電路板邊框在機械層Mechanical4Layer按印制板尺寸要求繪制電路板的物理邊框，同理在禁止布線層KeepOutLayer繪制電氣邊框，繪制完成的效果如圖3-53所示，圖中物理邊框和電氣邊框是重合的。（3）繪制安裝孔切換到機械層Mechanical1Layer標簽，執(zhí)行菜單命令“Place→Fullcircle”（或者單擊放置工具欄的按鈕）放置安裝孔，安裝孔的線寬為0.5mm，半徑為1.8mm。如圖3-68所示為電路板物理邊框、電氣邊框和安裝孔繪制完成后的情況。4.規(guī)劃電路板圖3-68物理邊界、電氣邊界和安裝孔繪制完成后的情況圖3-68物理邊界、電氣邊界和安裝孔繪制完成后的情況5.裝入網(wǎng)絡(luò)表及對元器件進行布局（1）加載元器件封裝庫加載系統(tǒng)提供的元器件封裝庫Advpcb.ddb，再打開自己建的元器件封裝庫。（2）裝入網(wǎng)絡(luò)表在PCB文件中執(zhí)行菜單命令“Design→LoadNets”，將根據(jù)原理圖產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)表文件裝入到PCB文件中。（3）元器件布局經(jīng)自動布局和手工調(diào)整后的電路板元器件布局如圖3-69所示。5.裝入網(wǎng)絡(luò)表及對元器件進行布局圖3-69完成布局后的情況圖3-69完成布局后的情況6.手工布線（1）調(diào)整焊盤參數(shù)①調(diào)整C2~C9的焊盤，將焊盤孔徑HoleSize設(shè)置為31mil；②調(diào)整J2的焊盤，將焊盤孔徑HoleSize設(shè)置為35mil，將焊盤直徑X-Size、Y-Size設(shè)置為70mil；③調(diào)整RP1、RP2的焊盤，將盤孔徑HoleSize設(shè)置為31mil，將焊盤直徑X-Size、Y-Size設(shè)置為62mil；④調(diào)整U1的焊盤，將盤孔徑HoleSize設(shè)置為31mil，將焊盤直徑X-Size、Y-Size設(shè)置為62mil；⑤調(diào)整U2的焊盤，將盤孔徑HoleSize設(shè)置為31mil，將焊盤直徑X-Size、Y-Size設(shè)置為62mil。（2）設(shè)置布線規(guī)則對印刷電路板布線時，線寬采取圖3-70所示規(guī)則進行線寬設(shè)置。6.手工布線圖3-70設(shè)置線寬圖3-70設(shè)置線寬（3）手工布線 本項目采用頂層TopLayer垂直布線，底層BottomLayer水平布線。全局手工布線效果圖如圖3-71所示。圖3-71全局布線效果（3）手工布線圖3-71全局布線效果（4）敷銅①在三端穩(wěn)壓器的散熱片位置放置矩形單層焊盤，矩形焊盤屬性設(shè)置如圖3-72所示，矩形單層焊盤放置到三端穩(wěn)壓器V1的散熱片位置如圖3-73所示。(a)焊盤形狀與尺寸設(shè)置(b)焊盤網(wǎng)絡(luò)設(shè)置（4）敷銅(a)焊盤形狀與尺寸設(shè)置(b)焊盤網(wǎng)絡(luò)圖3-73在三端穩(wěn)壓器V1的散熱片位置放置矩形單層焊盤圖3-73在三端穩(wěn)壓器V1的散熱片位置放置矩形單層焊盤②進行整板敷銅 按如圖3-74所示進行設(shè)置后，對電路板進行整板敷銅。在TopLayer和BottomLayer分別進行整板鋪銅。整板敷銅效果圖如圖3-75所示。圖3-74敷銅屬性設(shè)置對話框②進行整板敷銅圖3-74敷銅屬性設(shè)置對話框圖3-75整板敷銅效果圖圖3-75整板敷銅效果圖項目小結(jié)本項目主要介紹了單片機流水燈印制電路板的設(shè)計過程，要求掌握以下主要內(nèi)容：1）采用網(wǎng)絡(luò)標號的方法繪制原理圖。2）雙層電路板PCB設(shè)計方法與流程。3）PCB設(shè)計規(guī)則的設(shè)置。4）元器件實際封裝的制作方法。5）PCB的完善處理。6）PCB工作參數(shù)的設(shè)置。項目小結(jié)任務(wù)3.1單片機流水燈的原理圖單片機流水燈電路原理圖如圖3-1所示，電路由電源模塊電路、單片機控制模塊電路和發(fā)光二極管顯示模塊電路構(gòu)成，通過對單片機進行編程就可控制流水燈。