基于单片机秒表原理绘图及PCB板设计.doc

宁德师范学院Altium Designer课程设计 题目名称：基于单片机秒表原理绘图及PCB板设计 系 别： 物理与电气工程系 专 业： 电气工程及其自动化 学 号： 姓 名： 指导老师： 日 期： 摘要Altium Designer 软件是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。AltiumDesigne主要有两大部分组成，每一部分个有几个模块，第一部分是电路设计部分，主要有：原理设计系统，包括用于设计原理图的原理图编辑器Sch,用于修改和生成原理图元件的原件编辑器，以及各种报表的生成器Schlib。印刷电路板设计系统，包括用于设计电路板的电路板编辑器PCB以及用于修改，生成元件封装的元件封装编辑器PCBLib。第二部分是电路仿真与可编程逻辑器件设计关键词：AltiumDesigne软件；电路原理图设计；电路仿真目 录1 概述11.1AltiumDesigner软件的介绍11.2 AltiumDesigner软件的功能12 功能分析23 创建新的元器件集成库的过程，包括原理图及PCB封装23.1 创建集成元件库23.2 原理图、封装创建过程34 PCB板的制作过程104.1 首先创建PCB104.2 电路板禁止布线区的设置114.3 PCB布局分析115 致谢12参考文献13附录14Altium Designer课程设计1 概述1.1AltiumDesigner软件的介绍AltiumDesigne主要有两大部分组成，每一部分个有几个模块，第一部分是电路设计部分，主要有：原理设计系统，包括用于设计原理图的原理图编辑器Sch,用于修改和生成原理图元件的原件编辑器，以及各种报表的生成器Schlib。印刷电路板设计系统，包括用于设计电路板的电路板编辑器PCB以及用于修改，生成元件封装的元件封装编辑器PCBLib。第二部分是电路仿真与可编程逻辑器件设计。1.2 AltiumDesigner软件的功能（1）电路原理图设计绘制和编辑电路原理图等；制作和修改原理图元件符号或元件库等；生成原理图与元件库的各种报表。（2）印制电路板设计印制电路板设计与编辑；元件的封装制作与管理；板型的设置与管理。 （3）设置原理图编辑界面的系统参数和工作环境为了适应不同用户的操作习惯，以及不同的项目的原理图格式需求，AltiumDesigner允许用设置原理图编辑界面的的工作环境，例如设置网络的大小和类型以及鼠标指针类型等，其中大多数参数可以用系统默认值，但根据用户个人的习惯来适当调整环境设置，将会给设计者带来方便，显著提高设计效率。在对原理图编辑界面进行调整后，用户还需要对原理图的图纸尺寸进行设置，以满足图纸使用者的要求，图纸的格式、规格要根据实际情况进行选择，良好的图纸格式会使图纸管理工作变得更加轻松。尤其是在一个项目汇总包含多张原理图时候。（4）布置元件并调整元件属性和布局这一步是原理图设计的关键，用户根据实际电路的需要，选择合适的电子元件，然后载入包含所需元件的集成元件库，从元件库中提取元件放置到原理图纸上，同时还需设定零件的标识、封装等属性。(5) 原理图布线原理图布线就是利用“Wiring”工具栏的连线工具将图纸上的独立元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。(6)检查、仿真、校对及线路调整当原理图绘制完成以后，用户还需要利用系统所提供的各种工具对项目进行编译，找出原理图中的错误，进行修改。如果需要，也可以在绘制好的电路图中添加信号进行软件模拟仿真，检验原理图的功能。7.输出报表，保存文件原理图校对结束后，用户可利用系统提供的各种报表生成服务模块创建各种报表，例如网络列表、元件列表等。为后续的PCB设计做准备。获得报表输出后，保存原理图文档或打印输出原理图，设计工作结束。2 功能分析数字电子秒表具有显示直观、读取方便、精度高等优点，在计时中广泛使用。本设计用单片机组成数字电子秒表，力求结构简单、精度高为目标。其硬件电路主要有主控制器，计时与显示电路和回零、启动和快加电路，主 控制器采用单片机8051，显示电路采用四位共阴极LED 数码管显示计时时间。3 创建新的元器件集成库的过程，包括原理图及PCB封装3.1 创建集成元件库(1)执行菜单命令File NewProjectIntegrated Library，创建一个集成元件库文档；执行菜单命令File Save Project As，将刚创建的集成元件库文档保存并命名为集成元件库.LibPkg，如图1。 图1 元件库创建(2)执行菜单命令File NewLibrary Schematic Library，创建一个原理图库文档；执行菜单命令File Save，将刚创建的原理图库文档保存并命名为PIC.SCHLIB。 图2 原理图库的创建 (3)执行菜单命令File NewLibrary PCB Library，创建一个PCB库文档；执行菜单命令File Save，将刚创建的PCB库文档保存并命名为PIC.PcbLib，如图3所示。 图3 集成库的创建3.2 原理图、封装创建过程(1)在Projects面板中双击PIC.SCHLIB文档，打开原理图库编辑界面，如图4。 图4 原理图编辑 (2)在窗口右下角单击SCH 标签，在出现的菜单中选择SCH Library，弹出SCH Library面板，如图5。 图5 SCH Library (3)可以看到系统自动创建了一个名为Component_1的元件。单击选中该元件，执行菜单命令ToolsRename Component，出现Rename Component对话框，重命名该元件为：电容，如图6。