电路板设计毕业论文.doc

*毕业设计（论文）电路板设计四驱驱动板电路 作者：* 院系：*学院机电工程系 专业：电气自动化技术 年级：*级 学号：* 指导教师：* 毕业设计任务书设计题目：四驱驱动板电路完成期限：自2012年12月1日 至2013年4月1日止一、设计原始依据（资料） Protel99PCB设计与应用技巧 数字电子技术二、设计内容和要求1 双面电路板设计基本规范要求的说明仅适用于普通常规设备控制用电路板，基于电路板在生产中的焊接和组装以及使用和维修的方便而制定了一些简单的设计规范和要求。2 制图基本要求 印刷电路板的设计出图要符合制图的基本要求 要求界面整齐简洁，清晰明朗。3 元件库的要求 对于所有的电路板上焊接或组装的元器件，要求统一制作元件库 不要随机在电路板上焊盘和走线临时构建元件 构建元件库要统一使用英制尺寸。4 元件位置的要求 所有的元件，除非必要，在焊接时，要求达到管脚尽量缩短，所有的元件之间要求保持一定的安装余量，不能拥挤和占用彼此的位置。本人签字： 2012年 12 月 1日毕业设计内容摘要Protel 99 SE是一个正在流行的电子线路CAD软件，它能使设计人员很方便地利用计算机来完成电子线路设计过程，如电气原理图编辑、电路功能仿真、印制电路板设计(自动布局、自动布线)、报表文件等。以下是四驱驱动主板电路的制作，它是整个模型车的核心，也是提高模型车性能的关键所在。它的主要作用是利用控制程序对模型车的各驱动部分发出控制指令，从而实现对整个MCU模型车系统的程序控制。关键词：原理图设计 PCB设计 目录前言- 5 -第一章：主板原理图的设计- 6 -1.1：Protel 99 SE的系统组成- 6 -1.2：CAD 的特点及应用- 6 -1.2.1：CAD 的特点- 6 -1.2.2：CAD 涉及的应用范围- 7 -1.3：主板原理图的绘制- 7 -1.3.1：绘制主板电路图SCH原理图- 7 -1.3.2：电气检查- 10 -1.3.3：元件清单- 11 -1.3.4：生成网络表文件- 11 -1.3.5：完成各模块及主板电路图的原理图- 12 -第二章：主板电路的PCB设计- 16 -2.1：PCB模版的设置步骤- 16 -2.1.1：创建PCB文件- 16 -2.1.2：规划印制板- 16 -2.1.3：添加库文件并设置封装- 17 -2.1.4：导入网络表- 18 -2.1.5：元件手工布局- 18 -2.1.6：设置印制电路版层次- 19 -2.1.7：自动布线、调整电源线及底线- 19 -2.2：主板电路的PCB图- 22 -2.3：主板电路的三维视图- 23 -结束语- 24 -致谢- 25 -参考文献- 26 - 26 -前言 CAD即计算机辅助设计（Computer Aided Design,CAD），其概念和内涵正在不断地发展中。1972年10月，国际信息处理联合会（IFIP）在荷兰召开的“关于CAD原理的工作会议”上给出如下定义：CAD是一种技术，其中人与计算机结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使其工作优于每一方，并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能。CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、造型、分析和编写技术文档等设计活动的总称。 计算机辅助设计系统是以计算机硬件和软件为基本工作平台，继承和借鉴前人在电路、图论与拓扑逻辑和优化理论等多学科的最新科技成果，在开发电子电路与系统时，利用计算机进行设计、分析、仿真、制造等工作。随着计算机技术的快速发展，计算机辅助设计软件以它完美的功能和方便的应用性赢得越来越多电路设计人员和各院校师生的亲睐，是电子工程师进行电子设计的得力助手。人们运用各自的专业知识对产品绘图、分析计算和编写技术文件等设计。如今，广泛应用于机械、电子、汽车、航空航天、模具、仪表、轻工等制造行业。三维CAD系统在产品的零件造型、装配造型和焊接设计、模具设计、电极设计、钣金设计等方面提供了强大的功能，真实感显示、曲面造型的功能 第一章：主板原理图的设计1.1：Protel 99 SE的系统组成按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。