單片機流水燈控制電路所需元件屬性如表3-1所示。任務(wù)3.1單片機流水燈的原理圖單片機流水燈電路原理圖如圖3圖3-1單片機流水燈電路原理圖圖3-1單片機流水燈電路原理圖表3-1單片機流水燈元件屬性表表3-1單片機流水燈元件屬性表3.1.1網(wǎng)絡(luò)標號的使用如圖3-2所示，執(zhí)行菜單命令“Place→NetLabel”（或者單擊布線工具欄上的按鈕），即可開始放置網(wǎng)絡(luò)標號。此時鼠標光標會帶有一個網(wǎng)絡(luò)標號名稱的虛線框，光標所指位置為網(wǎng)絡(luò)標號的參考點，通過使用鼠標左鍵單擊引腳的末端或與引腳相連的導(dǎo)線，即可將該網(wǎng)絡(luò)標號與該引腳關(guān)聯(lián)起來。按Tab鍵，可以打開如圖3-3所示的網(wǎng)絡(luò)標號屬性設(shè)置頁面，在Net一欄中可以修改網(wǎng)絡(luò)標號的名稱，也可以用鼠標左鍵單擊向下的箭頭打開下拉列表選擇已有的網(wǎng)絡(luò)，如圖3-4所示。

圖3-2網(wǎng)絡(luò)標號選擇菜單命令圖3-3網(wǎng)絡(luò)標號屬性設(shè)置頁面圖3-4網(wǎng)絡(luò)標號選擇頁面3.1.1網(wǎng)絡(luò)標號的使用如圖3-2所示，執(zhí)行菜單命令“Pl與具有相同名稱的網(wǎng)絡(luò)標號相關(guān)聯(lián)的引腳或?qū)Ь€在電氣上是連接在一起的，因此將名稱相同的網(wǎng)絡(luò)標號放置到總線兩端對應(yīng)引腳的入口處，即可賦予總線連接方式的電氣連接特性，如圖3-5所示。網(wǎng)絡(luò)標號圖3-5網(wǎng)絡(luò)標號示意圖與具有相同名稱的網(wǎng)絡(luò)標號相關(guān)聯(lián)的引腳或?qū)Ь€在電氣上是連接在一有相同名稱的網(wǎng)絡(luò)標號標識的導(dǎo)線或引腳在電氣上都是相連的，并不局限于總線連接方式，因此在連線復(fù)雜或連線比較困難的地方都可以使用，從而簡化電路連接。用網(wǎng)絡(luò)標號標識導(dǎo)線連接如圖3-6所示，用網(wǎng)絡(luò)標號簡化電路連接如圖3-7所示。

圖3-6網(wǎng)絡(luò)標號標識導(dǎo)線連接圖3-7網(wǎng)絡(luò)標號簡化電路

有相同名稱的網(wǎng)絡(luò)標號標識的導(dǎo)線或引腳在電氣上都是相連的，并不1.元件自動編號操作以如圖3-8所示的電阻陣列（所有電阻均為“R?”）的自動編號為例。執(zhí)行菜單命令“Tools→Annotate”，如圖3-9所示，此時會打開如圖3-10所示的自動編號設(shè)置對話框，即可對原理圖中的元件進行自動編號。3.1.2元件的自動編號圖3-8電阻陣列1.元件自動編號操作3.1.2元件的自動編號圖3-8電阻

圖3-9元件自動編號菜單命令

圖3-10自動編號設(shè)置對話框圖3-9元

通過對圖3-10所示對話框的選項進行設(shè)置，可以實現(xiàn)多種形式的自動編號。（1）單擊AnnotateOptions(重新編號范圍)下拉按鈕，選擇參與重新編號的元件，其中：（2）必要時，單擊“GroupPartsTogetherIfMatchBy”(滿足下列條件的元件組)選擇框內(nèi)相應(yīng)的選項，將滿足特定條件的元件組視為同一元件。例如，當選擇“PartType”選項時，則集成電路芯片中的各單元電路（復(fù)合元件）被視為同一器件，并用U1A、U1B、U1C等作為這類器件的編號。單擊OK按鈕就可以實現(xiàn)元器件的自動編號。自動編號后的電阻陣列如圖3-11所示（所有電阻“R?”中的“?”自動排列為數(shù)字編號“1~8”）。圖3-11電阻陣列自動編號圖通過對圖3-10所示對話框的選項進行設(shè)置，可以實現(xiàn)2.以核心元件為中心的自動編號如果需要對如圖3-1所示的電路模塊中的元件編號進行修改，希望使電阻、電容、發(fā)光二極管等分立元件的編號以核心元件U2為基準進行編號，即將其編號修改為“R2XX”、“D2XX”等樣式的形式，這樣當看到編號以“2”開頭的元件時即能夠很快地知道它是在U2周圍的元件，從而極大地方便了對元件的管理。