单片机原理及应用第十章MCS-51单片机应用系统设计III

1、单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 1 第十章第十章 MCS-51单片机应用系统设计单片机应用系统设计之之 硬件开发工具硬件开发工具Protel99 10-1 主要内容主要内容 1. 原理图设计系统原理图设计系统 Sch 原理图编辑器原理图编辑器 Schlib 零件库编辑器零件库编辑器 2. 印刷电路板设计系统印刷电路板设计系统 PCB 电路板编辑器电路板编辑器 PCBlib 零件封装编辑器零件封装编辑器 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 2 设计管理器设计管理器 浏览浏览 管理器管理器 菜单栏菜单栏 主工具栏主工具栏 文件切换标签文件切换

2、标签 设计主页面设计主页面 状态栏状态栏 命令栏命令栏 设计设计 浏览器浏览器 设计浏览器主菜单设计浏览器主菜单 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 3 1. 设计任务的新建设计任务的新建 步骤：步骤： (1)点击点击FileNew Design. (2)在在Database 中设置数据库文件名称，点击中设置数据库文件名称，点击Browse选择新文选择新文 件所存放的文件夹件所存放的文件夹 设置密码设置密码 10-2 基本操作基本操作 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 4 2. 设计文档的新建设计文档的新建 设计文档包括：原理图、印刷电路板

3、设计图、文本等设计文档包括：原理图、印刷电路板设计图、文本等 步骤：在打开或新建一个设计任务数据库文件后：步骤：在打开或新建一个设计任务数据库文件后： （1）点击）点击FileNew . 新建新建 文件夹文件夹 新建新建 PCB 文件文件 新建新建 PCBLib 文件文件 新建新建Sch 原理图文件原理图文件 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 5 (2)选择新文件后，点击选择新文件后，点击OK，新文件即出现在文件夹中，新文件即出现在文件夹中 (3)修改文件名，在空白处点击鼠标，即完成新建。修改文件名，在空白处点击鼠标，即完成新建。 单片机原理及应用第十章MCS-51

4、 单片机应用系统设计III 6 一、原理图设计过程一、原理图设计过程 开开 始始 设置图纸大小设置图纸大小 环环 境境 设设 置置 放置、排列零件放置、排列零件 原理图布线原理图布线 调调 整整 线线 路路 输出相关报表输出相关报表 存存 盘盘 打打 印印 结束电路图设计结束电路图设计 二、简单电路图设计二、简单电路图设计 10-3 原理图设计原理图设计 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 7 1.1.新建设计文件、新建设计文档新建设计文件、新建设计文档 2.设置图纸大小：右键设置图纸大小：右键(Document Option)、或、或Design菜单菜单 的的Opt

5、ion)后，弹出文件设置对话框后进行设置后，弹出文件设置对话框后进行设置 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 8 3.3.画一个简单电路图画一个简单电路图 (1)(1)添加零件库添加零件库 击活击活Browse Sch 点击点击Add/Move 装入装入Protel DOS Schematic Libraries.ddb 和和 Miscellaneous Devices.ddb 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 9 (2)(2)取用零件取用零件 1 1） 点击图标或菜单点击图标或菜单 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计I

6、II 10 2 2）直接从零件库里取）直接从零件库里取 二极管二极管DIODE 电容电容Capacitor CAP 电位器电位器 Pot 晶体管晶体管 PNP NPN 电阻电阻Resistance RES 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 11 （3 3）编辑零件名）编辑零件名 双击或点击双击或点击 后按后按Tab键键 设置属性设置属性 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 12 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 13 (4)(4)电源与接地的放置电源与接地的放置 点击图标或菜单点击图标或菜单 单片机原理及应用第十

7、章MCS-51 单片机应用系统设计III 14 (5)(5)连接线路连接线路 一般连接步骤：一般连接步骤： 1 1）点击图标）点击图标 或或Place / Wire后，光标处出现大十字后，光标处出现大十字 2 2）将）将大十字大十字光标光标置放于连线起点，按鼠标左键置起始点。置放于连线起点，按鼠标左键置起始点。 3 3）光标移动则拉出引线，）光标移动则拉出引线，停于某点，单击鼠标左键则可转弯，停于某点，单击鼠标左键则可转弯， 单击鼠标右键（或按单击鼠标右键（或按ESC）则结束此线。双击鼠标右键则结束）则结束此线。双击鼠标右键则结束 画线。画线。 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系

