电路CAD应用设计课程设计.doc

课程设计论文 目录目录 第一章第一章 设计目的设计目的.1 第二章第二章 设计要求设计要求.2 第三章第三章 设计内容设计内容.3 3.1 教学内容.3 3.2 PROTEL DXP 软件介绍.3 3.3 PCB 制版介绍 .3 3.4 并行口硬件接口介绍.5 3.5 74HC244N .6 3.6 设计步骤.7 3.7 PCB 板的生成 .8 第四章第四章 个人总结与展望个人总结与展望.11 4.1 个人总结.11 4.2 未来展望.11 参考文献参考文献.12 附录附录.13 课程设计论文 1 第一章第一章 设计目的设计目的 通过电路 CAD 应用设计课程设计的学习，最主要目的是让学生了解并 掌握用 protel 软件绘制简单电路图；掌握用 protel 软件设计库元件；掌握简 单电子元件电路或产品的设计能力；了解电子产品设计与制作的一般过程；掌 握一般电子线路 PCB 图的设计及电子线路装配的基本方法。培养学生的动手操 作能力，提高学生的专业技能水平。为学生将来就业于应用电子技术类岗位打 下坚实的基础。 课程设计论文 2 第二章第二章 设计要求设计要求 通过 CAD 课程设计，学生能掌握电子产品自动化设计与制作的一般过程，能 阅读电路原理图、PCB 图，能借助手册查阅与电子元器件及材料的有关数据， 能正确选择使用元器件和材料，能借助微机熟练进行电路原理图、PCB 图设计， 并通过手工制作简单的 PCB 板，装接电子电路并使用电子仪器进行测试，能在 教师指导下解决电子电路制作过程中出现的一般问题，能对所制作电路的指标 和性能进行测试并提出改进意见。 课程设计论文 3 第三章第三章 设计内容设计内容 3.1 教学内容教学内容 熟练掌握使用 PROTEL DXP 软件进行电子线路原理图、PCB（印制电路板， 简称印制板）图的设计。绘制内容包括“89C51 单片机存储系统原理图” ；“超 声波发射接收电路原理图” 、 “高速 A/D、D/A 转换电路原理图”等。理解各电路 图工作原理并将以上原理图按具体要求制作成 PCB 板图。 3.2 PROTEL DXP 软件介绍软件介绍 Protel DXP 在前版本的基础上增加了许多新的功能。新的可定制设计环 境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象 定位功能及增强的用户界面等。 Protel DXP 是第一个将所有设计工具集于 一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数 据都可以按照自己的设计方式实现。 Protel DXP 运行在优化的设计 浏览器 平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB 设 计过程。通过设计输入仿真、 PCB 绘制编辑、拓扑自动布线、 信号完整性 分析和设计输出等技术融合， Protel DXP 提供了全面的设计解决方案。 3.3 PCB 制版介绍制版介绍 pcb 制板工艺流程与技术 pcb 制板的工艺流程与技术可分为单面、双 面和多层印制板。现以双面 板和最复杂的多层板为例。 常规双面板工艺流程和技术。 开料-钻孔-孔化与全板电镀 -图形转移（成膜、曝光、显影） - -蚀刻与退膜-阻焊膜与字符 -HAL 或 OSP 等-外形加工-检验-成品 开料-钻孔-孔化-图形转移-电镀-退膜与蚀刻 -退抗蚀膜 （Sn,或 Sn/pb）-镀插头-阻焊膜与字符 -HAL 或 OSP 等-外形加工- 课程设计论文 4 检验-成品 常规多层板工艺流程与技术。 开料-内层制作-氧化处理-层压-钻孔-孔化电镀（可分全板和图 形电镀）-外层制作-表面涂覆-外形加工-检验-成品 （注 1）：内层制作是指开料后的在制板 -图形转移（成膜、曝光、显 影）-蚀刻与退膜-检验等的过程。 （注 2）：外层制作是指经孔化电镀的在制板 -图形转移（成膜、曝光、 显影）-蚀刻与退膜等过程。 （注 3）：表面涂（镀）覆是指外层制作后 -阻焊膜与字符 -涂（镀） 层（如 HAL、OSP、化学 Ni/Au、化学 Ag、化学 Sn 等等） 。 埋/盲孔多层板工艺流程与技术。 一般采用顺序层压方法。即： 开料-形成芯板（相当于常规的双面板或多层板） -层压-以下流程 同常规多层板。 （注 1）：形成芯板是指按常规方法造成的双面板或多层板后，按结构 要求组成埋/盲孔多层板。如果芯板的孔的厚径比大时，则应进行堵孔处理， 才能保证其可靠性。 积层多层板工艺流程与技术。 芯板制作-层压 RCC-激光钻孔-孔化电镀-图形转移-蚀刻与退膜 -层压 RCC-反复进行形成 a+n+b 结构的集成印制板（ HDI/BUM 板） 。 （注 1）：此处的芯板是指各种各样的板，如常规的双面、多层板，埋/ 盲孔多层板等等。但这些芯板必须经过堵孔和表面磨平处理，才能进行积层 制作。 （注 2）：积层（HDI/BUM）多层板结构可用下式表示。 a+n+b a 为一边积层的层数， n为芯板，b为另一边积层的层数。 集成元件多层板工艺流程与技术。 