《电路设计基础项目教程》-项目6

11【学习目标】1.掌握从原理图绘制到到生成PCB印刷电路板的基本流程和技巧2.掌握绘制电路原理图的方法。3.掌握制作原理图元器件符号的方法。4.掌握PCB设计中元器件布局的方法。5.掌握合理的布线方法。6.熟悉设计印刷电路板的总体思想。122实际印刷电路板的设计一般遵循的流程如图2336.1任务1时钟电路的PCB设计6.2任务2八路抢答器电路的PCB设计44任务1时钟电路的PCB设计本任务将以时钟电路的综合设计和制作流程为例，使读者能系统地认识PCB设计。455PCB电路板的具体设计要求如下：1.单面板。2.电路板大小为2900mil×2300mil。3.导线宽度12mil，电源线宽度20mil，地线宽度30mil。4.放置4个直径为100mil定位圆孔。

66时钟电路原理图中用到的元器件序号标识符元件名标称值元器件封装所在元件库1P1Header2HDR1X2MiscellaneousConnectors.IntLib2C1-C2Cap30pFRAD-0.3MiscellaneousDevices.IntLib3C3CapPol110uFCAPPR2-5x6.8MiscellaneousDevices.IntLib4R1-R7Res21KAXIAL-0.4MiscellaneousDevices.IntLib5R8-R14Res24.7KAXIAL-0.4MiscellaneousDevices.IntLib6Y1XTALBCY-W2/D3.1MiscellaneousDevices.IntLib7U3-U5共阳极数码管LEDDIP-10(14)时钟电路.SCHLIB8U2MAX813LDIP-8时钟电路.SCHLIB9S1SW-PBSPST-2MiscellaneousDevices.IntLib10U1P89C51RC2HBPSOT129-1PhilipsMicrocontroller8-Bit.IntLib776.1.1新建项目文件在设计时钟电路PCB电路板之前，先进行准备工作：创建项目工程及相关的文件。1.新建一个名为“时钟电路”的文件夹，用来保存与项目工程相关的文档。2.新建一个名为“时钟电路.PrjPCB”的项目工程文件；3.在“时钟电路.PrjPCB”项目工程中添加一个名为“时钟电路.SchDoc”的原理图设计文件；一个名为“时钟电路.PcbDoc”的PCB设计文件；一个名为“时钟电路.SchLib”的原理图库文件。886.1.2自制元器件符号由表6-1-1所示，本任务中需要自制的元器件符号是两位一体的共阳极数码管和看门狗MAX813L，其它的元器件都可以在系统自带的元件库中找到。

两位一体的共阳极数码管的引脚排列如图6-1-2a）所示，共有10个引脚，上下各5个。第8脚和第7脚分别为第一位和第二位数码的公共接地端。

99看门狗MAX813L的引脚排列如图6-1-2b）所示，共有8个引脚，左右各4个。1010步骤1：打开名为“时钟电路.SchLib”的原理图库文件，库文件中已经包含了一个名为“COMPONENT_1”的空白元器件符号。步骤2：点击菜单【工具】-【文档选项】，打开图纸设置对话框。这里使用默认值即可，设置完毕点击【确认】按钮保存。步骤3：点击菜单【编辑】-【跳转到】-【原点】，将编辑器工作窗口定位到原点为中心的界面。

1111步骤4：点击菜单【工具】-【重新命名元件】，打开重命名对话框修改元器件符号的名称。此处要制作的元器件符号是共阳极数码管，在文本框中输入“共阳极数码管”，点击【确认】按钮保存。左侧SCHLibrary（元器件库工作面板）中的元器件列表中元器件名称由“COMPONENT_1”变为“共阳极数码管”。步骤5：点击菜单【放置】-【矩形】，在第四象限的坐标原点附近放置一个矩形。矩形的属性设置为：【边缘宽】为smallest，勾选【画实心】复选框，其它使用默认值即可。设置完毕点击【确认】按钮保存。步骤6：按G键，将捕获网格设置为1，以便精确定位。1212步骤7：点击菜单【放置】-【多边形】，在矩形内放置7个多边形，组成“

”形状，多边形的属性设置为：【填充色】设置为229号蓝色，【边缘色】为3号黑色，勾选【画实心】复选框，其它使用默认值即可。设置完毕点击【确认】按钮保存。步骤8：点击菜单【放置】-【椭圆】，在矩形内“

