八路抢答器印制电路板设计

-Protel DXP,电子cad课设,南京工业职业技术学院,八路智力抢答器印制电路板的设计与制作,模块二 :,任务1 : 绘制八路智力抢答器电路图,能力目标 能使用protel软件绘制电路图 。 知识准备 protel软件绘制电路图的一般流程； protel软件绘制电路图的一般要求。,南京工业职业技术学院,任务引入,用protel软件绘制所示八路智力抢答器电路原理图,南京工业职业技术学院,任务分析, 智力抢答器作为一种电子产品，已广泛的应用于各种智力竞赛和知识竞赛场合。,要完成此任务，首先从给定的电路原理图看出元器件较多，且有集成电路，属于一般的数字逻辑电路，根据原理图可分析其工作原理；其次我们要掌握用Protel 软件绘制电路原理图的流程，在设计中要注意哪些问题?,南京工业职业技术学院,任务实施,一、熟悉电路原理,这是一套带有数码显示功能的八路智力抢答器，其总体框图如下：,实现八路选手的抢答功能 当主持人宣布开始抢答后，当第一个按按钮的选手按动抢答键时，能显示该选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。 整个电路主要由输入锁存控制电路、数码显示电路、报警电路三部分组成。, 主要功能,输入锁存控制电路 输入电路由按键S1S8、锁存器D1及相关门电路组成。控制开关S9置于“清除”位时，显示器灭灯,八路锁存器DM74S373N的LE端为高电平。S9置于“开始”位时，抢答器处于工作状态，等待输入端输入信号。有一个按钮先按下时，其对应端为低电平，相应的发光二极管亮，DM74S373N执行锁存功能，其他键按下不起作用。,数码显示电路译码器 锁存在锁存器输出端的低电平送到优先编码器74F148PC进行编码，再送到BCD七段驱动器DM74LS247N，最后送到共阳极的七段数码管显示相应数字。在SM74LS247N前接一股4位全加器DM74LS83AN以使按键编号与显示一致。,报警电路 由LM555CJ定时器和三极管构成报警电路，其中LM555CJ用来构成多谐振荡器，其输出信号经三极管推动扬声器。B1为控制信号，高电平时多谐振荡器工作，反之停振。, 完整的电路原理图,南京工业职业技术学院,二、用Protel DXP软件绘制电路原理图,操作步骤：, 双击桌面的 图标进入protel dxp的工作界面。执行命令FileNewPCB project，建立一个新的PCB工程项目PCB_Project1.PRJPCB。如右图所示。, 将鼠标放在新建的项目文件下按鼠标右键，执行命令Save Project As将新项目文件重命名，指定你要把这个项目保存在你的硬盘上的位置，在文件名栏里键入文件名baojingqi.PRJPCB，并点击Save。,南京工业职业技术学院, 将鼠标放在新建的项目文件baojingqi.PRJPCB下按鼠标右键，执行命令Add New ProjectSchematic，在新建的项目中建立一张新的原理图sheet1.SCHDOC. 将鼠标放在新建的原理图文件下按鼠标右键，执行命令Save As将原理图文件另存为baojingqi.SCHDOC。点击Project面板上的关闭项目管理面板。如右图所示。,南京工业职业技术学院, 设置原理图图纸大小。 一般采用A4图纸，执行命令DesignDocument Options，选择Sheet Options标签，下拉Standard Style选择框，选择A4。如下图。,注意： 在放置元器件前要先把元器件所在的库文件装载上。只要把表中的库文件加载上，就可以放置原理图上的所有元器件。,南京工业职业技术学院,注意： 图纸、图形符号和编号的标准化问题是容易忽视的。由于Protel DXP软件是国外软件，很多元器件的图形符号不符合国家标准，对不符合国家标准的元器件需要进行一定的修改才能使用。, 加载库文件Miscellaneous Devices.Intlib、Miscellaneous Connectors.Intlib、 FSC Logic Gate.IntLib 、FSC Logic Latch.IntLib、FSC Logic Multiplexer.IntLib、 FSC Interface Display Driver.IntLib 、 NSC Logic Arithmetic.IntLib 、NSC Analog Timer Circuit.IntLib，点击原理图工作区右下脚的System标签中的Libraries打开Libraries面板。如下图所示。