8、统设计III 15 引线属性：双击引线引线属性：双击引线 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 16 (6)(6)节点及放置节点及放置 丁字型连线将自动生成节点丁字型连线将自动生成节点，十字，十字型连线处的节点需人为放置。型连线处的节点需人为放置。 放置方法：放置方法：点击图标点击图标 或或Place / Janction. 属性设置属性设置: :双击节点双击节点, ,出现对话框出现对话框 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 17 (7)(7)放置电路输入输出点放置电路输入输出点 放置方法：点击图标放置方法：点击图标 或或Place /Port

9、 . Port 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 18 (8)(8)放置文字放置文字 放置方法：点击图标放置方法：点击图标 或或Place /Annotation . 放大器放大器 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 19 电原理图只表示电气连接，而电原理图只表示电气连接，而PCBPCB是实际元件的物理连接板。是实际元件的物理连接板。 10-4 PCB设计设计 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 20 10.4.1 PCB的种类的种类 单面板：零件集中在单面板：零件集中在PCB的一面，导线则集中在另一面上。的一面，

10、导线则集中在另一面上。 单面板布线间不能交叉而必须绕独自的路径单面板布线间不能交叉而必须绕独自的路径 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 21 双面板：这种电路板的两面都有布线。布线可以互相交错（可双面板：这种电路板的两面都有布线。布线可以互相交错（可 以绕到另一面），导孔是在以绕到另一面），导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，上，充满或涂上金属的小洞， 它可以与两面的导线相连接。它可以与两面的导线相连接。 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 22 多层板：多层板使用数片双面板，并在每层板间放进一多层板：多层板使用数片双面板，并在每层板间

11、放进一 层绝缘层后黏牢（压合）。板子的层数就代表了有几层层绝缘层后黏牢（压合）。板子的层数就代表了有几层 独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的 两层。两层。 在多层板在多层板PCB中，整层都直接连接上地线与电源。所以中，整层都直接连接上地线与电源。所以 我们将各层分类为信号层（我们将各层分类为信号层（Signal），电源层（），电源层（Power） 或是地线层（或是地线层（Ground）。如果）。如果PCB上的零件需要不同的上的零件需要不同的 电源供应，通常这类电源供应，通常这类PCB会有两层以上的电源与电线层。会有两层以上的电源与电

12、线层。 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 23 导孔（导孔（via）如果应用在双面板上，则打穿整个板子。不）如果应用在双面板上，则打穿整个板子。不 过在多层板当中，如果您只想连接其中一些线路，那么导过在多层板当中，如果您只想连接其中一些线路，那么导 孔可能会浪费一些其它层的线路空间。孔可能会浪费一些其它层的线路空间。 埋孔（埋孔（Buried vias）和盲孔（）和盲孔（Blind vias）技术可以避免）技术可以避免 这个问题，因为它们只穿透其中几层。盲孔是将几层内部这个问题，因为它们只穿透其中几层。盲孔是将几层内部 PCB与表面与表面PCB连接，不须穿透整个板子

13、。埋孔则只连接连接，不须穿透整个板子。埋孔则只连接 内部的内部的PCB，所以光是从表面是看不出来的。，所以光是从表面是看不出来的。 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 24 顶层走线顶层走线 底层走线底层走线 Via (过孔过孔)Pad (焊盘 焊盘) 铜膜走线铜膜走线 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 25 电路原理图设计好后，只是在电气上表明了元件电路原理图设计好后，只是在电气上表明了元件 的连接情况，最终的具体元件需安装在的连接情况，最终的具体元件需安装在PCB上，上， 每个电气符号都代表了一个具体的元件，因此要每个电气符号都代表了一

14、个具体的元件，因此要 指定每个元件的具体物理形状。指定每个元件的具体物理形状。 10.4.2 PCB封装封装 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 26 元件封装（元件封装（Footprint）和封装图）和封装图 DIP14 电阻电阻 二极管二极管 三极管三极管 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 27 插入式封装：将零件安置在板子的一面，接脚焊在另一面上。插入式封装：将零件安置在板子的一面，接脚焊在另一面上。 这种零件会需要占用大量的空间，并且要为每只接脚钻一个这种零件会需要占用大量的空间，并且要为每只接脚钻一个 洞，占掉两面的空间，而且焊点

