AltiumDesigner原理圖與PCB設(shè)計(jì)課件

電子CAD項(xiàng)目6設(shè)計(jì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板電路四層PCB學(xué)習(xí)目標(biāo)教學(xué)模式單片機(jī)電路原理圖層次圖的設(shè)計(jì)。單片機(jī)電路四層PCB的設(shè)計(jì)。單片機(jī)電路原理圖與PCB圖相互更新。工作任務(wù)教學(xué)模式繪制單片機(jī)層次電路原理圖人工規(guī)劃單片機(jī)四層PCB設(shè)計(jì)單片機(jī)電路四層PCB重難點(diǎn)內(nèi)容教學(xué)模式

1、PCB項(xiàng)目模塊的劃分

2、頂層管理圖的設(shè)計(jì)

3、多張圖紙層次關(guān)系的建立

4、子圖的產(chǎn)生及設(shè)計(jì)教學(xué)模式相關(guān)知識(shí)1項(xiàng)目導(dǎo)讀本項(xiàng)目用到的電路原理圖仍然是單片機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)板原理圖，但是在本項(xiàng)目中將采用自頂向下的層次電路圖的設(shè)計(jì)方法，將項(xiàng)目五中的5大功能模塊：電源電路模塊、下載電路模塊、控制電路模塊、按鈕矩陣電路模塊、顯示電路模塊等分別用5張圖紙繪制，項(xiàng)目總圖用1張圖紙繪制，該項(xiàng)目共有6張圖紙，6張圖紙構(gòu)成上、下兩層關(guān)系。單片機(jī)層次電路設(shè)計(jì)可以利用項(xiàng)目五已設(shè)計(jì)好的電路圖簡化設(shè)計(jì)工作。教學(xué)模式相關(guān)知識(shí)2原理圖模塊化設(shè)計(jì)通過前面的幾個(gè)項(xiàng)目，學(xué)會(huì)了一般電路原理圖的基本設(shè)計(jì)方法，將整個(gè)項(xiàng)目的電路圖都繪制在一張圖紙上。這種方法適用于規(guī)模小、邏輯結(jié)構(gòu)比較簡單的電路設(shè)計(jì)，當(dāng)項(xiàng)目或原理圖比較復(fù)雜時(shí)，可以采用另一種設(shè)計(jì)方法，即模塊化設(shè)計(jì)方法。這種方法將一個(gè)龐大的系統(tǒng)電路項(xiàng)目按照其電路功能分解成若干個(gè)小的電路模塊，每個(gè)電路模塊均能夠獨(dú)立地完成一定的電路功能，具有相對(duì)獨(dú)立性，它們之間或是平等的關(guān)系，或是包含與被包含的關(guān)系，設(shè)計(jì)工作可以由不同的設(shè)計(jì)者、在不同地點(diǎn)、設(shè)計(jì)在不同的圖紙上，最后由一個(gè)項(xiàng)目管理文件把它們組成一個(gè)有機(jī)的項(xiàng)目整體。模塊化設(shè)計(jì)最大特點(diǎn)是：項(xiàng)目電路圖之間結(jié)構(gòu)清晰、層次分明，既培養(yǎng)了一個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，同時(shí)也提高了電子產(chǎn)品整機(jī)的設(shè)計(jì)速度，突出個(gè)人在某一方面的設(shè)計(jì)特長，增強(qiáng)新產(chǎn)品的社會(huì)競爭力。

