《電子線路CAD設(shè)計項目化教程》課件項目七 8051紅外遙控接收電路PCB設(shè)計（AD軟件操作）

項目七8051紅外遙控接收電路（基于Altium軟件）

本項目是在8051紅外遙控接收電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，講解Protel99SE的高級版本-AltiumDesigner軟件的基本使用方法。AltiumDesigner是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運行在Windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓撲邏輯自動布線、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計者提供了全新的設(shè)計解決方案，使設(shè)計者可以輕松進行設(shè)計，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計的質(zhì)量和效率大大提高。AltiumDesigner相對于之前所講的Protel99SE，功能更加強大，對計算機性能要求較高。但是快捷操作、菜單命令等信息與99SE基本相同。我們熟悉了99SE的基本使用方法，學習AltiumDesigner軟件相對比較容易。本項目中所用的“8051紅外遙控接收電路”的電路原理圖參考圖3-1。下面介紹AltiumDesigner軟件從原理圖到PCB的設(shè)計過程。7.1AltiumDesigner軟件中工程創(chuàng)建

雙擊打開AltiumDesigner軟件，進入初始界面，如圖所示。

7.1AltiumDesigner軟件中工程創(chuàng)建

在進行設(shè)計之前，我們首先要通過File菜單建立一個工程文件，完成從原理圖到PCB的完整設(shè)計過程。執(zhí)行“File（文件）->New（新建）->Project（工程）->PCBProject（PCB工程）”菜單命令進入PCB類型選擇對話框，如圖所示。

7.1AltiumDesigner軟件中工程創(chuàng)建直接選擇ProtelPcb格式（默認），點OK確認，系統(tǒng)自動創(chuàng)建PCB工程文件：PCB_Project1.PrjPCB，如圖所示。

7.1AltiumDesigner軟件中工程創(chuàng)建修改新建的PCB工程文件的文件名和保存路徑。執(zhí)行“File（文件）->SaveProject（保存工程）”菜單命令，保存工程文件，如圖所示。

7.1AltiumDesigner軟件中工程創(chuàng)建

修改保存路徑及工程名稱。注意工程保存路徑，將工程名改為“8051紅外遙控接收電路”，后綴名.PrjPCB不需要修改。

7.2自定義元件在之前創(chuàng)建好的工程文件中，我們選中“8051紅外遙控接收電路.PrjPCB”，單擊鼠標右鍵，為工程添加設(shè)計文件，如圖所示。7.2自定義元件

添加一個原理圖庫文件SchematicLibrary。

7.2自定義元件新添加的文件默認名稱為“Schlib1.Schlib”，我們需要將此文件名稱和保存路徑進行修改。執(zhí)行“File（文件）->Save（保存）”菜單命令，在出現(xiàn)的對話框中對文件名進行修改，默認保存路徑就是之前創(chuàng)建工程的保存路徑，在這里可以不用修改，如圖所示。

7.2自定義元件文件名稱和保存路徑修改完成后，單擊保存即可。保存好后的界面如圖所示。

7.2自定義元件和99SE一樣，在繪制元件原理圖符號時，也需要以繪圖區(qū)域的原點為基準繪制。上圖界面的右下角，執(zhí)行“SCH（原理圖）->SCHLibrary（原理圖庫）”菜單命令，打開元件原理圖庫管理窗口，如圖所示。

7.2自定義元件可以看出，在Components（元件）列表下只有一個元件，默認名稱為COMPONENT_1，選中該默認器件后，執(zhí)行“Tools（工具）->RenameComponent（重命名元器件）”菜單命令，更改元件名稱為AT89C2051，如圖所示。

7.2自定義元件在繪圖窗口中繪制AT89C2051原理圖符號。繪制元件符號可以利用主工具欄中的繪圖工具繪制，如圖。繪圖工具中包含放置直線、曲線、圓弧、多邊形、字符、文本、元件向?qū)?、矩形填充、元件引腳等圖形信息。