点击面板上的Libraries按钮，进入库文件加载/卸载的对话框。,南京工业职业技术学院,注意： 使用过滤器快速定位元件。在库名下的过滤器栏内键入RES*设置过滤器。在过滤器下的元件列表中将显示当前库中以“RES”作为元件名开头的所有元件。,南京工业职业技术学院,在列表中点击RES2选中该元件，然后点击Place RES2按钮。 放置时在光标浮动状态下按Tab 键编辑其属性 ，见下图。然后放置。, 将Miscellaneous Devices.Intlib库文件作为当前库，开始放置元件R1-R20。在放的过程中，按住TAB键进入元件属性编辑对话框，编辑元件的编号R1和封装。, 将FSC Logic Latch.IntLib库文件作为当前库，开始放置元件D1，过程同上。, 从菜单选择File Save（热键F，S）保存原理图。,注意：在放置元件时，同类元件连续放置可减少元件属性的编辑工作。, 所有的元件放置完毕，用wire进行电气连接。从菜单选择Place Wire（热键P，W）或从Wiring Tools（连线工具）工具栏点击Wire工具进入连线模式。光标将变为十字形状。如右图。,南京工业职业技术学院, 放置网络标号。从菜单选择Place Net Label。放置的过程中注意按Tab键编辑属性。如右图所示。, 将剩余的网络标号放置好，从菜单选择File Save（热键F，S）保存你的原理图。,注意： 网络标号具有电气连接意义，名称相同网络标号之间视同连接了一根导线。网络标号的命名尽量与其电气功能相近。在设计电路原理图时，尽量使用网络标号，一方面使电路图美观，另一方面也增加了电路的可读性。,南京工业职业技术学院, 电气规则检查。 选择命令Project Compile PCB Project进行原理图的编译，编译的结果将显示在设计窗口下部的Messages面板中。如下图所示。, 从菜单选择View Fit All Objects（热键V，F）恢复原理图视图，并保存无错误原理图。至此完成了原理图的设计。,任务2 : 绘制八路智力抢答器的通孔插装印制电路板,能力目标 能使用protel软件设计印制电路板知识准备 印制电路板设计的一般流程； 印制电路板设计的一般要求。,南京工业职业技术学院,任务引入,根据任务1所作的电路原理图，设计印制电路板图。要求： 1、印制板外形尺寸：2700mil1000mil 2、印制板为通孔插装双面板，印制导线宽度均为 50mil。印制导线间、印制导线与元件之间、 元件与元件之间的最小间距均为12mil。,南京工业职业技术学院,任务分析, 已知电路原理图，可以用PCB计算机辅助设计软件来进行印制电路板的设计。Protel是流行的PCB设计工具之一，大多数PCB生产厂家都接受Protel设计格式的PCB文件。我们选择Protel DXP软件来进行印制电路板的设计。,要完成此任务，首先我们要了解用Protel 软件设计印制电路板的流程；其次考虑印制电路板设计要注意哪些问题；最后，题目要求设计成双面印制电路板，印制电路板结构如何？,南京工业职业技术学院,相关知识,一、用Protel DXP软件进行印制电路板设计的工作流程,1、设计原理图元件,虽然软件提供了丰富的原理图元件库，但是并不可能将所有的元件都收在这些库中，如果发现元件库中没有所需要的元件或库中的元件图形符号不符合国家标准，则要先设计原理图的元件。,2绘制原理图,注意：绘制原理图时的一般原则；完成原理图设计之后，利用ERC（电气规则检查）工具查错，保证电路设计的正确性 。,3、设计元件封装,与元件一样，PROTEL软件也不可能提供所有的元件封装，如果发现封装库中没有需要的元件封装，则要先设计元件封装。,4设计印制电路板,首先根据印制板设计工艺要求，进行规则设置，主要包括印制电路板的外形尺寸、使用的板层数（单面板、双面板、多层板）、布线的宽度、最小间距等参数，然后将正确原理图传送到印制电路板中来，在网络表、设计规则和原理图的引导下布局和布线，最后利用DRC(设计规则检查)工具查错。,5输出印制电路板设计文件,文档整理是非常有必要的，良好的文档给今后的维护、改进都会带来极大的方便，如原理图、印制电路板的丝印层、元器件清单等文件。而且这些文档还是指导后续生产不可缺少的技术文件。,二、印制电路板设计的一般要求,1、电气连接要正确,2、印制电路板可靠,3、布局布线要合理,4、印制电路板设计要经济,三、数字电路印制电路板设计要注意的问题,合理的走向 、选择好接地点、线条的宽度、尽量减少过孔等等。,南京工业职业技术学院,四、印制电路板的结构,印刷电路板有单面板、双面板和多层板几种。