以電阻元件為例具體操作方法如下：（1）用鼠標左鍵雙擊一個電阻元件，打開其屬性對話框。（2）單擊右下角的Global按鈕，打開全局編輯對話框，如圖3-12所示。在AttributesToMatchBy（匹配屬性）選項組的LibRef文本框中輸入“RES2”，同時將Selection選項選為Same，表示對所有選中的LibRef為RES2的電阻元件進行修改，然后在CopyAttributes（復(fù)制屬性）選項組中將Designator改為“R20?”，表示電阻元件的編號都以“20”開頭，單擊OK按鈕，彈出如圖3-13所示的確認對話框，單擊Yes按鈕確認，則所有電阻的編號都變成了“R20?”。2.以核心元件為中心的自動編號以電阻元件為例具體操作方法如下圖3-12全局編輯對話框圖3-13自動編號確認對話框圖3-12全局編輯對話框圖3-13自動編號確認對話框（3）執(zhí)行菜單命令“Tools→Annotate”，所有“R20?”中的“?”由自動編號功能進行設(shè)置。這樣電阻陣列的編號就變成了“R201~R208”，如圖3-14所示。圖3-14調(diào)整后的電阻陣列自動編號（3）執(zhí)行菜單命令“Tools→Annotate”，所有“（4）對電容元件和發(fā)光二極管等元件也可以做類似的調(diào)整，調(diào)整后的電路如圖3-15所示。圖3-15調(diào)整后的發(fā)光二極管自動編號（4）對電容元件和發(fā)光二極管等元件也可以做類似的調(diào)整，調(diào)整后任務(wù)3.2單片機流水燈的PCB設(shè)計印制電路板設(shè)計流程如圖3-16所示。3.2.1準備工作繪制電路圖規(guī)劃電路板設(shè)置參數(shù)裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件庫封裝元件的布局自動布線手工調(diào)整文件保存及輸出圖3-16印制電路板設(shè)計流程圖任務(wù)3.2單片機流水燈的PCB設(shè)計印制電路板設(shè)計流程如圖3印制電路板設(shè)計步驟的具體要求：1）繪制電路圖，主要是原理圖和網(wǎng)絡(luò)表。2）規(guī)劃電路板大小尺寸、層數(shù)、元件封裝等。3）設(shè)置元件布置參數(shù)、層參數(shù)、布線參數(shù)等。4）裝載元件封裝庫和網(wǎng)絡(luò)表。5）可以先自動，后手動。6）一般選擇自動布線。7）后期一些不滿意的地方可以稍做調(diào)整。8）打印輸出。印制電路板設(shè)計步驟的具體要求：本任務(wù)主要講述單片機流水燈的PCB設(shè)計，在設(shè)計印刷電路板（PCB）前，要進行一些前期準備工作。（1）建立文件“單片機流水燈.PCB”。對原理圖文件“單片機流水燈.SCH”文件進行電氣規(guī)則檢查，可執(zhí)行菜單命令“Tools→ERC”，查看錯誤信息并修改原理圖，直至正確為止。（2）新建PCB庫，設(shè)庫名為“Mypcb.Lib”。在該庫中自制以下元件封裝：①自制復(fù)位按鈕的封裝SW-PB，焊盤間距尺寸為7.5mm×4.4mm，如圖3-17所示。本任務(wù)主要講述單片機流水燈的PCB設(shè)計，在設(shè)計印刷電路板（1

圖3-17按鈕開關(guān)實物圖、元件圖與封裝圖圖3-17按鈕開關(guān)實物圖、元件圖與封裝②自制發(fā)光二極管的封裝LED，如圖3-18所示。圖3-18發(fā)光二極管封裝圖（3）根據(jù)表3-1中的元件封裝，重新設(shè)置好各元件的封裝名稱。（4）在原理圖編輯器下，選擇菜單命令“Design→CreateNetlist”，用來生成網(wǎng)絡(luò)表文件，命名為“單片機流水燈.Net”。依據(jù)電路原理圖而生成的網(wǎng)絡(luò)表，是實現(xiàn)印刷電路板自動布局和自動布線的基礎(chǔ)。②自制發(fā)光二極管的封裝LED，如圖3-18所示。圖3-183.2.2設(shè)計PCB時應(yīng)考慮的因素1.