”形的右下角放置一个圆形，圆形的属性设置为：【填充色】设置为229号蓝色，【边缘色】为3号黑色，【X半径】和【Y半径】都设置为2，其它使用默认值即可。设置完毕点击【确认】按钮保存。1313步骤9：点击菜单【放置】-【文本字符串】，在“8”形周围依次放置字符“a-h”。文本字符串的属性设置为：【颜色】设置为5号红色，其它使用默认值即可。设置完毕点击【确认】按钮保存。步骤10：按住鼠标左键，拖动选中步骤7-9所画的图形，利用快捷组合键Ctrl+C复制所选图形。步骤11：利用快捷组合键Ctrl+V粘贴所选图形到合适的位置。14141515步骤12：按G键，将捕获网格设置为10，以便放置引脚。步骤13：点击菜单【放置】-【引脚】。按照表6-1-2列出的引脚设置一一修改引脚属性。长度为20。标识符可视显示名称可视电气类型1√c√passive2√e√passive3√d√passive4√g√passive5√h√passive6√f√passive7√NO.2√passive8√NO.1√passive9√b√passive10√a√passive1616放置完所有引脚的共阳极数码管符号，如图1717步骤14：在左侧SCHLibrary（元器件库工作面板）的元器件列表中双击元器件名称“共阳极数码管”，或者点击菜单【工具】-【元件属性】，弹出元器件属性设置对话框。将【Defaultdesignator】设置为“U？”，【注释】设置为“共阳极数码管”。步骤15：在元器件属性设置对话框的“Modelsfor共阳极数码管”区域中，点击【追加】按钮，添加一个“Footprint”类型的模型。在弹出的PCB模型对话框中，点击【浏览】按钮，在弹出的库浏览对话框中，点击【…】按钮，在弹出的可用元件库对话框中添加DIP-LEDDisplay.PcbLib封装库。路径为C:\ProgramFiles\Altium2004\Library\Pcb，根据读者安装软件的路径会有所不同。添加完成后点击【关闭】按钮返回库浏览对话框。1818步骤16：在库浏览对话框中找到封装LEDDIP-10/D19.3。1919步骤17：在元器件属性设置对话框中，已经为共阳极数码管符号添加了一个封装。2020步骤18：利用快捷按键组合Ctrl+S保存库文件。共阳极数码管的元器件符号制作完成。步骤19：点击菜单【工具】-【新元件】，弹出新元件命名对话框，将默认名称由“Component_1”修改为“MAX813L”。步骤20：点击菜单【放置】-【矩形】，在第四象限的坐标原点附近放置一个矩形。矩形的属性设置为：【边缘宽】为smallest，勾选【画实心】复选框，其它的使用默认值。设置完毕点击【确认】按钮保存。2121步骤21：点击菜单【放置】-【椭圆弧】，或者点击工具栏中的实用工具下的放置矩形图标，紧贴矩形的上边沿内放置一个半圆。椭圆弧的属性设置为，【边缘宽】为smallest，勾选【画实心】复选框，其它的使用默认值。设置完毕点击【确认】按钮保存。至此，MAX813L的轮廓制作完毕，如图2222步骤22：按照图6-1-2所示的MAX813L的引脚排列，依次放置引脚，并按照表6-1-3列出的引脚设置一一修改引脚属性。长度为20。标识符可视显示名称可视电气类型1√\MR√Input2√VCC√Power3√GND√Power4√PFI√Input5√\PFO√Output6√WDI√Input7√RESET√Output8√\WDO√Output2323放置完所有引脚的MAX813L符号，如图24步骤23：在左侧SCHLibrary（元器件库工作面板）的元器件列表中双击元器件名称“MAX813L”，或者点击菜单【工具】-【元件属性】，弹出元器件属性设置对话框。将【Defaultdesignator】设置为“U？”，【注释】设置为“MAX813L”。步骤24：在元器件属性设置对话框的“ModelsforMAX813L”区域中，点击【追加】按钮，添加一个“Footprint”类型的模型。在弹出的PCB模型对话框中，点击【浏览】按钮，在弹出的库浏览对话框中，点击【…】按钮，在弹出的可用元件库对话框中选中MiscellaneousDevices.PcbLib封装库，点击【关闭】按钮返回库浏览对话框。25步骤25：在库浏览对话框中找到封装DIP-8。26步骤26：在元器件属性设置对话框中，已经为MAX813L符号添加了一个封装，如图276.1.3绘制时钟电路原理图