教學(xué)模式相關(guān)知識(shí)3自頂向下的層次電路圖設(shè)計(jì)自頂向下的層次電路圖設(shè)計(jì)方法，是實(shí)際工作中最常用的硬件電路設(shè)計(jì)方法。首先要對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)從宏觀上把它劃分為若干個(gè)功能模塊，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)與功能，把這些功能模塊正確地連接起來，整個(gè)電路系統(tǒng)形成一個(gè)有機(jī)的整體。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板電路原理圖可劃分為5個(gè)功能模塊：電源電路、控制電路、顯示電路、下載電路、按鈕矩陣電路。教學(xué)模式相關(guān)知識(shí)4PCB多層板設(shè)計(jì)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，高速度、高密度是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢之一，高速、低耗、小體積、抗干擾性良好的電子產(chǎn)品越來越多，對(duì)印制電路板設(shè)計(jì)提出了更高的防干擾和布線的特殊要求，為此，手機(jī)、電腦、U盤、MP4高科技產(chǎn)品等均已使用了四層以上的PCB板設(shè)計(jì)，這些產(chǎn)品的電路板不僅有上下兩面布線，在板的中間還設(shè)有走線較為簡單的電源或接地的夾層銅箔，并常用大面積填充的辦法來布線。上下位置的表面層與中間各層通過“過孔（Via）”來連通。多層印制電路板以其電路復(fù)雜、布線層數(shù)多、裝配密度高、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于高速電子設(shè)備中，基本解決單面板、雙面板中無法解決的問題。因此，多層印制電路板的設(shè)計(jì)是PCB設(shè)計(jì)人員的必備技能之一。教學(xué)模式相關(guān)知識(shí)5層次電路圖設(shè)計(jì)中常用電氣對(duì)象1.圖紙符號(hào)執(zhí)行【放置】→【圖表符】菜單命令，或單擊【配線】工具欄中的【圖表符】按鈕，十字形工作光標(biāo)上就會(huì)黏附一個(gè)綠色長方塊，單擊確定圖表符的起點(diǎn)，移動(dòng)鼠標(biāo)后再單擊鼠標(biāo)左鍵確定圖表符的終點(diǎn)。雙擊圖表符，彈出【方塊符號(hào)】對(duì)話框，如圖6-3所示。只需填寫以下兩欄，其它不變。2.圖紙入口執(zhí)行【放置】→【添加圖紙入口】菜單命令，或單擊【配線】工具欄中的【放置圖紙入口】按鈕，十字形工作光標(biāo)移到圖表符號(hào)內(nèi)邊沿后，按一次鼠標(biāo)左鍵放置一個(gè)圖紙入口。雙擊圖紙入口(或在放置狀態(tài)下，按Tab鍵)，彈出【方塊入口】對(duì)話框，如圖6-4所示。只需填寫以下兩欄，其它不變。(1)名稱：方塊入口的名稱，應(yīng)與子電路原理圖中相應(yīng)的端口名稱一致。(2)I/O類型：要根據(jù)具體電路工作原理確定類型。有4種，即不確定型(Unspecified)、輸入型(Input)、輸出型(Output)和雙向型(Bidirectional)。教學(xué)模式任務(wù)6.1繪制單片機(jī)層次電路原理圖1.建立一個(gè)PCB項(xiàng)目執(zhí)行【文件】→【創(chuàng)建】→【工程】→【PCB工程】菜單命令。執(zhí)行【文件】→【保存工程為】菜單命令，保存到指定目錄中，命名為“單片機(jī)四層板.PrjPCB”。執(zhí)行【文件】→【創(chuàng)建】→【原理圖】菜單命令，新建一個(gè)原理圖文件。執(zhí)行【文件】→【另存為】菜單命令，并命名為“單片機(jī)四層板頂層.SchDoc”原理圖文件。教學(xué)模式任務(wù)6.1繪制單片機(jī)層次電路原理圖2.繪制頂層電路原理圖演示圖紙參數(shù)設(shè)置放置方塊符號(hào)放置圖紙入口連接各圖紙符號(hào)教學(xué)模式任務(wù)6.1繪制單片機(jī)層次電路原理圖3.建立圖紙間的層次關(guān)系演示創(chuàng)建各子原理圖空白圖紙建立圖紙間的層次關(guān)系保存圖紙教學(xué)模式任務(wù)6.1繪制單片機(jī)層次電路原理圖4.繪制各個(gè)子原理圖演示繪制電源電路子原理圖(1)雙擊Projects工作面板上的“電源電路”文件名，打開電源電路的空白圖紙。(2)執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【文檔選項(xiàng)】菜單命令，彈出【文檔選項(xiàng)】對(duì)話框，將圖紙自定義為寬600、高400，【參數(shù)】選項(xiàng)卡設(shè)置，填寫好的“電源電路”圖紙標(biāo)題欄。