7.2自定義元件在繪制AT89C2051元件符號時，首先在繪圖的原點放置矩形填充，然后放置引腳，修改引腳序號和名稱后，最終繪制完成的AT89C2051元件模型如圖所示。繪制元件原理圖符號的基本方法與99SE基本相同。

7.2自定義元件元件原理圖符號繪制完成后，可以在SCH庫管理器中查看相關(guān)信息，其中包含元件名稱、引腳信息等，如圖。

7.3原理圖繪制基礎(chǔ)7.3.1原理圖文件創(chuàng)建與保存在“8051紅外遙控接口電路”的工程文件中添加一個原理圖文件。添加方法與之前的元件原理圖符號庫文件的添加方法相同。7.3原理圖繪制基礎(chǔ)7.3.1原理圖文件創(chuàng)建與保存添加完成后，執(zhí)行“File（文件）->Save（保存）”菜單命令，保存原理圖文件并對文件重命名，命名為“8051紅外遙控接收電路.SchDoc”，保存后的界面如圖所示。7.3原理圖繪制基礎(chǔ)7.3.2元件放置及屬性修改在AltiumDesigner軟件中，可以執(zhí)行右下角菜單命令“System（系統(tǒng)）->Libraries（庫）”，調(diào)出元件庫列表，如圖所示。7.3原理圖繪制基礎(chǔ)7.3.2元件放置及屬性修改在默認狀態(tài)下，ALtiumDesigner軟件中原理圖編輯器文件可以調(diào)用的的元件庫有兩個：MiscellaneousDevices.SchLib和MiscellaneousDevices.IntLib，電路原理圖繪制中常用的電阻、電容、電感、二極管、三極管、接口等器件都能在這兩個庫中找到。同時在元件庫列表中還能看到我們自己創(chuàng)建的“自定義元件庫.SchLib”，其內(nèi)部有一個元件即我們之前定義的AT89C2051。元件庫中基本元件大家可以自行查看。原理圖繪制中，元件放置和旋轉(zhuǎn)的基本操作與之前的99SE基本相同，當在元件庫中找到合適元件后，雙擊即可快速放置元件。

原理圖繪制的操作大家自行練習。7.4自定義元件封裝在PCB設(shè)計中，我們需要給原理圖中的每一個元件設(shè)置一個合適的元件封裝。有的封裝可以在默認封裝庫中找到，但是有些元件封裝需要自己定義。本項目所用到的元件封裝見下表。

其中，DIP20，RB.1/.2_1，SW-PB，LED-5MM，TO-92C，RF_IN封裝需要自行設(shè)計。其他封裝在AD的默認封裝庫中能夠找到。

7.4自定義元件封裝7.4.1新建PCB封裝庫文件在Projects窗口中選中“8051紅外遙控接收電路.PrjPCB”的工程文件，單擊右鍵在下拉菜單中選擇AddNewtoProject（為工程添加新文件），添加PCBLibrary（PCB庫）文件，操作過程如圖所示。7.4自定義元件封裝7.4.1新建PCB封裝庫文件添加完成后，將該文件命名為“自定義元件封裝.PcbLib”，并保存在當前工程下，如圖所示。7.4自定義元件封裝7.4.2修改元件封裝名稱在上所示的PCB封裝庫編譯器中，可以看出有一個PCBLibrary（封裝庫）管理窗口，其中包含一個默認封裝名稱：PCBCOMPONENT_1，選中該默認封裝后雙擊，進入封裝信息修改對話框，如下圖所示。修改元件封裝名稱為RB.1/.2_1，該封裝為10uf電解電容的封裝，兩個焊盤之間的間距為100mil，垂直投影輪廓為一個圓，直徑為200mil。7.4自定義元件封裝7.4.3繪制元件封裝修改完元件封裝名稱，將鼠標光標放在繪圖窗口，放大圖紙可以看出明顯的柵格。在繪制元件封裝時，需要在坐標原點繪制元件封裝。RB.1/.2_1封裝對應(yīng)的是紅外遙控接收電路中的C1和C2，由于這兩個電容尺寸較小，兩個引腳之間間距100mil，在電路板上的垂直投影為圓形，且圓的直徑為200mil。將電路板層切換到TopOverlayer（頂層絲印層），利用放置對象工具中的放置圓弧工具在坐標原點放置一個封閉圓弧，鼠標雙擊該圓弧，進入屬性參數(shù)設(shè)置對話框。7.4自定義元件封裝7.4.3繪制元件封裝在X軸上放置兩個焊盤。焊盤之間的間距為100mil，兩個焊盤水平對稱。焊盤的孔徑設(shè)置為0.8mm，外徑2mm，圓形，這些設(shè)置參數(shù)可以通過焊盤屬性參數(shù)設(shè)置對話框修改，如圖所示。焊盤坐標孔徑設(shè)置焊盤孔的形狀屬性參數(shù)焊盤外形焊盤外徑尺寸形狀7.4自定義元件封裝7.4.3繪制元件封裝焊盤放置過程中，需要對焊盤的序號進行設(shè)置。元件封裝中焊盤的序號要和元件原理圖符號中引腳序號要保持一致，電解電容的正極引腳序號為1，負極引腳序號為2。所以在設(shè)置該元件封裝時，焊盤的序號也應(yīng)該是1和2，且1號焊盤是電容的正極。修改焊盤的引腳序號可以在焊盤屬性對話框中的Designator中修改。如圖所示。7.4自定義元件封裝7.4.3繪制元件封裝設(shè)置完成后，在絲印層繪制正極標記，RB.1/.2_1封裝就設(shè)計完成，參考封裝如圖所示。