印制電路板的結(jié)構(gòu)（1）單面板：電路板一面敷銅，另一面沒有敷銅，敷銅的一面用來布線及焊接，另一面放置元件。單面板成本低，但只適用于比較簡單的電路設(shè)計。（2）雙面板：電路板的兩面都敷銅，所以兩面都可以布線和放置元件，頂面和底面之間的電氣連接是靠過孔實現(xiàn)的。由于兩面都可以布線，所以雙面板適合設(shè)計比較復(fù)雜的電路，應(yīng)用也最為廣泛。（3）多層板：不但可以在電路板的頂層和底層布線，還可以在頂層和底層之間設(shè)置多個可以布線的中間工作層面。用多層板可以設(shè)計更加復(fù)雜的電路。3.2.2設(shè)計PCB時應(yīng)考慮的因素1.印制電路板的結(jié)構(gòu)2.規(guī)劃電路板 在繪制電路板之前，用戶要對線路板有一個初步的規(guī)劃，比如說電路板采用多大的物理尺寸，采用幾層電路板，是單層板還是雙層板，各元件采用何種封裝形式及安裝位置等。這是一項極其重要的工作，是確定線路板設(shè)計的框架。 對于要設(shè)計的電子產(chǎn)品，需要設(shè)計人員首先確定其電路板的尺寸。因此首先的工作就是電路板的規(guī)劃，也就是說電路板物理邊界的確定，并且確定電路板的電氣邊界。 在執(zhí)行PCB布局處理前，必須創(chuàng)建一個PCB板的電氣邊界。電氣邊界規(guī)定了涉及元件的生成和PCB板的跟蹤路徑輪廓，PCB板的布局將在這個輪廓中進行，規(guī)劃PCB板邊界有兩種方法：一種是手動設(shè)計規(guī)劃電路板和電氣定義，另一種方法是利用Protel的向?qū)Вㄒ婍椖?）。2.規(guī)劃電路板3.手動規(guī)劃電路板元件布置和路徑安排的外層限制一般由KeepOutLayer中放置的軌跡線或圓弧所確定，這也就確定了板的電氣輪廓。一般的這個外層輪廓邊界就是與板的物理邊界相同，設(shè)置這個電路板邊界時，必須確保軌跡線和元件不會距離邊界太近。電路板規(guī)劃并定義電氣邊界的一般步驟如下：（1）單擊編輯區(qū)下方的電路板層切換界面標簽KeepOutLayer，即可將該層設(shè)置為KeepOutLayer，如圖3-19所示。該層為禁止布線層，一般用于設(shè)置電路板的板邊界，將元件限制這個范圍內(nèi)。圖3-19電路板層切換界面

3.手動規(guī)劃電路板圖3-19電路板層切換界面（2）執(zhí)行菜單命令“Place→Keepout/Track”或單擊PlacementTools工具欄中的按鈕。（3）執(zhí)行命令后，光標會變成十字。將光標移動到初始原點的位置，單擊鼠標左鍵，即可確定第一條板邊的起點。然后拖動鼠標，將光標移到合適位置，單擊鼠標左鍵，即可確定第一條板邊的終點。用戶在該命令下，按Tab鍵，可進入LineConstraints屬性對話框如圖3-20所示，此時可以設(shè)置板邊的線寬和層面。圖3-20LineConstraints屬性對話框（2）執(zhí)行菜單命令“Place→Keepout/Track”（4）如果用戶已經(jīng)繪制了封閉的PCB板的限制區(qū)域，則使用鼠標雙擊區(qū)域的板邊，系統(tǒng)將會彈出Track屬性對話框如圖3-21所示，在該對話框中可以很精確地進行定位，并且可以設(shè)置工作層和線寬。如圖3-21Track屬性對話框（4）如果用戶已經(jīng)繪制了封閉的PCB板的限制區(qū)域，則使用鼠標（5）用同樣的方法繪制其他三條板邊，并對各邊進行精確編輯，使之首尾相接如圖3-22所示。圖3-22電路板邊界規(guī)劃（5）用同樣的方法繪制其他三條板邊，并對各邊進行精確編輯，使4.元件封裝庫的裝入電路板規(guī)劃好后，接下來的任務(wù)就是裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝。在裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝之前，必須裝入所需的元件封裝庫。如果沒有裝入所需的元件封裝庫，在裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件的過程中程序會提示找不到元件封裝，從而導(dǎo)致裝入過程出錯而失敗。