课程设计论文 5 3.4 并行口硬件接口介绍并行口硬件接口介绍 并行口硬件接口图如下 图 3-1 并行口硬件接口图 标准并行口有 25 个引脚，其中数据端口引脚为 29，状态端口引脚为 15、1013，控制端口引脚 1、14、16、17 用于连接器件，其他引脚 1825 是接地引脚 GND 并行口工作在 SPP 模式下， 机是通过对 3 个 8 位端口寄存 器的读或写来实现对它 PC 们的控制。端口寄存器分别是：（1）数据端口地址 0 x378 为 D7D0，对应引脚 P9P2；（2）状态端口地址 0 x379 为 S7S3， 对应引脚 P11、P10、P12、P13、P15；（3）控制端口地址 0 x37A 为 C3C0， 对应引脚 P17、P16、P14、P1。注意：S7、CO、C1、C3 信号的逻辑状态在连接 器处是与相应寄存器位相反的。对这些位进行写操作时，写入的值应该与连接 器处设置的值相反；同样，进行读操作时，读取的值也与连接器处设置的值相 反。 课程设计论文 6 3.5 74HC244N 74HC244N 电路原理图如下 图 3-2 74NC244N 原理图 74HC244 是 8 缓冲器电路，用来作计算机并口和单片机的缓冲隔离。 LPT 的、脚用来控制两组缓冲器的输出，在其输出低电平时，所控制的缓 冲器可正常传递数据；输出高电平时，所控制的缓冲器输出端为高阻态。 LPT 的脚输出编程命令和数据到单片机的 MOSI 端(MOSI 在这里表示计算机输 出、单片机输入)； LPT 的脚输出串行编程时钟信号到单片机的 SCK 端；LPT 的脚输出复位信号 到 RST 端； LPT 的脚输出编程状态信号到 LED 端。LED 是目标板上的发光二极管，可以不 用。由单片机读出的信息经 MISO 端(MISO 在这里表示单片机输出、计算机输入)输 出到 LPT 的脚。 74HC244 的电源由单片机目标板上的 5V 电源通过二极管 VD1 提供。 课程设计论文 7 下载电缆采用 10 芯线，标准 10 脚 IDC 接头 并口下载线内部使用了 HC244 芯片对信号进行隔离，带 5.1V 过压保护，具有二 极管电压隔离，可防止误插到 JTAG 座时的目标板电源保护。 3.6 设计步骤设计步骤 电路原理图的设计主要是 PROTELDXP 的原理图设计系统（Advanced Schematic）来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用该软件所提供 的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、 精美的电路原理图。 1.建立原理图 首先在新建原理图前要新建文件夹，打开Protel DXP软件在file菜单中新 建PCB_Project保存。再建立Schematic原理图，把此原理图保存在新建文件夹 中（注：后缀为.schdoc）,此时才能进行电路图设计。 2.设置图纸信息 设计原理图之前，必须根据电路的复杂程度设置图纸的大小，以及设置图 纸的方向、网格大小和标题栏等信息。在Tools菜单中点击Schematic Preference选项，对上述内容进行参数设计。 3.载入元件 在设计过程中，根据电路的需要，有些元件无法从本地元件库中直接找到， 这时可以点击Libraries中的Search选项，在上方的空白处输入所需元件名，在 Libraries on path的状态下进行搜索即可。或者可以从元件库中调入所需的元 件。这时可以通过加载元件库的方法来实现元件的载入。点击Libraries中的 Libraries选项，单击Install查找所需的元件库，将其选中、打开，再关闭 Available Libraries对话窗口，就可将元件库添加成功，再在Libraries中直 接搜索所需元件即可（注：元件名前面的*不可省略） 。 4.放置元件 在加载的元件库中搜索出所需的元件后，在Libraries左键选中所需元件移 动光标至合适的位置，单击鼠标即可在光标所在位置添加一个所选元件。添加 课程设计论文 8 了一个元件后，光标上悬浮的元件标志并不会消失，如果在原理图的其他位置 单击鼠标左键，会再单击处又添加一个元件，单击右键消失。根据元件之间的 走线，在工作面板上需对元件进行位置的调整、属性的设置等。只需双击元件 便可对其进行设置。 5.布置导线 单击Wiring工具栏中的放置导线工具Wire按钮，光标自动变成十字形，将 光标移动到欲设置导线的其实位置，因为设置了栅格系统会自动定位到光标附 近的元件引脚上，并会显示一个红色的连接标记，对其进行单击左键活回车即 可确定导线起点。将光标移动到导线的终点后鼠标左键确定该点，单击右键取 消放置导线功能。使用具有电气意义的导线、网络标号、端口标号和电器连接 点将工作面板上的元件连接起来，构成一个完整的电路原理图。经过原理图布 线后，通过进一步的布线调整，对原理图进行修改，使原理图更加美观和正确。 该过程包裹元件的位置的重新调整，导线位置的删除、移动，更改元件属性和 排列等。 6. 检查修改 在原理图上增加一定的注解，使原理图更易懂、更具有可读性。