7.4自定義元件封裝7.4.3繪制元件封裝

在AltiumDesigner中，在放置完焊盤是看不到焊盤序號的，直接顯示焊盤序號可以在軟件屬性參數(shù)中設(shè)置，執(zhí)行“Tools（工具）->Preferences（屬性）”菜單命令，進入屬性對話框，如圖所示。展開PCBEditor（PCB編輯器），在下拉列表中選擇BoardInsightDisplay（電路板洞察顯示），將其屬性參數(shù)中將PadNumbers（焊盤序號）復(fù)選框選中。7.4自定義元件封裝7.4.3繪制元件封裝元件封裝繪制完成后，可以在PCBLibrary管理窗口中看到當前元件封裝庫中的封裝信息，如圖所示。7.4自定義元件封裝7.4.3繪制元件封裝在當前封裝創(chuàng)建完成后，如果我們需要新建其它元件的封裝，可以在當前PCB封裝庫文件中執(zhí)行“Tools（工具）->NewBlackComponent（新元件）”，創(chuàng)建一個新的封裝。在這里我們還需要創(chuàng)建AT89C2051的封裝DIP20，發(fā)光二極管的封裝LED_5MM，三極管的封裝TO-92C，紅外一體化接收圖的封裝RF_IN和按鍵的封裝SW_PB。這些元件的尺寸參數(shù)在我們之前所給的項目中都有描述，請自行設(shè)計。7.5修改元件封裝

