电路CAD实验指导书-20128241214020120905125246.doc

电路CAD与实践实验指导书郭保青 刘玉琳 编北京交通大学机电学院二零一二年八月目 录实验一、设计电平转换电路原理图1实验二、设计单片机最小系统原理图.2实验三、创建新的元件库及元件.4实验四、设计电平转换电路印制板（单面板）.6实验五、PCB库元件及元件的创建.7实验六、设计单片机最小系统印制板（双面板）9实验七、层次电路原理图的设计10实验八、层次原理图对应印制板图的设计.11实验九、层次原理图对应印制板图的完善.11附录：1、 实验1电路原理图122、 实验2电路原理图133、 实验7电路原理参考图14实验前的准备创建一个新的设计文件在启动各种编辑器之前，必须先创建一个新的设计文件（扩展名为 .ddb）。执行菜单命令 File / New ，会出现 New Design Database (创建设计数据库文件)对话框。在设计数据库文件名“Database File Name”的编辑框中填入新建设计数据库的名称：“XXXXXXXX.ddb”，(其中XXXXXXXX为学号)在下面设计数据库文件路径“Database Location”中显示新建设计数据库文件的存储位置，如果你不满意，可以单击Browse按钮选择文件的存储位置。（请将文件保存在“F” 盘你自己的文件夹中。）选择了文件的存储位置后，按 OK 按钮后，Protel 99的主窗口改变。这样我们就创建了一个新的设计数据库文件，以后做的八个实验的信息都将包含在这个数据库中，每个实验以“实验X”命名(X为数字18)。实验一、设计电平转换电路原理图一、 设置电路图纸参数:1、图纸的尺寸为A号;2、图纸的方向为水平放置;3、图纸标题栏采用标准型。二、 装入原理图所需要的元件库1、MAX232属于“Maxim Interface.ddb”库文件中的“Maxim Transceiver.lib元件库。2、电容E1、E2、E3、E4、C1、电源接线端子J1属于“Miscellaneous Devices.ddb”库文件中的“Miscellaneous Devices.lib”元件库。三、 放置元件(Part)元件库中的型号元件序号元件型号元件的封装形式Lib Ref DesignatorPart TypeFootprintMAX232ACPE(16)U1MAX232DIP-16ELECTRO1 E122UFRB.2/.4ELECTRO1 E222UFRB.2/.4ELECTRO1 E322UFRB.2/.4ELECTRO1 E4 22UFRB.2/.4CAPC10.1UFRAD0.2CON2J1POWERRAD0.2四、绘制电路原理图1、 画导线(Wire)2、 画电源及接地符号(Power Port)3、 设置网络标号(Net Label)4、 制作电路的输入/输出端口(Port)5、 放置线路节点（Junction）6、 填写标题栏(Text)7、进行ERC检查五、由原理图生成网络表Design / Create Netlist生成网络表并在原理图.net文件中初步检查网络的正确性。六、保存文件File / Save七、考核成果：实验1.sch（10分）实验二、设计单片机最小系统原理图一、 设置电路图纸参数:1、 图纸的尺寸为A号;2、 图纸的方向为水平放置;3、 图纸标题栏采用标准型。二、 装入原理图所需要的元件库1、电阻R1、R2，电容C1、C2、C3、C4、C5，电解电容E1、E2，晶振CRY1，复位键RST属于“Miscellaneous Devices.ddb”库文件中的“Miscellaneous Devices.lib”元件库。2、单片机8031属于“Protel Dos Schematic libraries.ddb”库文件中的“Protel Dos Schematic Intel .lib”元件库。3、EPROM 2764属于 “Protel Dos Schematic libraries.ddb”库文件中的“Protel Dos Schematic Memory devices.lib”元件库。4、地址锁存器74LS373属于“Protel Dos Schematic libraries.ddb”库文件中的“Protel Dos Schematic TTL.lib”元件库。三、 放置元件(Part)元件库中的型号元件序号元件型号元件的封装形式Lib RefDesignatorPart TypeFootprint8031 U18031 DIP-4074LS373U274LS373DIP-202764U32764 DIP-28CRYSTALCRY16MHZ XTAL-1CAPC160PFRAD0.2CAPC260PFRAD0.2CAPC30.1UFRAD0.2CAPC40.01UFRAD0.2CAPC50.01UFRAD0.2RES2R10.2KAXIAL0.4RES2R21KAXIAL0.4ELECTRO1 E1 22UFRB.2/.4ELECTRO1 E2 47UFRB.2/.4SW-PBRSTSW-PBRAD0.2CON2 J1 POWER RAD0.2四、绘制电路原理图1、画导线(Wire)2、画电源及接地符号(Power Port)3、设置网络标号(Net Label)4、画总线（Bus）5、画总线分支线（Bus Entry）6、放置线路节点（Junction）7、填写标题栏(Text)8、进行ERC检查五、由原理图生成网络表Design / Create Netlist生成网络表并在原理图.net文件中初步检查网络的正确性。六、保存文件File / Save七、考核成果：实验2.sch（10分）实验三、创建新的元件库及元件启动原理图元件库编辑器，创建自己的元件库，并在该元件库中创建数码管LED8、时钟芯片DS12887和集成电路芯片75452三个元件。