智能寻迹小车设计与制作指南2012

智能寻迹小车设计与制作 学习目标通过该项目的实施, 熟悉电路板各层的作用; 熟悉手动布局及手工布线绘制电路板的步骤; 了解 PCB 制版方法就安装调试产品的效果。电路板设计具体要求如下:使用单层电路板。电源地线铜膜线的宽度为 40mil 。一般布线的宽度为 25mil 。人工放置元件封装。人工连接铜膜线。布线时考虑只能单层走线。单层电路的顶层为元件面,底层为焊接面,同时还需要有丝网层、 底层阻焊膜层、 禁止层和穿 透层。布线时只要在底层布线就可以了,而线宽可以在铜膜线属性中设置。巡迹小车电路板实物参考如图 1-2所示。电路原理如图 1-3所示。 (a Top Layer(b Bottom Layer图 1-2 巡迹小车电路板顶层、底层实物图注意:在画电路板图中更改线宽属性前需要更改最大线宽值:首先选择 Dsign/Rules菜单, 然后在弹 出的窗口中选择 Routing 页面,再在 RuleClasses 下拉框中,选择 Width Constraint规则,按下 该规则窗口中的 Properties 按钮, 屏幕弹出设置窗口, 将该窗口中将 Maximum Width 设置为 100mil 。 如果不设置该规则,就不能将线宽改宽。学习指南1.1 主要元器件及其封装整机电原理图如图 1-3所示, LM393 图 1-3 智能寻迹小车电原理图 LM393实物LM393元件符号LM393封装 DIP-8 光敏电阻 CSD5 光敏电阻元件符号 光敏电阻封装 电阻实物 电阻元件符号 电阻封装 AXIAL0.3 可调电阻 10K 实物图 可调电阻 10K 封装 1.3 操作指南任务 01 创建 PCB 图文件首先启动 PROTEL99SE ,建立设计数据库,如图 1-6所示,可以进入设计文件夹 “ 【 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 1-7所示的选择文件类型的对话框。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” ,可以更改文件名为“智能寻迹小车 .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。 图 1-7 选择文件类型对话框加载 PCB 元件封装库可以在浏览器的组合框中,选择库【 Libraries 】 。可用鼠标左键单击 【 Add/Remove】按钮,将出现如图 1-8所示的关于引入库文件的对话框。 图1-8此外, 还可以执行菜单命令 或单击主工具栏按钮 , 同样会出现上述对任务 02将英制单位转换成公制单位。View/Toggle Units菜单命令随时切换。任务 03 画坐标原点执行菜单 Edit/Origin/Set或单击 按钮,在屏幕中适当位置设置原点。 提示:为了画出所需要的尺寸,原点根据需要随时重设,以利于画图的尺寸设计。任务 04 画板框电路板规划 , 就是根据电路的规模以及公司或制造商的要求, 具体确定所需制作电路板的物理外形 尺寸和电气边界。用鼠标单击电路板设计环境底部的机械层(Mechanical 1标签,然后使用画线工具 或菜单(Place/Line以设置的原点为左下角,在屏幕画一个如图 1-9所示尺寸的框即板框。具体操作 说明如下: 1-9 电路板规划在 层画板框, 在窗口适当位置设置好原点以后, 可以执行菜 单 按钮。放置尺寸标注 73mm (实为 73.152mm ,根据栅 ,从原点开始确认鼠标左键,然后水平拖动鼠标到左下角显示的坐标 为 。放置尺寸命令状态下,按 TAB 键可修改尺寸标注文本大小等属性。当然,尺 寸标注放置好以后,也可以鼠标左键双击尺寸标注进行属性修改,如图 1-10所示。Place/Arc(Edge 如下图 1-11所示或单击放置工具栏的 (由圆周定义圆弧按 钮。 鼠标左键在放置的尺寸右端上确认,然后移动鼠标到放置的尺寸左端上按左键确认。如图 1-12所 示。然后用放置尺寸命令测量所画圆弧的弦高为 15mm 左右,也可以执行菜单命令 Reports/Meare distances 从弦中点(注意从坐标变化中找到中点到弧的顶点测量弦高。如图 1-9所示,放置 58mm 尺寸标注,与 73mm 尺寸标注线平行轴对称,相距 10mm ,如图示的尺 寸标注 10.16mm 。接下来继续使用放置 按钮放置圆弧(逆时针方向拖动 ,依次连接已画的大圆弧 的右端与尺寸标注 58mm 的右端以及尺寸标注 58mm 的左端与已画的圆弧的左端。在尺寸标注 58mm 左端重新设置原点,然后执行菜单命令 Place/line在左右两段小弧的下方开始画出 54mm 的线段。 