(3)按照簡單電路圖的繪制方法繪制電源電路，執(zhí)行【工程】→【CompileDocument電源電路.SchDoc】菜單命令，彈出【Messages】對(duì)話框，提示有兩個(gè)“nodrivingsource”警告“Warning”，放置兩個(gè)忽略檢測符號(hào)，繪制好的電源電路。教學(xué)模式任務(wù)6.1繪制單片機(jī)層次電路原理圖4.繪制各個(gè)子原理圖演示繪制顯示電路子原理圖(1)雙擊Projects工作面板上的“顯示電路”文件名，打開顯示電路的空白圖紙。(2)執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【文檔選項(xiàng)】菜單命令，彈出【文檔選項(xiàng)】對(duì)話框，將圖紙自定義為寬800、高600，并填寫圖紙標(biāo)題欄各參數(shù)。(3)按照簡單電路圖的繪制方法(項(xiàng)目一內(nèi)容)繪制顯示電路，并將各個(gè)端口移到相對(duì)應(yīng)的位置，繪制好的顯示電路。教學(xué)模式任務(wù)6.1繪制單片機(jī)層次電路原理圖4.繪制各個(gè)子原理圖演示繪制控制電路子原理圖(1)雙擊Projects工作面板上的“控制電路”文件名，打開控制電路的空白圖紙。(2)執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【文檔選項(xiàng)】菜單命令，打開【文檔選項(xiàng)】對(duì)話框，將圖紙自定義為寬800、高600，并填寫圖紙標(biāo)題欄。(3)按照簡單電路圖的繪制方法繪制控制電路，并將各個(gè)端口移到相對(duì)應(yīng)的位置，繪制好的控制電路。教學(xué)模式任務(wù)6.1繪制單片機(jī)層次電路原理圖4.繪制各個(gè)子原理圖演示繪制按鈕矩陣電路子原理圖(1)雙擊Projects工作面板上的按鈕矩陣電路文件名，打開按鈕矩陣電路的空白圖紙。(2)執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【文檔選項(xiàng)】菜單命令，打開【文檔選項(xiàng)】對(duì)話框，將圖紙自定義為寬800、高600，并填寫圖紙標(biāo)題欄各參數(shù)。(3)按照簡單電路圖的繪制方法(項(xiàng)目一內(nèi)容)繪制按鈕矩陣電路，并將各個(gè)端口移到相對(duì)應(yīng)的位置，繪制好的按鈕矩陣電路如圖6－19所示。教學(xué)模式任務(wù)6.1繪制單片機(jī)層次電路原理圖5.編譯并保存整個(gè)層次電路原理圖演示執(zhí)行【工程】→【CompilePCBProject單片機(jī)四層板.PrjPcb】菜單命令，編譯整個(gè)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板電路PCB項(xiàng)目，【Messages】面板上沒有任何錯(cuò)誤信息，說明該層次電路圖項(xiàng)目繪制基本沒有問題。任務(wù)6.2人工規(guī)劃單片機(jī)四層PCB設(shè)計(jì)要求4層板，電路板尺寸為5500mil×3300mil，禁止布線區(qū)與板子邊沿的距離為200mil。信號(hào)層的安全間距為10mil，電源、接地層的安全間距為20mil。時(shí)鐘線的銅膜導(dǎo)線寬度為40mil，其他銅膜導(dǎo)線寬度為20mil，導(dǎo)線拐角為45°。在4角放置4個(gè)圓形安裝孔，孔徑為120mil。電源、接地層的連接方式為ReliefConnect，導(dǎo)線寬度、空隙間距和擴(kuò)展距離均為0.6mm。采用插針式元件，所有焊盤或過孔補(bǔ)淚滴。對(duì)所有信號(hào)層覆銅。覆銅接入地網(wǎng)絡(luò)，與地網(wǎng)絡(luò)的連接方式為ReliefConnect，導(dǎo)線寬度為0.6mm。對(duì)PCB進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查。任務(wù)6.2人工規(guī)劃單片機(jī)四層PCB打開“單片機(jī)四層板.PrjPcb”工程，執(zhí)行【文件】→【創(chuàng)建】→【PCB】菜單命令。單擊主工具欄中的【保存】按鈕，或執(zhí)行【文件】→【保存】菜單命令，保存新建的PCB文件至“單片機(jī)四層板.PrjPcb”所在文件夾中。1.新建空白的PCB文件演示任務(wù)6.2人工規(guī)劃單片機(jī)四層PCB執(zhí)行【編輯】→【原點(diǎn)】→【設(shè)置】菜單命令，將板子的左下角設(shè)定為坐標(biāo)原點(diǎn)。設(shè)置PCB板選擇項(xiàng)。2.