裝入元件封裝庫的基本步驟如下：（1）執(zhí)行菜單命令“Design→Add/RemoveLibrary”，系統(tǒng)彈出添加/刪除元件庫對話框如圖3-23所示。在該對話框中，找出原理圖中的所有元件所對應(yīng)的元件封裝庫。選中這些庫，單擊Add，即可添加這些元件庫，制作PCB時常用的封裝庫有：Advpcb.ddb、DctoDc.ddb、General.ddb等。（2）添加完所有需要的元件封裝庫，單擊OK按鈕。4.元件封裝庫的裝入圖2-23添加PCB庫文件圖2-23添加PCB庫文件3.2.3網(wǎng)絡(luò)表與元件的裝入如果用戶是第一次裝入網(wǎng)絡(luò)表文件，網(wǎng)絡(luò)宏是為整個網(wǎng)絡(luò)表文件生成的。如果用戶不是首次裝入網(wǎng)絡(luò)表文件，而是在原有網(wǎng)絡(luò)表的基礎(chǔ)上進行的修改、添加，則網(wǎng)絡(luò)宏僅是針對修改、添加的那一部分設(shè)計而言的。用戶可以通過修改、添加或刪除網(wǎng)絡(luò)宏來更改原先的設(shè)計。如果確定所需的元件封裝庫已經(jīng)裝入程序，那么用戶就可以按照下面的步驟將網(wǎng)絡(luò)表與元件載入。（1）執(zhí)行菜單命令“Design→LoadNets”，彈出如圖3-24所示對話框。3.2.3網(wǎng)絡(luò)表與元件的裝入如果用戶是第一次裝入網(wǎng)絡(luò)表文件圖3-24裝入網(wǎng)絡(luò)表對話框裝入元件庫后就可以導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表了。當載入網(wǎng)絡(luò)表并執(zhí)行宏指令后，這些元件及網(wǎng)絡(luò)將放入工作區(qū)，成為內(nèi)部的圖件，從而受內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)編輯器的管理。另外，在工作區(qū)里自行放置的元件，其中并沒有網(wǎng)絡(luò)定義的，也可以利用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)編輯器為它們掛上網(wǎng)絡(luò)。圖3-24裝入網(wǎng)絡(luò)表對話框裝入元件庫后就可以導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表了。（2）單擊Browse查找網(wǎng)絡(luò)表的位置。選擇網(wǎng)絡(luò)表及文件對話框如圖3-25所示。圖3-25選擇網(wǎng)絡(luò)表及文件對話框（2）單擊Browse查找網(wǎng)絡(luò)表的位置。選擇網(wǎng)絡(luò)表及文件對話

如果沒有設(shè)定封裝形式，或者封裝形式不匹配，則在裝入網(wǎng)絡(luò)表時，會在列表框中顯示某些錯誤，這樣將不能正確加載這些元件。用戶的返回原理圖，修改元件的封裝，然后再重新生成網(wǎng)絡(luò)表，對原來的網(wǎng)絡(luò)表進行更新，更新記錄對話框如圖3-26所示。如果沒有設(shè)定封裝形式，或者封裝形式不匹配，則在裝入網(wǎng)絡(luò)圖3-26更新記錄對話框圖3-26更新記錄對話框（3）最后單擊Execute（執(zhí)行）按鈕，即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)表的裝入。載入元件及網(wǎng)絡(luò)表結(jié)果如圖3-27所示。圖3-27載入元件及網(wǎng)絡(luò)表（3）最后單擊Execute（執(zhí)行）按鈕，即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)表的裝3.2.4元件布局