顾名思义，单面板只在一面敷着铜箔导线，双面板则在两面都有。多层板就是除了PCB的正反两面布有导线外，板子间隙还布有一层或多层导线。,PCB的表面一般有3层，从上到下依次是: 丝印层、阻焊层和铜箔层,南京工业职业技术学院,即丝网印刷层。电路板要能更好地完成电气连接任务，除了铜箔层外，丝印层也是必不可少的。丝印层位于印刷电路板的最上层，记录着一些标志图案和文字标号（一般为白色），如元件的标号、型号、封装形状、厂家标志和一些设计信息。,铜箔层：即信号层或叫布线层。铜箔层完成电路的电气连接。通常将铜箔的层数定义为电路板的层数，因此单面板只有一个铜箔层，双面板上下表面都有铜箔层，而更复杂的电路板则有多个铜箔层。,阻焊层：在丝印层下是阻焊层，为了使制作的电路板满足焊接的需要，同时为了保护下一层的铜箔导线。该层把除了焊盘和过孔（焊盘和过孔的概念稍后会谈到）外，将铜箔导线用阻焊剂保护了起来。,南京工业职业技术学院,印制电路板的关键部分在铜箔层上。铜箔层的几个主要部分如下：,焊盘：在PCB上，焊盘完成着电气连接的任务，各个元件的引脚都是焊接在焊盘上的。通过焊盘完成各个元件间信号的输入与输出，并与PCB的其他部分连接起来。,圆形焊盘,多边形焊盘,椭圆形焊盘,布线：在PCB上的铜箔导线起着实际电路中的导线作用。布线将焊盘与焊盘之间相连接，完成整个电路板上电气特性的连接任务，布线通常受到线宽和线间距等条件的限制。,过孔：过孔主要完成不同铜箔层之间的电气连接任务，在层与层之间需要连通的导线上打通一个公共的孔，在制板时通过沉铜技术将孔壁圆柱面上镀上一层金属，以连通各层需要连通的铜箔。,南京工业职业技术学院,用Protel DXP软件绘制印制电路板图,操作步骤：, 在新建的项目中建立一张新的PCB1.PCBDOC. 执行命令Save As将PCB文件重命名, 在文件名栏里键入文件名为baojingqiqi.PCBDOC，点击Save。关闭项目管理面板。, 分析原理图每一个元器件的封装，并保证原理图中每一个元器件封装已经定义且符合实际元器件封装的要求。本例中元器件的封装分析见下页表。,任务实施,南京工业职业技术学院,确认表中所列的封装库文件均已加载。如图,南京工业职业技术学院,南京工业职业技术学院, 将项目中的原理图信息发送到目标PCB： 在原理图编辑界面选择Design Update PCB Document chongdianqi.PcbDoc。Engineering Change Order项目修改对话框出现。如图,注意：执行 Validate Changes后，若项目修改对话框check列某些项打，表明这些信息在转换过程中出现差错，这些信息将丢失，印制电路板电气特性不能与原理图保持一致。打可能的原因：原理图元件封装模型没有加；封装模型已加但不正确；原理图元件封装加了且正确，但它所在的封装库文件没有加载上；原理图与PCB的封装与封装库均加，但二者的封装名不一致。仔细对照上述原因一一检查，一定能够找出错误所在。只有check栏全部打勾，才能执行Execute Changes操作。至此原理图的信息（元器件及元器件之间的电气连接关系）准确无误的转换到印制电路板上。,南京工业职业技术学院,南京工业职业技术学院, 规则设置：在开始元件布局之前，需要对印制电路板设计工作区一些公共参数做一些设置，如印制板尺寸大小、禁止布线区域大小、栅格、设计规则的设置。,单击编辑区下面的工作层选项栏中的【Mechanical 1】选项，选择当前工作层为机械层1，执行命令Placeline，在编辑区绘制出一个封闭的区域，2700mil1000mil，确定印制板的外形尺寸。如下页图所示：,印制板尺寸大小设置：,南京工业职业技术学院,南京工业职业技术学院,禁止布线区域设置：,单击编辑区下面的工作层选项栏中的【keep out layer】选项，选择当前工作层为禁止布线层，执行命令Placeline，在编辑区绘制出一个封闭的区域，2600mil900mil，确定印制板的禁止布线区域。如图所示。,注意： 根据经验，一般禁止布线区域与外形尺寸相差50100mil为最佳。本例使用的是相差50mil，即四周都往内缩50mil，所以禁止布线区域设置为2600mil900mil,南京工业职业技术学院,确认放置栅格设置正确。放置在印制电路板工作区的所有对象均排列在称为捕获栅格（snap grid ）上。从菜单选择Design Options（热键D，O）打开Board Options 对话框。如右图所示。