步骤1：打开名为“时钟电路.SchDoc”的原理图设计文件。步骤2：点击菜单【设计】-【文档选项】，在原理图图纸设置对话框中设置图纸参数。使用默认值即可。步骤3：点击菜单【DXP】-【优先设定】，点击左边Schematic（原理图）选项卡前面的“+”号，展开下拉标签，点击选中General标签页，勾选其中的【转换交叉节点】和【显示横跨】复选框。28步骤4：按照表6-6-1中列出的元器件，依次放置到原理图中，并设置好属性及封装。序号标识符元件名标称值元器件封装所在元件库1P1Header2HDR1X2MiscellaneousConnectors.IntLib2C1-C2Cap30pFRAD-0.3MiscellaneousDevices.IntLib3C3CapPol110uFCAPPR2-5x6.8MiscellaneousDevices.IntLib4R1-R7Res21KAXIAL-0.4MiscellaneousDevices.IntLib5R8-R14Res24.7KAXIAL-0.4MiscellaneousDevices.IntLib6Y1XTALBCY-W2/D3.1MiscellaneousDevices.IntLib7U3-U5共阳极数码管LEDDIP-10(14)时钟电路.SCHLIB8U2MAX813LDIP-8时钟电路.SCHLIB9S1SW-PBSPST-2MiscellaneousDevices.IntLib10U1P89C51RC2HBPSOT129-1PhilipsMicrocontroller8-Bit.IntLib29适当调整元器件的引脚位置后，放置结果如图30步骤5：放置导线，放置结果如图31步骤6：放置电源和接地符号，放置结果如图32步骤7：点击菜单【项目管理】-【CompileDocument时钟电路.SCHDOC】（或者【CompilePCBProject时钟电路.PRJPCB】），对单个原理图或者整个项目工程进行电气规则检查。步骤8：点击菜单【设计】-【设计项目的网络表】-【Protel】生成网络表。步骤9：点击菜单【报告】-【BillofMaterials】生成元器件清单。336.1.4PCB单面板的设计

步骤1：打开名为“时钟电路.PcbDoc”的PCB设计文件。步骤2：点击菜单【设计】-【PCB板选择项】，设置PCB板各项参数。将【捕获网格】的【X】和【Y】都设置为50mil，将【电气网格】的【范围】设置为10mil，将【可视网格】的【网格1】设置为50mil。设置完毕点击【确认】按钮保存。步骤3：点击工作层标签中的机械层Mechanical1，使机械层作为当前的工作层。步骤4：点击菜单【放置】-【直线】，在机械层中绘制大小为2900mil×2300mil的物理边界。步骤5：点击工作层标签中的禁止布线层Keep-OutLayer，使禁止布线层作为当前的工作层。34步骤6：点击菜单【放置】-【直线】，在禁止布线层中绘制大小为2800mil×2200mil的电气边界。绘制结果如图35步骤7：在PCB编辑器界面中点击菜单【设计】-【ImportChangesFrom时钟电路.PRJPCB】，或者在原理图编辑界面中点击菜单【设计】-【UpdatePCBDocument时钟电路.PCBDOC】，导入元器件封装数据。36步骤8：点击菜单【工具】-【放置元件】-【自动布局】，在自动布局设置对话框中选择“分组布局”，取消“快速元件布局”，点击【确认】按钮系统开始自动布局，自动布局结果如图37步骤9：手工对布局进行调整后如图38步骤10：点击菜单【设计】-【规则】，打开PCB规则和约束编辑器对话框。

1）点击【DesignRules】下的【Electrical】-【Clearance】，将不同网络之间的间距由默认的10mil修改为8mil。点击【适用】按钮保存设置。

2）右键点击【Clearance】，新建一条间距规则：电源网络与接地网络之间的间距为15mil。【名称】为“Power”，【第一个匹配对象的位置】选择“网络”中的“VCC”，【第二个匹配对象的位置】选择“网络”中的“GND”，【最小间距】为15mil。点击【适用】按钮保存设置。

3）点击【DesignRules】下的【Routing】-【Width】，将普通导线的三个宽度都修改为12mil。点击【适用】按钮保存设置。

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4）右键点击【Width】，新建一条导线宽度规则：电源线的宽度为20mil。【名称】为“VCC”，【第一个匹配对象的位置】选择“网络”中的“VCC”，三个宽度都修改为20mil。点击【适用】按钮保存设置。

5）右键点击【Width】，新建一条导线宽度规则：地线的宽度为30mil。【名称】为“GND”，【第一个匹配对象的位置】选择“网络”中的“GND”，三个宽度都修改为30mil。点击【适用】按钮保存设置。406）点击【DesignRules】下的【Routing】-【RoutingLayers】，在【有效的层】中取消勾选“TopLayer”，表示只在底层上布线。点击【适用】按钮保存设置。