PCB環(huán)境設(shè)定演示任務(wù)6.2人工規(guī)劃單片機(jī)四層PCB執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【板子形狀】→【根椐板子外形生成線條】菜單命令，彈出對(duì)話框如圖6－25所示，確認(rèn)后在板子形狀四周加上外框。按住鼠標(biāo)左鍵框選整個(gè)板子，將工作光標(biāo)分別放到上面、右邊兩根邊框上并移動(dòng)它們，將長方形的尺寸縮小為5500mil×3300mil。執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【板子形狀】→【按照選擇對(duì)象定義】菜單命令，確定PCB板大小改為5500mil×3300mil。用快捷鍵“+”或“－”將PCB下邊當(dāng)前工作板層改為“Keep-OutLayer”，執(zhí)行【放置】→【走線】菜單命令，放置一個(gè)5300mil×3100mil的封閉矩形，電氣邊界4個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)分別為(200mil，200mil)、(5300mil，200mil)、(5300mil，3100mil)、(200mil，3100mil)，如圖6-31所示，距物理邊界200mil。3.繪制電路板物理邊界及電氣邊界演示任務(wù)6.2人工規(guī)劃單片機(jī)四層PCB執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【層堆棧（疊）管理】菜單命令，彈出【層堆棧管理器】對(duì)話框，如圖6-28所示。點(diǎn)擊按鈕，彈出快捷菜單，選擇第二項(xiàng)“四層板”，即(2×信號(hào)，2×平面)。確認(rèn)信息中點(diǎn)擊“Y”，點(diǎn)擊【OK】關(guān)閉對(duì)話框，此時(shí)可以觀察到當(dāng)前PCB環(huán)境中下邊的PCB板層項(xiàng)已有所改變。設(shè)置顯示板層及顏色。執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【板層次顏色】菜單命令，彈出【視圖配置】對(duì)話框單擊【確認(rèn)】按鈕后，關(guān)閉【板層和顏色】對(duì)話框?？蜻x邊框，執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【板子形狀】→【按照選擇對(duì)象定義】菜單命令，執(zhí)行【編輯】→【Undo】，板子外框全部顯示出來。用快捷鍵“+”或“－”將PCB下邊當(dāng)前工作板層改為“Mechanical1”，先后執(zhí)行【放置】→【走線】菜單命令和【放置】→【尺寸】→【尺寸】菜單命令，將電路板的尺寸標(biāo)注出來，如圖6－33所示。4.設(shè)定PCB板層數(shù)量演示任務(wù)6.2人工規(guī)劃單片機(jī)四層PCB執(zhí)行【放置】→【焊盤】菜單命令，或單擊【配線】工具欄中的【焊盤】按鈕，按Tab鍵彈出【焊盤】屬性對(duì)話框，填寫安裝孔的相關(guān)參數(shù)。4個(gè)安裝孔中心的坐標(biāo)為(250mil，250mil)、(250mil，3050mil)、(5250mil，3050mil)、(5250mil，250mil)。用快捷鍵“+”或“－”將PCB下邊當(dāng)前工作板層改為“Keep-OutLayer”，執(zhí)行【放置】→【走線】菜單命令，將四個(gè)安裝孔圍起來。5.放置安裝孔演示任務(wù)6.3設(shè)計(jì)單片機(jī)電路四層PCB設(shè)計(jì)要求4層板，電路板尺寸為5500mil×3300mil，禁止布線區(qū)與板子邊沿的距離為200mil。信號(hào)層的安全間距為10mil，電源、接地層的安全間距為20mil。時(shí)鐘線的銅膜導(dǎo)線寬度為40mil，其他銅膜導(dǎo)線寬度為20mil，導(dǎo)線拐角為45°。在4角放置4個(gè)圓形安裝孔，孔徑為120mil。電源、接地層的連接方式為ReliefConnect，導(dǎo)線寬度、空隙間距和擴(kuò)展距離均為0.6mm。采用插針式元件，所有焊盤或過孔補(bǔ)淚滴。對(duì)所有信號(hào)層覆銅。覆銅接入地網(wǎng)絡(luò)，與地網(wǎng)絡(luò)的連接方式為ReliefConnect，導(dǎo)線寬度為0.6mm。對(duì)PCB進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查。任務(wù)6.3設(shè)計(jì)單片機(jī)電路四層PCB安裝項(xiàng)目五中自制元件封裝庫：MCU封裝庫.PcbLib、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板電路.IntLib。1.裝載元件封裝庫演示任務(wù)6.3設(shè)計(jì)單片機(jī)電路四層PCB分別在6張電路原理圖文件中，從左到右、從上到下依次雙擊元器件檢查電路圖中所有元器件的封裝類型。每個(gè)元件屬性對(duì)話框中“Models”區(qū)域一定要有“Footprint”項(xiàng)、且“Name”處有封裝名稱、點(diǎn)擊看得見具體封裝圖形。2.檢查、更改單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板原理圖中各元器件的封裝類型演示任務(wù)6.3設(shè)計(jì)單片機(jī)電路四層PCB