元件布局要保證滿足電路功能和性能指標；滿足工藝性、檢測、維修等方面的要求；元器件排列整齊、疏密得當，兼顧美觀性。排列方位盡可能與原理圖一致，布線方向最好與電路圖走線方向一致；PCB四周留有5-10mm空隙不布器件；一般布局時先放置占用面積較大的元器件；先集成后分立；先主后次，多塊集成電路時先放置主電路。質(zhì)量超過15g的元器件應(yīng)當用支架，大功率器件最好裝在整機的機箱底板上，熱敏元件應(yīng)遠離發(fā)熱元件；對于管狀元器件一般采用平放。3.2.4元件布局元件布局要保證滿足電路功能和性能指1.元件的自動布局在裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝后，要把元件封裝放入工作區(qū)，這就需要對元件封裝進行布局。Protel99SE提供了強大的元件自動布局的功能，可以通過程序算法自動將元件分開，放置在規(guī)劃好的電路板電氣范圍內(nèi)。元件自動布局的實現(xiàn)方法可以執(zhí)行菜單命令“Tools→AutoPlacement/AutoPlacer…”，出現(xiàn)如圖3-28所示的對話框。圖3-28自動布局對話框1.元件的自動布局圖3-28自動布局對話框統(tǒng)計式布局方式對話框中各選項的含義如下：①GroupComponents：將當前網(wǎng)絡(luò)中連接密切的元件歸為一組。排列時該組的元件將作為整體考慮，默認狀態(tài)為選中。如果電路板上沒有足夠的面積，建議不要選取該項。②RotateComponent：根據(jù)布局需旋轉(zhuǎn)元件或元件組。若未選中該選項則元件將按原始位置放置。默認狀態(tài)為選中。③PowerNets：電源網(wǎng)絡(luò)名稱。這里將網(wǎng)絡(luò)設(shè)定為“VCC”。④GroundNets：接地網(wǎng)絡(luò)名稱。這里將接地網(wǎng)絡(luò)設(shè)定為“GND”。⑤GridSize：設(shè)置元件自動布局時格點的間距大小。采用統(tǒng)計式自動布局過程中，要進行大量而復(fù)雜的計算，耗時從幾秒到幾十分鐘不等，需耐心等待，不要強行關(guān)閉布局狀態(tài)窗口，終止自動布局過程。自動布局效果圖如圖3-29所示。統(tǒng)計式布局方式對話框中各選項的含義如下：圖3-29自動布局效果圖圖3-29自動布局效果圖2.手工編輯調(diào)整元件的布局計算機自動布局完成后，總是有的地方元件排列不夠合理，顯得雜亂無章，存在飛線交叉，元件擺放不整齊的現(xiàn)象，所以必須再進行一定程度的手工調(diào)整布局。手工調(diào)整元件布局效果圖如圖3-30所示。圖3-30手工調(diào)整元件布局效果圖2.手工編輯調(diào)整元件的布局圖3-30手工調(diào)整元件布局效果圖3.2.5常用自動布線規(guī)則設(shè)置在印制電路板布局結(jié)束后，便進入電路板的布線過程。一般說來，用戶先是對電路板布線提出某些要求，然后按照這些要求來預(yù)置布線設(shè)計規(guī)則。預(yù)置布線設(shè)計規(guī)則的設(shè)置是否合理將直接影響布線的質(zhì)量和成功率。設(shè)置完布線規(guī)則后，程序?qū)⒁罁?jù)這些規(guī)則進行自動布線。因此，自動布線之前，首先要進行參數(shù)設(shè)置。3.2.5常用自動布線規(guī)則設(shè)置在印制電路板布局結(jié)束后，便進1.自動布線設(shè)計規(guī)則的設(shè)定（1）布線基本知識下面將結(jié)合本項目單片機流水燈的設(shè)計與制作實例，講述一下布線的基本知識。①工作層信號層（SignalLayer）。對于雙面板而言，信號層必須要求有兩個，即頂層（TopLayer）和底層（BottomLayer），這兩個工作層必須設(shè)置為打開狀態(tài)，而信號層的其他層面均可以處于關(guān)閉狀態(tài)。絲印層(SilkscreenLayer)。對于雙面板而言，只須打開頂層絲印層。其他層面（Others）根據(jù)實際需要，還需要打開禁止布線層（KeepOutLayer）和多層（Multi-Layer），它們主要用于放置電路板板框和文字標注等。1.自動布線設(shè)計規(guī)則的設(shè)定②布線規(guī)則安全間距允許值（ClearanceConstrant）。在布線之前，需要定義同一個層面上兩