CAD设计报告.docx

摘 要电子线路cad是从实用角度出发，详细介绍了altium designer的实用功能，可以引导读者轻松入门，快速提高。全面介绍了altium designer的界面、基本组成及使用环境等，并详细讲解了电路原理图的绘制、元件设计、印制电路板图的基本知识、印制电路板图设计方法及操作步骤等，详细讲解了从电路原理图设计到印制电路板图输出的整个过程。关键词：altium designe软件；电路原理图设计；电路板；abstractelectronic circuit from a practical point of cad is presented in detail altium designe practical function, can lead readers to get started, to rapidly improve. a comprehensive introduction to altium designe interface, basic composition and the use of the environment, and gave a detailed schematic drawing, component design, printed circuit board diagram of the basic knowledge of design method for printed circuit boards and other steps in detail explained from the circuit diagram of the circuit design to printed circuit board map out the entire process.keywords：altium designe software; circuit schematic design; circuit board1 概述1.1 altium designer 软件的介绍altium designer 提供了唯一一款统一的应用方案，其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。altium designer 在单一设计环境中集成板级和fpga系统设计、基于fpga和分立处理器的嵌入式软件开发以及pcb版图设计、编辑和制造。并集成了现代设计数据管理功能,使得altium designer成为电子产品开发的完整解决方案一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。1.2 altium designer 软件的发展altium designer 经历了从altium designer 09 到altium designer 10的发展过程，最新发布的 altium designer10 为您带来了一个全新的管理元器件的方法。其中包括新的用途系统、修改管理、新的生命周期和审批制度、实时供应链管理等更多的新功能!1.3 altium designer 软件的功能altium designer 最新发布的altium designer - release 10 将继续保持不断插入新的功能和技术的过程，使得您可以更方便轻松地创建您的下一代电子产品设计。 altium 的统一的设计架构以将硬件，软件和可编程硬件等等集成到一个单一的应用程序中而闻名。它可让您在一个项目内，甚或是整个团队里自由地探索和开发新的设计创意和设计思想，团队中的每个人都拥有对于整个设计过程的统一的设计视图。altium designer提供了一个设计数据管理系统，它可以有效地识别并解决许多导致设计，发布和制造等进程缓慢的各种问题。它是一种非常具有创造性和革命性的智能数据管理系统。1.4课题设计原理分析单片机最小系统是以stc89c51 为核心，外接时钟模块、显示模块、输入输模块等等一些模块共同构成一个最小单片系统。可以供我们以后作为开发板使用，具有强大的作用。1.5课题研究的意义本课题主要是为了掌握pcb的制作过程，其次是熟悉单片机最小系统，了解单片机的基本功能，为我们以后更好的使用单片机打下坚实基础。1.6电子线路设计的过程（流程）首先在altium designer 的界面中绘制单片机最小系统原理图，根据元件的属性分别添加对应的元件封装，然后画pcb图，将原理图导入pcb图中，对导入的元件按照原理图的连线进行布局布线，完成后将所得的布线图打印在热转印纸上，通过热转印机将图转印到pcb铜板上，最后将转印好的pcb板放入预先配置好的腐蚀液中进行腐蚀，待腐蚀完成后取出pcb板用刷子将铜板表面的墨迹刷掉，这样就得到了完整的pcb板。