設(shè)計完元件封裝，就可以在原理圖中使用我們自己定義的元件封裝。在8051紅外遙控接收電路中，有些元件的封裝可以直接使用AltiumDesigner軟件中自帶的封裝，比如單列直插接口（POWER），排阻（RES），電阻，晶振（Y1），無極電容（C3，C4）等。在8051紅外遙控接收電路中，所有電阻的封裝修改為AXIAL-0.3，POWER封裝使用默認HDR1X6，排阻的封裝使用默認HDR1X9，晶振Y1的封裝使用默認R38，無極電容封裝修改為RAD0.1。7.5修改元件封裝7.5.1修改元件封裝在8051紅外遙控接收電路原理圖中找到任意一個電阻，鼠標雙擊出現(xiàn)元件屬性對話框，如圖所示。從圖中可以看出，原理圖中電阻的默認封裝為AXIAL-0.4。7.5修改元件封裝7.5.1修改元件封裝單擊封裝信息下方的Add按鈕1，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇Footprint。進入元件封裝設(shè)置對話框，如圖所示。7.5修改元件封裝7.5.1修改元件封裝單擊Browse（瀏覽）按鈕，進入庫瀏覽對話框，如圖7-43所示。在圖中單擊Libraries后面的下拉箭頭，可以看出當前能夠使用的封裝庫名稱。這里有三個，“自定義元件封裝庫.PcbLib”是我們自己建立的，“MiscellaneousDevices.InLib”和“MiscellaneousConnectors.InLib”是系統(tǒng)默認的添加的封裝庫。7.5修改元件封裝7.5.1修改元件封裝選中MiscellaneousDevices.InLib，可以在其所給的元件封裝列表中找到AXIAL-0.3封裝，如圖所示。7.5修改元件封裝7.5.1修改元件封裝單擊鼠標左鍵選中AXIAL-0.3封裝，單擊OK確定?；氐綖g覽庫文件對話框，可以看出我們已經(jīng)為電阻選擇好了AXIAL-0.3封裝，如圖所示，單擊OK確認。7.5修改元件封裝7.5.2使用自定義封裝在8051紅外遙控接收電路中，AT89C2051，按鍵，紅外一體化接收頭，三極管，發(fā)光二極管的封裝是我們自己定義的。我們以AT89C2051為例，講解添加自定義元件封裝的方法。在原理圖編輯器中鼠標雙擊U1：AT89C2051，進入元件屬性參數(shù)設(shè)置對話框，如圖所示。7.5修改元件封裝7.5.2使用自定義封裝

AT89C2051是我們自定義的元件原理圖符號，它的屬性信息中封裝信息是空白的。在上圖界面中單擊封裝信息中的Add按鈕，在下拉菜單中選擇FootPrint，進入元件封裝設(shè)置對話框，如圖所示。7.5修改元件封裝7.5.2使用自定義封裝

單擊Browse（瀏覽）按鈕，進入元件封裝庫瀏覽對話框，如圖所示。7.5修改元件封裝7.5.2使用自定義封裝

選擇“自定義元件封裝庫.PcbLib”，在封裝列表中選擇DIP20封裝，單擊OK確認即可完成自定義封裝添加操作，如圖所示。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.1創(chuàng)建PCB文件在AltiumDesigner軟件左邊的Projects管理窗口中找到“8051紅外遙控接收電路.PrjPCB”文件，選中后單擊鼠標右鍵，在下拉菜單中的AddNewtoProject（為工程添加新文件），在列表中選擇PCB文件，如圖所示。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.2從原理圖導入PCB切換到8051紅外接收電路.SchDoc原理圖文件，執(zhí)行“Design（設(shè)計）->UpdatePCBDocument（更新到PCB文件）8051紅外接收電路.PcbDoc”命令，如圖所示。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.2從原理圖導入PCB進入EngineeringChangeOrder（工程更新操作順序）對話框，如圖所示。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.2從原理圖導入PCB單擊“ValidateChanges”（確認更改）按鈕，系統(tǒng)將掃描所有的更改操作項，并判斷執(zhí)行過程中是否出現(xiàn)錯誤，更新后的結(jié)果在Check中給出，如圖所示。更新完成，沒有錯誤，在圖7-56界面下單擊“ExecuteChanges”執(zhí)行更改按鈕，完成更新操作。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.2從原理圖導入PCB

更新完成后，在創(chuàng)建的PCB文件中能夠看到加載的元件封裝及連接信息。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.3繪制PCB的機械層邊界

8051紅外遙控接收電路的PCB設(shè)計中，其機械層邊界尺寸要求如圖所示。在機械層繪制尺寸邊界。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.4設(shè)置特殊元件的位置

上圖給出了5個LED和紅外一體化接收頭的位置信息。在繪制完成PCB機械層邊界后，需要將這5個元件的位置首先進行排列。以上圖中機械層邊框右上角作為坐標原點，圖中D4的坐標就是（-200mil，-400mil）。由于5個發(fā)光二極管之間的間距是固定的500mil，所以可以通過設(shè)置坐標的方法實現(xiàn)對元件位置的確定。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.4設(shè)置特殊元件的位置在PCB文件中，選中D4，雙擊鼠標左鍵，進入元件封裝屬性對話框。將元件位置坐標中的X-Location（X軸坐標）和Y-Location（Y軸坐標）更改為（-200mil，-400mil）即可。利用同樣的方法修改其余發(fā)光二極管和紅外一體化接收頭的位置。元件坐標7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.5元件布局