1、电路工程设计部分(1)电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。（2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。（3）自动布线系统（Advanced Route 99）：本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。2、电路仿真与PLD部分（1）电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。（2）可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。（3）高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。1.2：CAD 的特点及应用Protel 99 SE是一个正在流行的电子线路CAD软件，它能使设计人员很方便地利用计算机来完成电子线路设计过程，如电气原理图编辑、电路功能仿真、印制电路板设计(自动布局、自动布线)、报表文件等。1.2.1：CAD 的特点(1) 将电路原理图编辑(Schematic Edit)、印制电路板设计(PCB)、可编程逻辑器件PLD设计、自动布线(Route)、电路模拟/仿真(SIM)等功能有机地结合在一起，是真正意义上的EDA软件，智能化、自动化程度高。(2) 支持由上到下或由下到上的层次电路设计，使其能够完成大型、复杂的电路设计。(3) 当电路原理图中的元件来自仿真元件库时，可以直接对电路原理图中的电路进行仿真测试。(4) 提供ERC(电气规则检查)和DRC(设计规则检查)，最大限度地减少设计差错。(5) 库元件的管理、编辑功能完善，操作非常方便。通过基本的作图工具，即可完成原理图用元件电气图形符号以及PCB用元件封装(Footprint)图形的编辑、制作。(6) 全面兼容TANGO及Protel for DOS、 Protel for Windows低级版本，向下兼容即在Protel 99 SE中可以使用、编辑TANGO或低级版本Protel建立的文件，并提供了与Or CAD(也是一种电路图设计工具)格式文件转换的功能。(7) Schematic和PCB之间具有动态链接功能(通过Synchronizer实现)保证了原理图与印制电路板的一致性，以便相互检查、校验。(8) 具有连续操作功能，可以快速地放置同类型元件、连线等。1.2.2：CAD 涉及的应用范围CAD首先它是一个可视化的绘图软件，许多命令和操作可以通过菜单选项和工具按钮等多种方式实现。而且具有丰富的绘图和绘图辅助功能，如实体绘制、关键点编辑、对象捕捉、标注、鸟瞰显示控制等，它的工具栏、菜单设计、对话框、图形打开预览、信息交换、文本编辑、图像处理和图形的输出预览为用户的绘图带来很大方便。其次它不仅在二维绘图处理更加成熟，三维功能也更加完善，可方便地进行建模和渲染。本部分以CAD通用技术规范为主线，主要介绍CAD技术标准化的内容，CAD软件开发和企业的CAD技术应用应该采用的标准。主要包括：CAD通用技术规范、CAD开发和应用标准化，以及CAD制图标准、CAD数据交换标准、CAD标准件标准、CAD文件管理、光盘存档标准和CAD一致性测试等内容。1.3：主板原理图的绘制1.3.1：绘制主板电路图SCH原理图1、装入元件库在装入元件之前必须找到各个元件所在的元件库，并将其装入原理图管理器浏览器中。该设计需添加Miscellaneous Devices.sch和Sim.sch两个元件库。2、元器件的放置 （1） 在如图所示中的【Browse】选项的下拉框中，选中【Libraries】项。 然后单击列表框中的滚动条，找出元件所在的元件库文件名，单击鼠标左键选中所需的元件库；再在该文件库中选中所需的元件。（2） 利用菜单命令放置元件：1） 执行菜单命令【Place】/【Part】。2） 直接单击鼠标右键，在浮动菜单上选择“Place Part”。