1.7课程设计目的及作用本课程主要目的在于熟练掌握pcb的制作过程，了解制作流程及各个部分的原理，其次是熟悉单片机最小系统，了解单片机的基本功能，为我们以后更好的使用单片机打下坚实基础。通过制作单片机最小系统的pcb板来学会如何制作pcb。 2 设计方案简述2.1 方案的论证利用altium designer 设计制作单片机最小系统的pcb板，可以实现单片机应用的功能，其制作原理合理，方案可行。2.2 方案的原理altium designer提供了设计制作pcb的环境，我们可以利用altium designer设计单片机最小系统。单片机最小系统设计是以stc89c51 为核心，外接时钟模块、显示模块、输入输模块等等一些模块共同构成一个最小单片系统。可以供我们以后作为开发板使用，具有强大的作用。2.3 方案的设计步骤2.3.1 电路原理图的设计步骤（1）首先启动altium designer软件，在其环境下打开“files”面板，在“new”选项栏中单击“blabk project”选项。（2）在项目文件上右击在弹出的快捷菜单中单击“save project as”命令，对文件进行保存，将其保存在预先建立的文件夹中。（3）在项目文件上右击，在弹出的快捷菜单中单击“add new to project ”“schematic”命令。将其进行保存。（4）在编辑窗口中右击，单击“选项”“文档选项”对图纸进行设置。（5）创建原理图文件后，我们要添加元器件库。（6）在“元件库”面板中单击“元件库”按钮，添加所需要的元器件。（7）放置单片机芯片。打开“元件库”面板，输入stc89c51 单击“place”按钮放置元器件，按照此步骤依次放置所需的元器件。（8）设置元件属性。（9）放置电源和接地符号。（10）连接导线。将所要连接的元件用导线连接起来。（11）放置网络标号。对难以连接的元件用标号来连接。（12）对绘制好的原理图进行编译检查，确保正确无误。2.3.2 其他步骤建立工程文件，在新建工程文件下绘制单片机最小系统原理图，方法如上，然后为其元件添加封装，再导入一个画好的pcb中，对其进行布局布线，最后覆铜完成。 3 详细设计3.1 原理图的绘制3.1.2 启动后出现的窗口如下图3.1.3创建项目单击“files” 在“new”选项栏单击“project”，新建一个原理图工程，在原理图工程下绘制单片机最小系统原理图，另在工程下创建pcb工程，绘制pcb图。3.1.4 加载元件库绘制电路原理图时，在放置元件之前，必须先将该元件所在的元件库载入，否则元件无法放置。加载元件库方法是单击“libraries”面板，选择要添加的元件，在单击“添加”按钮完成。如下图：在该选项中单击“add library”按钮，即可向当前工程中添加元件库，如图所示。添加元件库的默认路径为 altium designer安装目录下 library 文件夹的路径，里面按照厂家的顺序给出了元器件的集成库，用户可以从中选择自己想要安装的元件库，然后 单击 “打开”按钮，就可以把元件库添加到当前工程中了。 3.1.5 放置元件在 “place part”对话框中输入元件名后单击“place”放置元件。按照此步骤放置所需要的元器件。如无法找到所需的元器件，则需要自己绘制，创建元器件库，然后绘制所需要的元器件，最后加载到原理图中。放好元件要检查元件的封装是否添加正确，如不正确，则要重新添加元件封装。绘制新元件的方法：以“stc89c51 ”为例说明：1新建元件 打开“my use.schlib ”原理图元件库文件，执行菜单命令toolsnew component ，弹出 如图所示“new component （新元件命名）”对话框，输入“stc89c51 ”。这时在元器件库编辑管理器中可以看到多了stc89c51元件。2 绘制标识图。3放置引脚 元器件引脚必须真实地反映该元器件电气特性，它是该元器件的固有属性，是该元器件制成即已确定的，绝不可随意设置或更改。执行菜单命令 p1acepin 或单击绘图工具栏上的 按钮，来绘制元件的引脚。此时鼠标指针旁边会多出一个大十字符号及一条短线，这时按下键盘上的 【tab 】键，就可弹出 “pin properties （引脚属性）”设置对话框，如图所示。 