15、也比较大。洞，占掉两面的空间，而且焊点也比较大。 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 28 表面贴装：接脚是焊在与零件同一面，不用钻洞，零件表面贴装：接脚是焊在与零件同一面，不用钻洞，零件 要小。因为焊点和零件的接脚非常的小，要用人工焊接实要小。因为焊点和零件的接脚非常的小，要用人工焊接实 在非常难。在非常难。 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 29 10.4.3 电路板设计流程电路板设计流程 （一）电路图（一）电路图电路板电路板 1. 用用Sch设计电路图设计电路图定义元件封装定义元件封装通过通过ERC检查检查 2. 用用Sch的的Cre

16、ate Netlist生成网络连接表生成网络连接表 3. 进入进入PCB编辑器编辑器 定义板框定义板框引入引入网络连接表网络连接表放置元件放置元件(Component) 设置布线规则设置布线规则自动布线自动布线手工调整手工调整 保存、打印保存、打印 （二）直接设计电路板（二）直接设计电路板 定义板框定义板框 取用并布置元件取用并布置元件 1. 进入进入PCB编辑器编辑器 2. 用用PCB的网络编辑各焊盘间的网络关系的网络编辑各焊盘间的网络关系 设置布线规则设置布线规则自动布线自动布线手工调整手工调整保存、打印保存、打印 （三）纯手工走线（三）纯手工走线 1. 进入进入PCB编辑器编辑器定义板框

17、定义板框取用并布置元件取用并布置元件 2. 直接以直接以Place Track命令，一条一条手工走线命令，一条一条手工走线 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 30 New新建文件新建文件 新建一个新建一个PCB文件：文件：File PCB设计界面设计界面 双击进入PCB环境 主工作区主工作区 菜单栏菜单栏 主工具栏主工具栏 切换标签切换标签 浏览管理器浏览管理器 工作层切换标签工作层切换标签 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 31 加载元件封装库：点击加载元件封装库：点击Add/Remove按钮按钮 单片机原理及应用第十章MCS-51 单

18、片机应用系统设计III 32 各种参数设置完以后在禁止布线层下面绘制一个禁止布线框：各种参数设置完以后在禁止布线层下面绘制一个禁止布线框： 用用PlaceTrack 命令画一个框命令画一个框 注意：禁止布线框必须封闭，注意：禁止布线框必须封闭， 才能保证元件都在其中才能保证元件都在其中 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 33 加载网络表：用加载网络表：用DesignNetlist命令命令 设定正确的路径选中在原理图中设定正确的路径选中在原理图中 创建的网络表文件然后点击创建的网络表文件然后点击OK 删除网络表中删除网络表中 没有的元件没有的元件 替换不符合的元件封装

19、替换不符合的元件封装 操作顺序操作顺序 操作内容操作内容错误内容错误内容 表示网络表文表示网络表文 件没有错误可件没有错误可 以执行（以执行（Execute) 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 34 修改或新建元件封装：有些元件封装在修改或新建元件封装：有些元件封装在PCB库里没库里没 有时网络表也会显示错误；用户可以修改已有的元件有时网络表也会显示错误；用户可以修改已有的元件 封装或自己创建来获得需要的封装。封装或自己创建来获得需要的封装。 通过元件制作向导修改或新建元件封装通过元件制作向导修改或新建元件封装 步骤步骤: (1)ToolsMake Library

20、或或FileNew PCB Library (2) Tools New Component 元件制作向导元件制作向导 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 35 加载完毕所有加载完毕所有 元件都已经放元件都已经放 在了禁止布线在了禁止布线 框中框中 若网络表显示没有错误了可以点击执行（若网络表显示没有错误了可以点击执行（ Execute)加载加载 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 36 元件的布局：自动布局或手动布局，可以先利用元件的布局：自动布局或手动布局，可以先利用 自动布局然后再用手动布局进行调整。自动布局然后再用手动布局进行调整。 自