这时对所需修 改的元件进行双击，可修改其参数值，可以在 Designator 处修改名字，在 Orientation 处调整摆放角度，或选中元件加空格改变摆放角度等。对原理图 进行深入的检查核对，并对原理图进行进一步的调整和修改，确保原理图的美 观和准确无误。 3.7 PCB 板的生成板的生成 1.新建 在 file 菜单中选择 new 中的 PCB 选项，对其进行命名 CAD.PcbDoc(注：其 后缀必须为.PcbDoc)，而且必须与原理图保存在同一文件夹中，以便原理图的 导入。并对其参数进行相应的设置。 2.导入原理图 点击原理图界面中的 Design 菜单中 Update PCB Document CAD.PcbDoc， 课程设计论文 9 出现 Engineering Change Order 对话框，单击 Execute Changes,如果没有问 题会显示对号，即导入成功，这时关闭对话框即可。再进入 PCB 板中将界面缩 小即可直接找到导入元件。如果原理图有问题则会显示叉的符号，根据其提示， 再对其原理图进行相应的修改，再进行上述操作，直至成功为止。 3.布置连线 线段的属性除没有网络特性外，其他都与连线相同。由于即便一根从带有 网络的焊盘上引出的 Line 也不带有任何电气属性，因此，线段被用来布放没有 电气性能的连线，例如定义结构尺寸、标注等机械层信息或者是禁布层信息等。 布置方法：在 Keep-out layer 层中单击主菜单中 Place 中的 Line 选项，即启 动布置命令，绘制方法原理图中的布线方法相同。如下图所示。 图 3-3 封装结构 4.元件布局 单击 PCB 图中的元件，将其拖到 PCB 板中的 Keep-out 区域内，将光标移动 到欲设置导线的其实位置，因为设置了栅格系统会自动定位到光标附近的元件 引脚上，并会显示一个红色的连接标记，对其进行单击左键活回车即可确定导 线起点。将光标移动到导线的终点后鼠标左键确定该点，单击右键取消放置导 线功能。在放置元件时应注意其元件的排版和分布，使其排版尽量美观合理。 课程设计论文 10 5.自动布线 在主菜单中选择 Auto Route 中的 All 选项，在 Situs Routing Strategies 对话框中选择 Default 2 Layer Board 选项，单击 Route All 按钮， 启动 Situ 自动布线器。即完成 PCB 板的制作，如下图所示。 2 1 2 1 21 19202122242317181615142512345136111210987 86410275391 2 1 21 11121314151617181920 10987654321 图 3-4 封装图 6.生成 PCB 元件 在主菜单中选择 file 中 new 的下拉菜单中的 Library 中的 PCB Library. 根据要求绘制其 P1 贴片。选择 Place Pad,双击其贴片，对其进行参数修改。 在 Layer 中改变颜色，其中 Top Layer 为红色，Bomttom Layer 为蓝色。在形 状 Shape 选项中改为 Octagonal。根据实际情况修改其长宽值：X-Size 和 Y- Size。绘制完成后对其进行保存（注：其后缀必须为.PcbLib）,然后将其导入 元件库。首先点击 Libraries 中的 Libraries 选项，单击 Install 查找生成元 件的所在元件库，将其选中、打开，再关闭 Available Libraries 对话窗口， 就可将元件库添加成功，再在 Libraries 中直接搜索所需元件即可（注：元件 名前面的*不可省略） 。导入成功后使用该元件，绘制出得完整 PCB 板。见附录。 课程设计论文 11 第四章第四章 个人总结与展望个人总结与展望 4.1 个人总结个人总结 电路 CAD 应用课程设计是一门应用性和实践性很强的学科，通过近两周 的电路 CAD 应用课程设计实验的学习，自己了解了得 ISP 并行接口下载线的设 计得电路原理，了解了并行口硬件接口的知识，对 74HC244N 的作用以及各个管 脚的功能有了一定的掌握，能够独立完成 ISP 并行接口下载线的设计与制作， 并画出电路原理图，进行 PCB 板的生成，自己的心里有了很大成就感，这也激 发起我对 CAD 课程设计学习的兴趣。正如那句话所说的一样“兴趣是最好的老 师”，相信这种兴趣会对我的学习、成长起到很大作用。 在学习的过程中遇到不懂或难以理解的问题及时上网查找资料，与同学研 究讨论，最后再请教王老师给予指导。在设计过程中，对于 PCB 板的生成与同 学出现了分歧，在一番激烈的讨论之后找到了 PCB 板的设计病症，对症下药加 以改正，最终设计出 ISP 并行接口下载线。在讨论中锻炼了自己分析问题解决 问题的能力，同时也增强了同学们的团结互助的精神。这种探究讨论的方法是 能够发现问题、解决问题的高效学习方法，教学相长，是我们共同提高自身的 学习技能。 总之，锻炼自己的动手实践能力，虚心学习积累经验，努力使自己的学习 能力不断提高，丰富自己的知识，完善自身素质能力。 4.2 未来展望未来展望 电路 CAD