图 1-10 图 1-11 放置圆弧菜单命令 图 1-12 画板框上的圆弧部分分别用鼠标双击所画的三段弧,出现如下图 1-13所示的对话框,勾选 Selection 选项。也可以使用菜单命令 Edit/Select/Inside Area(如图 1-14所示或执行 按钮一次性选中三段弧或者分别选取,被 选取的三段弧呈白色高亮显示。执行菜单命令 Edit/Copy或 Ctrl + C快捷命令,回到编辑窗口选中区域鼠标左键确认。然后执行菜单命令 Editt/deselect/All或执行工具栏中 按钮。再执行菜单命令Edit/Paste或快捷键 Ctrl + V 或使用主工具栏的 按钮,则十字鼠标将带出刚才选中的三段弧,连续按空格键转动方向或按 Y 键垂直方向倒转,拖动鼠标,连接板框的上半部分,如图 1-9所示。 1-13 属性对话框任务 05KeepOut Layer 标签,采用类似的方法,使用放置工具 1mm 的内框,即 布线范围 。任意画一个差不多大的框也可以, 布完线再重新画框定义电路板边缘。 KeepOut 层中定义,而机械尺寸在 Mechnical Layer层中定义。任务 06将当前层转换成机械层,使用尺寸放置工具 Place/Dimension或 按钮,放置尺寸线和尺寸。 任务 07 建立单层板执行菜单 Design/Layer Stack Manager, 或在编辑窗口单击鼠标右键, 在右键菜单 (图 1-14 中选择 Options-/Layer Stack Manager, 在弹出窗口的左下角单击 Menu 按钮, 在弹出的菜单选择 Example LayerStack/Single Layer ,如图 1-15所示。这时电路板顶层变成元件面(Component Side ,而底层变为焊接 面(Solder Side 。 图 1-15 单层板设置任务 08 元件封装库的装卸与封装的制作装载元件封装库的方法可以单击浏览器下面的 Add/Remove按钮 (注意当前要在 PCB 编辑状态下 , 或者直接单击主工具栏上的按钮,屏幕上出现如图 1-16所示的对话框。 PCB 设计时一般要添 加通用封装库 C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryPcbGeneric FootprintsAdvpcb.ddbPCB 、电 容封装(RB.2/.4 、发光二极管封装(由 RB.2/.4修改而成 。单击浏览器的【 Browse 】按钮或直接单击 主工具栏上的按钮即可。随后,可以看到浏览元件的对话框,如图 1-17所示,可直接用 Place 按钮将封装放置到电路板图上。 File 击图 1-18 创建 PCB 封装库文件鼠标右键操作 一般手工创建元件封装时需要先设置封装参数,然后再放置图形对象,最好设定插入参考点。元件封装参数设置选择 Tools Library Options菜单命令,弹出文档参数对话框,如图 1-21所示。在 Layers 选项卡中 设置元件封装层参数,选中 Pad Holes和 Via Holes。 Option 选项卡的设置如图 1-21所示。选择 Tools Preferences Options 选项 卡、 Display 选项卡、 Color 选项卡、 选项卡和 Signal Integrity 选项卡。在 Display 图 1-22任务 09 元件放置,在编辑区适当位置设定原点。执行 View/Toggle Units切 mm 可以看出。尺寸, 首先绘制焊盘, 选择 Place Pad 菜单命令或单击工具栏放置焊盘 Tab 键,弹出焊盘属性对话框,设置焊盘位置为 (0mil, 0mil 、 (Rectangle、 X-size 为 1.5mm 、 Y-size 为 2mm 、 编号 (Designator为 1、 Hole Size为 1mm ,如图 所示。放置好的第一个焊盘如图 1-23所示,继续放置第二个焊盘,再次按下 Tab (2mm, 0 。再放置第三个焊盘位置为(4mm,0 。最后放置拨动 -2.54mm , 0和(6.54mm , 0 , Hole Size为 1.2mm 。绘 制好的焊盘如图 1-23所示。下面开始绘制元件外形轮廓, 将工作层切换至顶层丝印层 (TopOverlay, 将原点设置在中心 Edit/Set Reference/Center, 则外形轮廓的矩形四个定点的坐标分别为 (-4.54mm , -2.54mm 、 (4.54mm , -2.54mm 、 (4.54mm , 2.54mm 、 (-4.54mm , 2.54mm 。选择 Place Track 菜单命令,设置导线属性,包括线宽、 当前层。 