一、 制作7段LED数码管 二、制作新型实时时钟芯片DS12887（外框尺寸60 X 100mil） （外框尺寸70X 150mil）DS12887的引脚电气的设定：RESET复位输入InputDS数据选通或读输入InputR/W读/写输入InputAS地址选通输入InputCS片选输入InputIRQ中断申请输入InputSQW方波信号OutputMOT模式选择PassiveVCC、GND直流电源+5V电压PowerAD0AD7双向地址/数据复用线IO三、制作集成电路芯片7545275452引脚电气的设定：1 Input 2 Input 3 Output 4 Power (GND 隐藏) 5 Output 6 Input 7 Input 8 Power (VCC 隐藏)四、将自己制作的LED8、DS12887和75452芯片画在一张A号电路图纸上。五、考核成果：实验3.lib（10分）实验四、设计电平转换电路印制板（单面板）一、 准备电路图（电平转换电路原理图）与网络表二、规划电路板 ( 1800mil 1750 mil)在机械层（Mech1 Layer）和禁止布线层（Keep Out Layer）上分别绘制电路板的边界。三、装入PCB元件库PCB元件库的装入与原理图元件库的装入方法完全相同。Protel 99提供的PCB元件数据库共有37个，每个数据库中包含了相应的元件库。PCB元件库所在的路径，这里我们选择“Generic Footpints”文件夹。文件类型：选择Protel Design File(*.ddb)将所需的文件“Advpcb.ddb”、“General IC.ddb”和“Miscellaneous.ddb”依次添加到(Selected Files)选框中。四、装入网络表和元件若原理图出现错误，返回修改原理图重新生成网络表，重新装入网络表直至正确。五、布置元件（将元件的管脚移动到栅格上）合理布置元器件位置，遵循元器件布局原则。六、增加信号输入/输出接口（RAD0.1并修改焊盘网络）学习增加信号输入/输出接口（如图中的TTLOUT接口），并手动添加网络。七、自动布线与手工调整可采用先自动布线，后手动调整的方式完成布线。八、加宽VCC和GND ( 45mil )合理设置布线规则，可自动调整布线宽度。九、进行DRC检查，确保PCB的正确十、考核成果：实验4.pcb（10分） 实验五、PCB 库元件的创建 启动PCB 元件库编辑器，创建自己的 PCB元件库，并在该元件库中创建金属继电器JDQ 、LED8数码管和CPU80C196KC底座的封装。一、 手工创建PCB库元件JDQ JDQ的封装示意图二、 手工创建典型PCB库元件LED8自己带尺子测量数码管的外形及管脚的间距尺寸（1000 mil = 2.54 cm）。为了画PCB 图时不出错，数码管的外型尺寸要比实际量的外型尺寸每边减去0.5mm。先放焊盘，再画外框，焊盘一定要放在格点上。焊盘的序号要与原理图元件库中的管脚号一致，左下脚为 1 ，并且改为方焊盘，参考点选为 1 号焊盘。三、 应用向导创建复杂元件CPU80C196KC底座的封装 CPU80C196KC有68个引脚，底座采用PLCC的封装形式，底座封装如下图所示。应用向导创建封装时，选择相类似的封装形式“ Pin Grid Arrays (PGA)”作为摸板。应用模板完成封装图形后，应删除多余焊盘，并修改焊盘符号。四、考核成果：实验5.lib（10分）实验六、设计单片机最小系统印制板（双面板）一、 准备电路图（单片机最小系统原理图）与网络表二、 规划电路板尺寸 （10 cm 7cm ）三、 装入PCB元件库（参考实验四）四、 装入网络表和元件五、 元件的自动布局及手工调整 1、 在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得靠近一些，例如，晶振、CPU的输入端都易产生噪声，在放置的时候应把它们放近一些。2、原则上每个集成电路芯片，特别是关键元件ROM、RAM芯片旁边安装0.01UF去耦电容，靠近VCC引脚。3、在印刷电路板的电源输入端跨接100UF左右和0.1UF的去耦电容。4、元件布局整体紧凑、美观。5、将元件的管脚移动到栅格点上。六、自动布线与手工调整 1、VCC、GND线宽45mil,其余线宽12mil （如有可能，电源线和地线尽量加粗）；2、 一般情况下，导线不要从引脚间通过，导线距离焊盘尽量远一些；3、 不要让导线拐角太多，舍近求远，拐了一个大弯再转回来；4、 去掉多余的导线；5、 为防止干扰和提高电路板的可靠性，应尽量可能的减少过孔的数量；6、 拐角的样式一般选用45 Degrees；7、 布线均匀。七、尝试保护预布线首先采用网络布线命令将电源线（VCC）和地线（GND）布好，进行手工调整。然后再进行自动布线，对这些预布线，在自动布线之前要进行锁定保护。八、手工布线，重新调整元器件的布局，使布局更合理，完全手工布线。九、自动布线后的设计规则检查(DRC)十、考核成果：实验6.pcb（10分）实验七、层次电路原理图的设计利用所学过的知识，自己设计8155连接三个数码管的显示电路的电路原理图，并将此原理图与实验1设计的电平转换原理图和实验二设计的单片机最小系统原理图作为层次原理图的方块图设计一个单片机综合应用系统。 3位动态显示器的接口电路要求：1、 复习MCS-51单片机原理及接口技术书上的数码管的工作原理，了解数码管每个管脚的含义。2、 元件序号（Designator）必须有，而且不能重复。电阻用：R1、R2、R3、电容用：C1、C2、C3、电解电容用：E1、E2、E3、集成电路芯片用：U1、U2、U3、3、 PCB图的板尺寸及元器件布局可参考MCS-51单片机应用板上的布局。4、