图6 电容的创建 (4)在工具栏中单击应用工具图标右侧的下拉箭头，在出现的下拉菜单中选择（Place Line）命令，光标呈十字状，进入线段放置状态。按下TAB键，出现如图7所示的PolyLine对话框，单击Color色块，在出现的Choose Color对话框中设置线段的颜色为蓝色。 图7 线段颜色设置 (5)单击O K按钮，关闭Choose Color对话框，采用与原理图绘制中导线绘制相同的方法，绘制线段，完成电容外形的绘制，如图8。 图8 电容外形绘制 (6)执行菜单命令PlacePin，进入管脚放置状态，光标呈十字状，且附着一个管脚符号。 (7)按下TAB键，在出现的Pin Properties对话框中，设置管脚参数，如图9。 图9 管脚参数设置(8)单击OK 按钮，关闭Pin Properties对话框，按下空格键，将管脚旋转到一定角度，单击鼠标左键放置电容上方的管脚，如图10。 图10 管脚设置 (9)用同样的方法，放置电容下方的管脚。在工具栏中单击保存图标，保存当前原理图库文档，如图11。 图11 原理图元件的保存 (10)保存当前文档。在Projects面板中双击打开PIC.PcbLib文档，在PCB Library面板Components一栏中单击鼠标右键，在出现的菜单中选择Component Wizard，出现如图12所示的Component Wizard对话框。 图12 启用封装创建向导(11)单击next按钮，在出现的Component patterns页面中，单击选中Dual In-line Packages(DIP)；在Select a unit下拉菜单中选择单位为Metric（公制），如图13。 图13 Component patterns设置 (12)单击next按钮，在出现的Dual In-line Packages(DIP)界面中，根据设计要求，设置合适的焊盘及钻孔尺寸，如图14所示。 图14 Dual In-line Packages(DIP)设置 (13)单击next按钮，出现如图15所示的界面，可根据具体设计需要，设置焊盘水平及垂直方向上的间距，这里采用系统默认的标准DIP封装设置。 图15 设置焊盘间距(14)单击next按钮，出现如图16所示的界面，设置焊盘与元件边缘的距离，这里采用系统默认设置。 图16 设置焊盘与元件边缘的距离 (15)单击next按钮，出现如图17所示的界面，结束封装创建向导。 图17 结束封装创建向导 待绘制完所需的元件封装，将所有的封装导入相应的元件使之联系起来，如下图18所示，即代表封装与元件导入成功。 图18 导入封装的元件 4 PCB板的制作过程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。4.1 首先创建PCB（1）选择：文件新建PCB（FileNewPCB），重命名并保存。左键点中原理图，键盘上PageUp，PageDown可调整视图大小。选择：设计文档选项标准样式（DesignDocumentOptionsSheetOptions）可调整图纸尺寸大小，如图19。 图19 PCB的创建 （2）PCB板的生成：设计Update PCB Document执行全部。如图20。图20 PCB基本布局4.2 电路板禁止布线区的设置（1） 设定当前的工作层面为“Keep-OutLayer”。 （2）执行菜单命令【Place】/【Line】（3） 适当位置单击，确定起点。然后拖动至某一点，再单击确定终点。4.3 PCB布局分析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-CreateNetlist），之后在PCB图上导入网络表（Design-LoadNets）。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： （1）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）； （2）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； （3）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； （4）I/O驱动器件尽量靠近印刷板的边、靠近引出接插件； （5）时钟产生器（如：晶振或钟振）要尽量靠近用到该时钟的器件； （6）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围加一个钽电容。 （7）布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉，需要特别注意，在放置元器件时，一定要考虑元器件的实际尺寸大小（所占面积和高度）、元器件之间的相对位置，以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性同时，应该在保证上面原则能够体现的前提下，适当修改器件的摆放，使之整齐美观，如同样的器件要摆放整齐、方向一致，不能摆得“错落有致”。这个步骤关系到板子整体形象和下一步布线的难易程度，所以一点要花大力气去考虑。布局时，对不太肯定的地方可以先作初步布线，充分考虑，最后的完整PCB图如图21。 图21 PCB封装图5 致谢经过一周的忙碌和学习，本次课程设计的圆满结束。此次的电子实习受益颇深。不仅学会了如何使用AltiumDesigne，并且画出电路的原理图和设计PCB板，而且还在实习中更加深刻的体会了如何与同学配合，互帮互助的精神。在实习中碰到了一些比较难的问题，自己不畏困难，专心研究，学会如何独立思考并解决问题。实在最后解决不了的就去请教同学。同学们都十分热情的帮助