鼠标拖动回到 (-4.54mm , -2.54mm 点左键确认, 然后使用右移光标键画线到 (4.54mm , -2.54mm 点,两次回车键 Enter 确认。接下来使用上移光标键画线到(4.54mm , 2.54mm 点,两次回车键 Enter 确认。再用左移光标键画线到(-4.54mm , 2.54mm 点,两次回车键 Enter 确认。最后用下移光标键画 线回到原点(-4.54mm , -2.54mm 。完成元件的绘制,绘制结果如图 1-23所示。 Set10K (b 自定义封装尺寸参考图 1-25 自定义封装库及尺寸参考首先连续放置电阻元件 R3R13的封装 AXIAL0.3,可选三种操作方法:执行菜单命令 Place/Component,如图 2-26所示。 P ”图 1-27 元件放置对话框直接从打开的封装库中, 浏览、 查找到相应封装后, 点击 Place 按钮放置元件, 如图 1-28所示。按 通过按 TAB 键修改 Comment 项 (元件规格 , 1-28所示对话框仍可修改属性。Q1、 Q2的封装 TO-92B ,修改元件注释 Comment 为元件规格 8550LM393的封装 DIP8,元件标号 Designator 项为 IC1, Comment 为 LM393。 、 R14,开关 S1,减速电机 M1、 M2等元件的放置可从自定义封 TAB 键修改属性。发光二极管的封装如何放置。 电解电容、 发光二极管的封装相似, 由 RB.2/.4 RB.2/.4封装复制到自定义库中修改成自定义的电解电容或发光二极管的特 PCB 编辑器里如何修改封装。放置 F 电解电容的封装 RB.2/.4,如图 1-30所示。定位之前可以按 TAB 键,打开属性对话 框,将 Lock Prims 选项勾选去掉可进行编辑。如果封装不是图示位置,元件定位之前可按键盘空格键 调整。若已定位,可用鼠标左键按住元件(一般是定位到焊盘 1 ,再按空格键调整。当然也可以在属 性对话框中的 Rotation 项进行设置。 设置坐标原点在焊盘 1位置, 焊盘 2的坐标修改为 (2mm , 0mm , 调整焊盘间距。鼠标双击圆弧,修改圆弧半径 5.08mm 为 3.1mm ,圆心位置 X-Location 项为 1mm , Y-Location 项为 0mm ,读者试着想想为什么?当然,这是根据电解电容实物外形尺寸、管脚及其间距 的要求决定的。最后,再把元件封装属性的 Lock Prims选项勾选上。 图 1-30 电解电容封装RB.2/.4及其修改按住用鼠标左键拖动的矩形区域选中整个修改过的封装 RB.2/.4+“ C ”或 执行菜单命令 Edit/Copy。编辑区鼠标呈“十字” ” +“ V ” 或执行菜单命令 Edit/Paste或执行主工具栏的 按钮。按 键,修改 C2即可。继续按“ Ctrl ” +“ V 90X ”键可在水平 方向旋转, 按 “ Y ” 键可在垂直方向旋转。 按 TAB 项为 D1, Comment 项为 LED 。以此类推,可完成 D2, D3, D4任务 10 元件布局1. 基本规则在确定特殊元件的位置后, 根据电路的流程安排 各功能单元的位置, 在放置功能单元电路的元 PCB 板上。根据 左右或上下移动元件,使元件之间的连线 尽量短些。矩形 ,长宽比为 3:2或 4:3。实践中也有各种 异形板 ,如200150mm 时,应适当增加厚度, 重量超过 15g 的元器件应当用支架固定,又大又重的元件不宜直接安放到电路板上。 电位器、可调电感、线圈、可变电容器等可调元件,布局时应考虑整机结构,满足用户对产品的操作使用。如在机内调节,应放在印制板方便调节的地方; 如在机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱上的位置相适应。 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等。 位于电路板边缘的器件,离电路板边缘的距离一般不小于 2mm 。 定位孔、 标准孔等非安装孔周围 1.27mm 内不得贴装元、 器件, 螺钉等安装孔周围 3.5mm (对于 M2.5 、 4mm (对于 M3内不得贴装元器件。需修改尺寸散热方面发热元器件应放在印制电路板易于散热的地方,如板子边缘、 通风处。 竖放的板子,发热元件 应放到板子上部,双面板的底层不得放置发热元件。发热量较大的元件,不宜放在印制板上。怕热元件如电解电容、晶振、锗管等,要与发热元件隔开一段距离。发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布;电磁干扰集成电路的去藕电容要尽量就近安放,一般工作频率在 10Mhz 以下的用 0.1uF 电容, 10Mhz 以上的用 0.01uF 的电容。