3.1.6 放置导线电路中一个元件引脚要与另一个元件引脚用导线连接起来，如图 所示将电容 c1 的 1 引脚和电阻r2 的 2 引脚连接起来，可以按下面的操作步骤进行。 1.执行菜单命令 placewire。此操作也可用下面方法代替：用鼠标左键单击“wiring” 工具栏中的按钮。 2.此时光标变成了十字状，系统进入连线状态，将光标移到电容 c1 的第 1 引脚，会自 动出现一个红色“”，单击鼠标左键，确定导线的起点，如图 2-45a 所示。然后开始画导线。 3.移动鼠标拖动导线线头，在转折点处单击鼠标左键确定，每次转折都需要单击鼠标左 键, 如图所示。 4.当到达导线的末端时，再次单击鼠标的左键确定导线的终点即完成，当一条导线的绘制完成后，整条导线的颜色变为蓝色，如图所示。 在工具栏中单击“wire”将所要连接的元器件用导线连接起来。按此步骤依次连线。3.1.7 元件参数的直接标识和编辑绘制原理图时，往往需要对元件的属性进行重新设置，下面介绍如何设置元件属性。在将元件放置在图纸之前，此时元件符号可随鼠标移动，如果按下 tab 键就可以打开 “component properties(元件属性)”对话框，可在此对话框中编辑元件的属性。 如果元件的属性不正确，则需要重新修改，如重新添加封装方法如下：(1) 在 models list 编辑框中，单击“add”按钮，系统会弹出如图所示的对话框， 在该对话框的下拉列表中，选择 footprint 模式。 (2) 然后单击图所示的 “ok”按钮，系统将弹出如图所示的“pcb model”对 话框，在该对话框中可以设置 pcb 封装的属性。在 name 编辑框中可以输入封装名， description 编辑框可以输入封装的描述。单击“browse”按钮可以选择封装类型，系统弹出如图所示的“browse libraries”对话框，此时可以选择封装类型，然后单击“ok” 按钮即可，如果当前没有装载需要的元件封装库，则可以单击图中的 按钮装载一个元件库，或按“find”按钮进行查找要装载的元件库。 当所有电路元件、电源和其他对象放置完毕后，就可以进行原理图中各对象间的连线。 连线的主要目的是按照电路设计的要求建立网络的实际连通性。 3.1.8 设计好的原理图3.2 pcb板的设计流程 pcb板是所有设计过程的最终产品。pcb图设计的好坏直接决定了设计结果是否能满足要求，pcb图设计过程中主要有以下几个步骤。3.2.1 首先创建pcb创建pcb有两种方法：向导创建和手动创建。我以手动创建来阐述过程：创建空白的pcb 文档 执行菜单 filesnewpcb ，如图所示，启动 pcb 编辑器。新建的 pcb 板文件默认 名称为 pcb1.pcbdoc，此时在pcb 编辑区会出现空白的 pcb 图纸，如图所示。3.2.2 电路板禁止布线区的设置（1）设置pcb 物理边界 ，pcb 板物理边界就是 pcb 板的外形。执行菜单 designboard shape，子菜单中包含以 下几个选项： redefine board shape ：重新定义 pcb 板外形。 move board vertices ：移动pcb 板外形顶点。 move board shape ：移动pcb 板外形。 define from selected objects ：从选中物体定义pcb 板外形。 auto-position sheet ：自动定位图纸。 （2）设置pcb 板电气边界 pcb 板的电气边界用于设置元件以及布线的放置区域范围，它必须在 keep-out-layer （禁止布线层）绘制。规划电气边界的方法与规划物理边界的方法完全相同，只不过是要在 keep-out-layer（禁止布线层）上操作。方法是：首先将pcb 编辑区的当前工作层切换为 keep-out-layer ，然后执行 placekeep outtrack 命令绘制一个封闭图形即可。 3.2.3 放置元件将原理图绘制好后，单击update pcb document 将原理图导入到已建好的pcb中，然后根据原理图手动放置元器件至合适位置，尽量使线与线之间不要交叉，摆放好元器件后，进行布线，首先设置布线规则如下图所示，然后可选用自动布线来实现，如果自动布线不合理，则可以用手动布线来使布线完美。3.2.4 元件布局布线. 布局规则设置 “pcb 规则和约束”对话框对话框左侧单击 placement，打开如图 4-62 所示自动布局规则设置对话框。