3） 直接点击电路绘制工具栏上的按扭。4） 使用快捷键【P】/【P】。3、 原件间导线的连接，电源和接地符号的放置在Protel 99 SE 原理图编辑器中，原理图绘制工具，如导线、总线、总线分支、电气节点、网络标号等均集中存放在画图工具(Wiring Tools)中， 该工具即是画电气图件工具。 （1） 原件间用按键进行连接（2） 电源的放置：单击WiringTools中的按键，然后按Tab键，弹出窗口“net”栏写上“VCC”，“Stvle”改为“Bar”即可（3） 接地线的放置：单击WiringTools中的按键，然后按Tab键，弹出窗口“net”栏写上“GND”，“Stvle”改为“PowerGround”即可4、设置图纸执行菜单命令“Design”选“Options”。（1） 图纸大小：在“SheetOptions”处进行修改。图3-8所示。图3-8 图纸界面设置（2） 图纸信息输入：在“Organization”处进行修改。（3） 标题栏填写：在图纸的有下端处，利用绘图工具栏中的出入文字，按“Tab”键或者双击图标可以编辑字体大小、类型和颜色。图3-10所示。1.3.2：电气检查（1） 生成电气规则测试报：执行菜单命令【Tools】/【ERC】进入“Setup Electrical Rule Check”， 图3-11所示，点击“OK”按钮。图3-11 设置检查规则（2） 根据电气规则报告修改电路原理图，如果没任何错误，则不需要修改。如图，下图是无任何错误的报告。图3-12所示。图3-12 电气检查报告1.3.3：元件清单元件列表主要包括元件的名称、序号、封装形式。这样可以对原理图中的所有元件有一个详细的清单，以便检查，校对。 执行菜单命令【Report】/【Bill of Material】。1.3.4：生成网络表文件生成网络表文件的方法可以执行菜单命令【Design】/【Create Netlist】，将会出现“NetlistCreation”的网络表对话框。点击“OK”生成网络表。1.3.5：完成各模块及主板电路图的原理图 5V电源+5V 用于驱动除磁盘、光盘驱动器马达以外的大部分电路。6V接舵机MCU芯片板接口电机逻辑控制电机驱动主电路板第二章：主板电路的PCB设计2.1：PCB模版的设置步骤2.1.1：创建PCB文件新建一个PCB图文件可进入设计文件夹“【Document】”，执行菜单命令【File】/【New】或在工作区内单击鼠标右键，选择【New】选项，会弹出如图 所示的选择文件类型的对话框。图4-1所示。图4-1 建立新文件对话框双击该对话框中的【PCB Document】图标，即可创建一个新的印制板电路图文件，默认的文件名为“PCB1.PCB”。在工作窗口中该文件的图标上单击、或在设计浏览器中该文件的文件名上双击鼠标左键，即可进入印制电路板编辑器。2.1.2：规划印制板首先设定当前的工作层面为【Keep Out Layer】。单击下方的【KeepOutLayer】标签即可将当前的工作层面切换到Keep Out Layer层面，图4-2所示。在该层面上确定电路板的电气边界位置。图4-2 切换工作层面2.1.3：添加库文件并设置封装在进行PCB设计时，必须先设置好元件所在的元件库，然后才能从相应元件库中放置元件。 1.设置元件库 在设计管理器中选中Browse PCB选项，在Browse下拉列表框中选择Libraries，将其设置为元件库浏览器。单击Libraries栏下方的Add/Remove按钮，出现添加/删除库对话框，在对话框中找到所需的库文件，单击Add按钮装载库文件，单击OK按钮完成操作。这时，元件浏览器中将出现已加入的库文件。 PCB99SE中，印制板库文件位于Design Explorer 99 SELibraryPcb目录下，常用的印制板库文件是Generic Footprint文件夹中的Advpcb.ddb，本例中的元件均在该库中。元件也可以自行设计，调用自行设计的元件时必须装载自定义的元件库。图4-3所示。图4-3选择“Libraries”库2. 浏览元件图形打开了某个库文件后，元件库浏览器的Library栏内将出现其库中的元件库名，在Component栏中显示此元件库中所有元件的封装名称。