某些元件或导线间有较高的电位差, 应加大距离, 以免放电。试时手不易触及的地方。高频元器件为减小分布参数,一般就近安放(不规则排列 应规则排 列,便于装焊。其它方面按电路模块进行布局,集中原则,同时数字电路和模拟电路分开;卧装电阻、电感(插件短路;电源插座要尽量布置在印制板的四周。的插拔;所有 IC8mil(或 0.2mm ; 2. 元件布局设计平衡性。 特别地,万向轮的安装孔应 轨道宽度 。Protel 99 SEToo ls/Auto Placement/Auto Placer , 出现如图 Physical Connection:选取连接焊盘导线和过孔。执行该命令,用光标单击两焊盘之间连线即可。 A11 On Layer:选定当前工作层上的所有对象。Free Objects:选取除元件以外的所有对象。All Locked:选取所有被锁定的对象。Off Grid Pads:选取所有不在电气栅格上的焊盘。Hole Size:选取指定内孔直径的焊盘和过孔。Toggle Selection:执行命令后,光标单击的对象会在选取状态和非选取状态之间切换。EditDeselect中的命令与对应的 EditSelect命令功能相反,操作方法一样。另外,执行菜单命令 ViewSelected objects ,或单击主工具栏中的 按钮,可将选取的对象在工 作窗口放大显示。(2移动元件方法一 将光标放到需要移动的元件上,按下鼠标左键不放,将元件拖至目标位置,放开鼠标左 键即可。方法二 元件在选取状态下,单击主工具栏的 按钮,光标变成十字形,在被选取的元件上, 按住鼠标左键,也可实现移动操作。方法三 执行菜单命令 EditMoveComponent移动另一个元件。单击鼠标右键,结束命令状态。在 EditMove子菜单下,还有若干子命令,其功能如下:Move线等,则原地不动。Drag :用于拖动元件。该命令的执行与 PCBComponent drag有关。Component :移动元件。Re-RouteBreak TrackDrag Track End:拖动导线的端点。Move SelectionRotate SelectionFlip Selection:将选取的对象翻转Polygon VerticesSplit Plane Vertices/(3旋转元件方法一 X 键,或 Y PCB 工作参数设置对话框中的 Option 文本框中设置。,操作步骤如下:Selection 命令,在弹出的对话框中,输入旋转的角度后,单击 OK1-32所示。图 1-32 元件布局完成情况3. 元件的排列与对齐在 PCB 图的设计过程中,有时为了元件排列的整体美观,要做元件的排列和对齐的工作。而元件 的排列与对齐往往用图 1-33所示的工具栏中的按钮来实现的。而该工具栏的打开或关闭可以通过执行 菜单命令 View/Toolbars/Component placement实现。 图 1-33 元件放置调整工具栏 为 1mm , Width 0.254mm为 0.2mm ,点击 OK 按钮完成修改。如果要全局修改编辑区多个元件的标注, 则可点击 Global按钮,设置一些修改条件,一次可以改变所有或多个元件的标注。 读者可以仔细体 会以下全局修改操作方法,这一点非常有用! Rule 图 线宽设置 2. 或交互走线按钮 (也可 Place/Interractive Routing,快捷键是“ P ”+“ L ”或“ P ”+“ T ” ,光 单击鼠标左键, 就可以拽出一条线。 若需要转弯单击 TAB ,可改变 Line WidthCurrent Layer当前层属性。6种走线方式,按 Shift+空格键 可循环改变 走线模式 。依次为 45转角模式、平滑圆 弧、 90转角模式、 90圆弧转角模式、任意角度转角模式、 45圆弧转角模式,如图 1-37所示。另 外,用空格键可切换导线转角的方向。若走线时需更换板层,可使用小键盘上的加号和减号键或“ *” 键,更换板层后自动添加过孔。双击铜膜线,弹出铜膜线属性对话框,可修改铜膜线线宽、所在板层、 所连接的网络等属性。在放置前修改铜膜线宽度后, 以后放置的铜膜线就都具有该宽度。 若放置铜膜线到电路板图上之后 再修改它的宽度, 则只有该线段的宽度发生变化, 除非使用属性全局修改功能。 将电路板的当前工作层 切换为底层 (Bottom Layer。注意菜单命令 Place/Interractive Routing 放置的是电气对象之间的连接,具有网络性质,而菜单Place/Line 放置的是一条线，一般用于禁止层、机械层，只具有线的性质。一般手工