在規(guī)定好特殊元件位置后，其余元件的排列在機械層的其余位置放置即可。由于該電路的PCB布局在項目三中已經(jīng)操作過，所以這里不再贅述，讀者可以自行完成。要說明的一點，在AltiumDesigner軟件中，PCB文件在更新后，顯示的元件封裝信息中沒有元件參數(shù)，只有元件標號，如圖所示。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.5元件布局若需要顯示該元件的參數(shù)信息，可以通過以下操作完成。將光標移動到所需設(shè)置的元件上方雙擊進入元件封裝屬性對話框，將Comment信息表中的Hide關(guān)閉，取消選中。這樣我們就可以在PCB編輯器中看到元件的參數(shù)信息。

7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.5元件布局如果要對PCB中所有的元件統(tǒng)一修改顯示參數(shù)信息，則可以通過以下操作。在PCB中鼠標左鍵單擊選中任一元件，然后單擊鼠標右鍵，在出現(xiàn)的下拉菜單中選擇FindSimilarObjects（查找相似對象），如圖所示。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.5元件布局系統(tǒng)進入FindSimilarObjects對話框，如圖所示。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.5元件布局將上圖中的ShowComment（顯示注釋）復(fù)選框選中，后面的Same選項選擇Any。單擊OK，系統(tǒng)進入PCBInspector（PCB檢查）對話框，如下圖所示。將其中Graphicl（圖像）中的ShowComment復(fù)選框選中，關(guān)閉當前界面，即可看出之前PCB中所有元件封裝的參數(shù)信息全部都顯示出來。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.5元件布局元件的標號和參數(shù)信息在PCB文件中，默認高度為60mil，線寬為10mil，這個尺寸相對來說有點大，如果需要對元件的參數(shù)信息進行更改，也可以使用統(tǒng)一參數(shù)設(shè)置的方法。具體操作：在PCB文件中單擊鼠標左鍵選中任一元件絲印參數(shù)，單擊鼠標右鍵在出現(xiàn)的對話框中選擇FindSimilarObjects（查找相似對象），在系統(tǒng)出現(xiàn)的對話框中直接點OK進入PCBInspector（PCB檢查）對話框。修改文本標記的Height（高度）值為40mil，Width（線寬）值為8mil。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.5元件布局修改完成后，直接單擊鍵盤回車鍵，關(guān)閉PCBInspector窗口即可。元件文本標記尺寸修改完成后的結(jié)果如圖所示。這時，單擊軟件右下角的Clear（清除）按鈕，即可恢復(fù)圖形顯示狀態(tài)。清除按鈕7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.5元件布局

以上操作基本熟悉后，就可以對在我們規(guī)定好的PCB機械層邊界中，進行元件布局操作，8051紅外遙控接收電路的參考PCB布局如圖所示。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.6PCB規(guī)則設(shè)置與PCB布線

和99SE一樣，在進行PCB布線之前，需要對設(shè)計規(guī)則進行設(shè)置。在PCB編輯器中執(zhí)行“Design（設(shè)計）->Rules（規(guī)則）”菜單命令，進入PCBRulesandConstraintsEditor（PCB規(guī)則與約束編譯器）對話框，如圖所示。7.6PCB設(shè)計基礎(chǔ)7.6.6PCB規(guī)則設(shè)置與PCB布線在8051紅外遙控接收電路的PCB設(shè)計中，最小間距軟件默認值為10mil，如果需要更改，則可以在Electical（電氣規(guī)則）中的Clearance（間距）中修改。我們?nèi)绻檬止蚊姘宀季植季€方式對該電路進行布線，可以只設(shè)置Routing（布線規(guī)則）中的Width（線寬）。選中Electical（電氣規(guī)則）中的Cl