21、动布局：自动布局：ToolsAutoplace. 自动布局器：适用于元件自动布局器：适用于元件 较少的电路板较少的电路板 整体布局器：适用于元件整体布局器：适用于元件 较多的电路板较多的电路板 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 37 手动布局：用鼠标左键点击要摆放的元件拖住不放，这时手动布局：用鼠标左键点击要摆放的元件拖住不放，这时 此元件周围的飞线都显示出来，将其拖到合理的位置再释此元件周围的飞线都显示出来，将其拖到合理的位置再释 放鼠标释放位置可以参考飞线的况，应以元件之间的飞线放鼠标释放位置可以参考飞线的况，应以元件之间的飞线 最少飞线最少飞线(预拉预拉)交叉

22、最少为原则。交叉最少为原则。 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 38 布线：自动布线和手动布线布线：自动布线和手动布线 自动布线：布线之前要先进行一些默认参数的设置自动布线：布线之前要先进行一些默认参数的设置 DesignRules布线规则标签布线规则标签 安全间距默认为安全间距默认为10mil 布线拐角模式默认为布线拐角模式默认为45度度 双击该项双击该项 适合范围为整板适合范围为整板 默认顶层走水平默认顶层走水平 线底层走竖直线线底层走竖直线 注意：注意：Routing Layers（布线层）必须设置通常都设为水平或竖布线层）必须设置通常都设为水平或竖 直，直，

23、电源线和地线也应该一致，顶层走水平线底层走竖直线。电源线和地线也应该一致，顶层走水平线底层走竖直线。 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 39 设置布线优先级设置布线优先级 设置布线拓扑关系设置布线拓扑关系 双击该项设置过孔尺寸默认值双击该项设置过孔尺寸默认值 过孔外径最大值、最小值、优选值过孔外径最大值、最小值、优选值 过孔孔径最大值、最小值、优选值过孔孔径最大值、最小值、优选值 双击该项设置线宽双击该项设置线宽 适用范围适用范围 电路板上所用最大线宽电路板上所用最大线宽 即电源线、地线宽度即电源线、地线宽度 优先使用的线宽优先使用的线宽 电路板上所用的最小电路板上

24、所用的最小 线宽即信号线宽度线宽即信号线宽度 注意：布线之前注意：布线之前Clearance Constraint （走线间距）和走线间距）和Width Constraint（线宽约束）二者至少设置一项。线宽约束）二者至少设置一项。 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 40 设置完毕以后可以开始自动布线：设置完毕以后可以开始自动布线： Auto RouteSet up弹出对话框弹出对话框 布线合格性对话框布线合格性对话框 锁定预布线，保锁定预布线，保 护手动布好的线护手动布好的线 布线间距布线间距 25.0000 设置完单击设置完单击Route All开始布线，布线结

25、束会弹出布线信息开始布线，布线结束会弹出布线信息 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 41 布线完毕检查如果发现有些线不合理，则应该布线完毕检查如果发现有些线不合理，则应该 撤消布线撤消布线:使用使用ToolsUn-Route命令命令 撤消全部布线撤消全部布线 撤消某个网络的布线撤消某个网络的布线 撤消某条布线撤消某条布线 撤消某个元件的全部布线撤消某个元件的全部布线 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 42 手动布线：可以全部都用手动布线完成也可以对自动布线完的手动布线：可以全部都用手动布线完成也可以对自动布线完的 结果进行手动调整达到合理

26、的布线要求。结果进行手动调整达到合理的布线要求。 按钮按钮 手动布线的基本步骤：手动布线的基本步骤： （2）利用小键盘上的）利用小键盘上的 * 键切换到顶层或底层或点击标签键切换到顶层或底层或点击标签 （3）Place Track命令或用命令或用Placement Tools中的中的 （1）设置导线的一些默认参数）设置导线的一些默认参数DesignRules 点击完以后光标变成十字状点击完以后光标变成十字状 单片机原理及应用第十章MCS-51 单片机应用系统设计III 43 同一层导线的绘制：同一层导线的绘制： 单击鼠标左键确定导线的起点，移到终点的位置单击左键两次确单击鼠标左键确定导线的起点，移到终点的位置单击左键两次确 定终点，即画完一段导线，可以继续执行画线命令画下一段导线，定终点，即画完一段导线，可以继续执行画线命令画下一段导线， 也可以点鼠