这个规则设定对话框中包含以下几项：room definition （房间定义）规则设置、component clearance （元件间距）规则设置、component orientations （元件排列方向）规则设置、permitted layers （布局层面）规则设置、nets to lgnore （网格忽略）规则设置、 height （高度）规则设置。 布局规则设置布线设置 4 设计结果及分析4.1 pcb布线分析布线时主要按以下原则进行：一般情况下，首先应对电源线和地线进行布线，以保证电路板的电气性能。在条件允许的范围内，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线电源线信号线，通常信号线宽为：0.20.3mm，最细宽度可达0.050.07mm，电源线一般为1.22.5mm。对数字电路的 pcb可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用（模拟电路的地则不能这样使用） 预先对要求比较严格的线（如高频线）进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。 振荡器外壳接地，时钟线要尽量短，且不能引得到处都是。时钟振荡电路下面、特殊高速逻辑电路部分要加大地的面积，而不应该走其它信号线，以使周围电场趋近于零； 尽可能采用45o的折线布线，不可使用90o折线，以减小高频信号的辐射；（要求高的线还要用双弧线） 任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应尽量小；信号线的过孔要尽量少； 关键的线尽量短而粗，并在两边加上保护地。 通过扁平电缆传送敏感信号和噪声场带信号时，要用“地线-信号-地线”的方式引出。 关键信号应预留测试点，以方便生产和维修检测用原理图布线完成后，应对布线进行优化；同时，经初步网络检查和drc检查无误后，对未布线区域进行地线填充，用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。pcb布线工艺要求 线一般情况下，信号线宽为0.3mm(12mil)，电源线宽为0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil)；线与线之间和线与焊盘之间的距离大于等于0.33mm(13mil)，实际应用中，条件允许时应考虑加大距离；布线密度较高时，可考虑（但不建议）采用ic脚间走两根线，线的宽度为0.254mm(10mil)，线间距不小于0.254mm(10mil)。特殊情况下，当器件管脚较密，宽度较窄时，可按适当减小线宽和线间距。 焊盘（pad）焊盘（pad）与过渡孔（via）的基本要求是：盘的直径比孔的直径要大于0.6mm；例如，通用插脚式电阻、电容和集成电路等，采用盘/孔尺寸 1.6mm/0.8mm（63mil/32mil），插座、插针和二极管1n4007等，采用1.8mm/1.0mm（71mil/39mil）。实际应用中，应根据实际元件的尺寸来定，有条件时，可适当加大焊盘尺寸；pcb板上设计的元件安装孔径应比元件管脚的实际尺寸大0.20.4mm左右。 过孔（via）一般为1.27mm/0.7mm(50mil/28mil)；当布线密度较高时，过孔尺寸可适当减小，但不宜过小，可考虑采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。 焊盘、线、过孔的间距要求4.2 pcb布局分析第三：pcb布局。布局说白了就是在板子上放器件。这时如果前面讲到的准备工作都做好的话，就可以在原理图上生成网络表（design- create netlist），之后在pcb图上导入网络表（design-load nets）。就看见器件哗啦啦的全堆上去了，各管脚之间还有飞线提示连接。然后就可以对器件布局了。一般布局按如下原则进行： 按电气性能合理分区，一般分为：数字电路区(即怕干扰、又产生干扰)、模拟电路区(怕干扰)、功率驱动区（干扰源）； 完成同一功能的电路，应尽量靠近放置，并调整各元器件以保证连线最为简洁；同时，调整各功能块间的相对位置使功能块间的连线最简洁； 对于质量大的元器件应考虑安装位置和安装强度；发热元件应与温度敏感元件分开放置，必要时还应考虑热对流措施； i/o驱动器件尽量靠近印刷板的边、靠近引出接插件； 时钟产生器（如：晶振或钟振）要尽量靠近用到该时钟的器件； 在每个集成电路的电源输入脚和地之间，需加一个去耦电容（一般采用高频性能好的独石电容）；电路板空间较密时，也可在几个集成电路周