选中某个封装，下方的监视器中将出现此元件封装图，图4-4所示。图4-4 属性编辑对话框2.1.4：导入网络表利用原理图生成的网络表文件装入网络表和元件。当载入网络表并执行宏指令后，这些元件及网络将放入工作区，成为内部的图件，从而受内部网络编辑器的管理。另外，在工作区里自行放置的元件，其中并没有网络定义的，也可以利用内部网络编辑器为它们挂上网络。1.执行菜单命令【Design】/【Load Nets】。2.执行后会弹出如下所示对话框。3.单击Browse查找网络表的位置。如果没有设定封装形式，或者封装形式不匹配，则在装入网络表时，会在列表框中显示某些错误，这样将不能正确加载这些元件。用户的返回原理图，修改元件的封装，然后再重新生成网络表。4.最后单击“Execute”，即可实现网络表的装入。2.1.5：元件手工布局元件放置完毕，应当从机械结构、散热、电磁干扰及布线的方便性等方面综合考虑元件布局，在布局时除了要考虑元件的位置外，还必须调整好丝网层上文字符号的位置。（1） 元件布局应便于用户的操作使用。（2） 尽量按照电路的功能布局。 （3） 数字电路部分与模拟电路部分尽可能分开。（4） 特殊元件的布局要根据不同元件的特点进行合理布局。 （5） 应留出电路板的安装孔和支架孔以及其他有特殊安装要求的元件的安装位置2.1.6：设置印制电路版层次执行菜单命令“Design”选“Options”，打开“Document Options”对话框，如下图所示，图4-10所示。点击“OK”确定。图4-10 文件选项对话框2.1.7：自动布线、调整电源线及底线（1） 自动布线是指Protel 99 SE 程序根据用户设定的有关布线参数和布线规则，按照一定的算法，依照网络表所指定的连接关系，自动在各个元件之间进行连线，从而完成印刷电路板的布线工作。布线参数设置完毕后，就可以开始自动布线了。Protel 99 SE中自动布线的方式有很多，既可以进行全局布线，也可以对指定的区域、网络、元件甚至是连接进行布线，可以根据需要选择最佳的方式。 执行菜单命令“Auto Route”（自动布线）选“All”（全部），打开“Autorouter Setup”对话框中的“Route All”按钮，即完成自动布线。图4-11所示。图4-11 执行自动布线命令Auto Route（2） 增加信号输入/输出接口l 切换工作层面，单击PCB工作窗口下方的工作层标签，将当前工作层改为顶层（TopLauer），图4-12所示。图4-12 切换工作层面l 放置元件封装单击放置工具栏中的按钮，出现放置元件封装对话框。在该对话框中输入元件封装形式（Footprint）“Sip2”，序号（Designator）“P1”注释（Comment）填“IN”或“OUT”， 图4-13所示。，点“OK”确定。图4-13 放置元件封装对话框（3） 放置电源封装 方法同上，只是将注释（Comment）填“VCC”或“VDD”。 注意将信号输入/输出接口和电源封装放到PCB图的下后方，应双击封装中的方型处，出现“Pad”对话框，单击按钮“Advanced”，选择“Net”下拉菜单中的“GND”选项，图4-14所示；应双击封装中的圆形处，出现“Pad”对话框，单击按钮“Advanced”，选择“Net”下拉菜单中的“VCC”选项，图4-15所示，点“OK”确定。 图4-14 选择GND选项 图4-15 选择VCC选项 完成后电路会自动将电源、地线和接口等连接。这时需要在一次执行自动布线：“Auto Route”（自动布线）选“All”（全部），打开“Autorouter Setup”对话框中的“Route All”按钮，即完成自动布线。（4） 根据需要还应对地线、电源线进行加粗。双击电源线、地线，出现“Track”对话框，在“Width”栏处将数值改为3050mil，点“OK”确定，图4-16所示。图4-16 走线对话框2.2：主板电路的PCB图2.3：主板电路的三维视图Protel99SE提供有3D预览功能，可以在电脑上直接预览电路板的效果，根据预览的情况可以重新调整元件布局。执行ViewBoard in 3D，或单击 按钮，对PCB进行3D预览，产生3D预览文件，在图形左边的设计管理器的Display区中，拖动视图小窗口的坐标轴可以