,栅格（Grids）设置：,本例中为什么把捕获栅格设置为25mil？,南京工业职业技术学院,这样可以使定位元件更容易些。从菜单选择Tools Preferences（热键T，P）打开System Preferences 对话框。在Options标签的Editing Options单元，确认Snap to Center选项被选中。如图所示。,设置定位元件选项：,根据题目要求印制导线间、印制导线与元件之间、元件与元件之间的最小间距均为12mil。执行命令DesignsRules,跳出pcb rules and constraints Editors对话框。如图所示。点击Clearence，在对话框的右边出现编辑界面。,间距规则设置：,南京工业职业技术学院,元件合理布局:,本例元器件较多，可以用自动布局和手动布局的方法将元器件拖放到合适的位置即可。元器件布局的原则主要是按照信号流向，从左到右排列元器件，一般输入信号在左边，输出信号在右边。模拟信号和数字信号分区放置。元器件放置要留有一定的空间和间距（12mil），便于以后的安装与调试。,元件拖动时如果变成绿色是什么原因？,在不理解自动布局的情况下，尽量使用手动布局？,自动布局后的元件排布，可以看出不太理想，需要结合手动布局重新排布元件。,南京工业职业技术学院,手动布局元件：,首先放置U1(三端稳压调节器LM317T)，将光标放在LM317T轮廓的中部上方，按下鼠标左键不放。光标会变成一个十字形状并跳到元件的参考点。不要松开鼠标左键，移动鼠标拖动元件。拖动连接时，按下SPACEBAR将其旋转90，然后将其定位在板子左边（确认整个元件仍然在板子边界以内），元件定位好后，松开鼠标将其放下，注意飞线是怎样与元件连接的。交叉越少越好。,元件标号如何重新定位？按下鼠标左键不放来拖动文字，按SPACEBAR旋转,南京工业职业技术学院,元器件的对齐和间隔：,例如，将R1R8四个电阻对齐、水平等间隔摆放，按住SHIFT键，左击选择每一个电阻。在每一个元件周围都将有一个在系统颜色设置的选择颜色的选择块；点击元件放置工具中的Align Tops of Selected Components按钮，那么八个电阻就会沿着它们的上边对齐；现在点击元件放置工具中的Make Horizontal Spacing of Selected Components Equal按钮，在设计窗口的其它任何地方点击取消选择所有的电阻。这些电阻现在就对齐了并且等间距。,依次放置所有的元器件。,南京工业职业技术学院,元件封装的调整：,元件的布局完成，但发光二级管的封装丝印层的图形不符合标准化的要求，因而要对此封装进行更换。制作一个符合标准的发光二极管封装（led），在印制电路板设计界面将其所在的封装库加载上，接着双击需修改的发光二极管封装，将Component properties 对话框的Footprint 栏封装名led0改为新的封装名led，则发光二极管的封装得到更新。,如果元件的封装满足设计要求封装的焊盘满足元器件实物的安装要求以及封装在丝印层上的外形轮廓标识要符合国家标准的要求，则这一步可以省略。另外，印制电路板上的修改可以随时进行，但修改后一定要执行Update命令。这样可以保证原理图与印制电路板的信息完全一致。,南京工业职业技术学院,布线规则设置：,根据印制电路板的设计要求，印制板设计为单面板，V6V9(三极管9014)的中间焊盘（基极）宽度小于35mil。其余的布线宽度设置为50mil，选择命令DesignClasses将整个电路的网络分成两类。如下两图所示,南京工业职业技术学院,南京工业职业技术学院,线宽规则设置：,OTHER:50mil；Q2：35mil。 执行命令DesignRules跳出PCB Rules and Constraints Editor对话框。在Routing的With子菜单点击鼠标右键选择“New rule”，菜单的右边跳出新线宽的编辑界面。按照图参数依次设置，设置结束鼠标在左栏空白处任何位置点击，线宽的名字得到更新with_1变为Other。即可将other网络所有布线的线宽为50mil宽。接着在Routing的With子菜单点击鼠标右键选择“New rule”，按照同样的方法设置Q-2线宽为35mil 。如下两图所示。,南京工业职业技术学院,other网络线宽设置,南京工业职业技术学院,Q2网络线宽设置,南京工业职业技术学院,将整个印制电路板作为单面板来进行手工布线，所有导线都在底层（bottom layer）。,布线:,注意：使用飞线来引导我们将导线放置在板的底层。在Protel DX