1.PCB環(huán)境中，執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【ImportChangesFrom單片機(jī)四層板.PrjPcb】菜單命令，調(diào)出【工程更改須序】對(duì)話框。2.點(diǎn)擊按鈕，將原理圖中電氣對(duì)象、網(wǎng)絡(luò)、元件類、Rooms等電連接信息導(dǎo)入到PCB環(huán)境中，

，兩列上全是“√”，說明導(dǎo)入時(shí)沒有任何錯(cuò)誤（若有“×”則應(yīng)該根據(jù)提示修改原理圖中相關(guān)內(nèi)容），關(guān)閉對(duì)話框后PCB文件

。3.向PCB板導(dǎo)入元件網(wǎng)絡(luò)及封裝演示任務(wù)6.3設(shè)計(jì)單片機(jī)電路四層PCB1.光標(biāo)對(duì)準(zhǔn)“電源電路”Room區(qū)域點(diǎn)擊一次鼠標(biāo)左鍵，“電源電路”Room區(qū)域被選中，按住鼠標(biāo)左鍵將“電源電路”Room區(qū)域移動(dòng)到PCB板內(nèi)，點(diǎn)擊“Delete”鍵刪除Room區(qū)域。其它Room區(qū)域可依次操作，按鍵矩陣電路可緩一步進(jìn)入PCB板內(nèi)。2.特殊元件布局位置鎖定。對(duì)單片機(jī)電路分析可知，接插件USB1、串行口J1位置需鎖定。

3.手動(dòng)布局。利用排列、對(duì)齊、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等功能擺放元器件，所有元件距板子的邊緣≧3mm，所有標(biāo)識(shí)符不能放在元件圖形上，同一個(gè)Room內(nèi)的元件盡量布局在一起。4.通過反復(fù)進(jìn)行手工調(diào)整，最終的布局。4.

元件布局演示任務(wù)6.3設(shè)計(jì)單片機(jī)電路四層PCB設(shè)置布局規(guī)則。執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【規(guī)則】菜單命令，彈出【PCB規(guī)則和約束編輯器】對(duì)話框，選擇Placement選項(xiàng)，設(shè)置元器件之間的絕緣間隔為5mil。本項(xiàng)目中沒有給出這個(gè)參數(shù)值，由于器件較多，我們把這個(gè)值略微改小一點(diǎn)。設(shè)置電氣規(guī)則。執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【規(guī)則】菜單命令，彈出【PCB規(guī)則和約束編輯器】對(duì)話框，選擇Electrical選項(xiàng)，根據(jù)PCB制板技術(shù)要求，設(shè)置信號(hào)層電氣對(duì)象之間的安全間距為10mil，如圖設(shè)置布線規(guī)則。執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【規(guī)則】菜單命令，彈出【PCB規(guī)則和約束編輯器】對(duì)話框，選擇Routing選項(xiàng)，根據(jù)PCB板制作技術(shù)要求設(shè)置線寬、布線層、布線轉(zhuǎn)角，時(shí)鐘線的銅膜導(dǎo)線寬度為40mil，其他銅膜導(dǎo)線寬度為20mil，導(dǎo)線拐角為45°。設(shè)置內(nèi)部電源、地層規(guī)則。執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【規(guī)則】菜單命令，彈出【PCB規(guī)則和約束編輯器】對(duì)話框，選擇Plane選項(xiàng)，根據(jù)PCB板制作技術(shù)要求設(shè)置電源、接地層的連接方式為ReliefConnect，導(dǎo)線寬度、空隙間距和擴(kuò)展距離均為0.6mm，覆銅接入地網(wǎng)絡(luò)，與地網(wǎng)絡(luò)的連接方式為ReliefConnect，導(dǎo)線寬度為0.6mm。5.設(shè)置PCB制作規(guī)則。執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【規(guī)則】菜單命令，彈出【PCB規(guī)則和約束編輯器】對(duì)話框，選擇Manufacturing選項(xiàng)，為了使PCB板制作出來能夠正常使用，我們還必需讓我們設(shè)計(jì)出來的PCB板圖符合廠家的制作要求。設(shè)置內(nèi)電層連接網(wǎng)絡(luò)。鼠標(biāo)雙擊PCB文件下方的板層名GroundPlane、PowerPlane。分別彈出如下兩個(gè)對(duì)話框，請(qǐng)將PowerPlane層的網(wǎng)絡(luò)名設(shè)置為VCC，GroundPlane層的網(wǎng)絡(luò)名設(shè)置為GND。此時(shí)可以發(fā)現(xiàn)電路板中原來連接到網(wǎng)絡(luò)GND、VCC的所有飛線均已取消，內(nèi)電層通常是整片銅膜，與銅膜具有相同網(wǎng)絡(luò)名稱的焊盤系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的將其與銅膜連接起來。5.設(shè)置PCB規(guī)則演示任務(wù)6.3