7）点击【DesignRules】下的【Routing】-【RoutingCorners】，将导线的转角【风格】修改为“Rounded”(圆形)。点击【适用】按钮保存设置。41步骤11：点击菜单【自动布线】-【全部对象】，弹出Situs布线策略对话框确认布线策略。点击【RouteAll】开始自动布线。步骤12：自动布线完毕，关闭Message（消息）工作面板。自动布线结果如图42步骤13点击菜单【设计】-【PCB板选择项】，设置PCB板各项参数。将【捕获网格】的【X】和【Y】都设置为20mil。设置完毕点击【确认】按钮保存。步骤14：点击菜单【放置】-【焊盘】，在坐标为（1320mil，3320mil）、（4080mil，3320mil）、（4080mil，1180mil）和（1320mil，1180mil）四个位置放置4个焊盘。【X-尺寸】、【Y-尺寸】和【孔径】都设置为100mil，【形状】选择“Round”。43步骤15：点击菜单【放置】-【覆铜】，或者点击工具栏中的放置焊盘图标，在弹出的覆铜设置对话框中设置【填充模式】为实心填充（铜区），【层】选择“BottomLayer”，【连接到网络】选择“GND”，处理方式选择【PourOverAllSameNetObjects】，勾选【锁定图元】和【删除死铜】复选框。覆铜结果如图44步骤16:点击菜单【工具】-【泪滴焊盘】，对所有焊盘进行进行补泪滴操作。步骤17：点击菜单【查看】-【显示三维PCB板】生产3D仿真效果图，如图顶层45底层46步骤17：点击菜单【文件】-【输出制造文件】-【GerberFiles】，生成光绘文件。步骤18：点击菜单【文件】-【输出制造文件】-【NCDrillFiles】，生成钻孔文件。步骤19：点击菜单【文件】-【装配输出】-【AssemblyDrawings】，生成装配文件。47476.1任务1时钟电路的PCB设计6.2任务2八路抢答器电路的PCB设计48任务2八路抢答器电路的PCB设计抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手，无论是军队还是电视节目中，都可能会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答器。如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只有靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。本任务主要完成八路抢答器PCB项目的建立、原理图的绘制、NE555封装的绘制以及PCB板的完成。49八路抢答器的原理图如图50PCB电路板的具体设计要求如下：

1.双面板。

2.电路板大小为80mm×58mm，电气边界为78mm×56mm。

3.导线宽度10mil，电源线宽度20mil，地线宽度20mil。51序号标识符元件名标称值元器件封装所在元件库1JP1Header2HDR1X2MiscellaneousConnectors.IntLib2C1-C2CapPol1100uFRB7.6-15MiscellaneousDevices.IntLib3C3-C6Cap0.1uFRAD-0.3MiscellaneousDevices.IntLib4C7-C8Cap0.01RAD-0.3MiscellaneousDevices.IntLib5Q1NPNBCY-W3MiscellaneousDevices.IntLib6R1-R9Res210KAXIAL-0.4MiscellaneousDevices.IntLib7R10Res215KAXIAL-0.4MiscellaneousDevices.IntLib8R11Res21KAXIAL-0.4MiscellaneousDevices.IntLib9R12Res2470AXIAL-0.4MiscellaneousDevices.IntLib10R13Res268KAXIAL-0.4MiscellaneousDevices.IntLib5211R14Res21KAXIAL-0.4MiscellaneousDevices.IntLib12R15Res24K7AXIAL-0.4MiscellaneousDevices.IntLib13S0-S7SW-PBSPST-2MiscellaneousDevices.IntLib14S8SW-SPDTTL36WW15050MiscellaneousDevices.IntLib15S9SW-SPDTTL36WW15050MiscellaneousDevices.IntLib16LS1SpeakerPIN2MiscellaneousDevices.IntLib170.5共阴DpyBlue-CCLEDDIP-10/C15.24MiscellaneousDevices.IntLib18U1SN74LS148N648-08ONSemiLogicMultiplexer.IntLib19U2DM74LS279NN16ENSCLogicLatch.IntLib20U3DM74LS48NN16ENSCInterfaceDisplayDriver.IntLib21U4NE555N自制STAnalogTimerCircuit.IntLib536.2.1新建项目文件

建立项目文件，命名为“八路抢答器.PrjPcb”。在该项目中建立新的原理图文件，命名为“抢答器.SchDoc”546.2.2绘制八路抢答器电路原理图

1.设置图纸为A4，水平方向，如图552.放置元器件在图纸右边的元件库里需找所需的元器件563.连接导线绘制好的电气原理图如图574.修改指定各元器件的封装电阻封装采用AXIAL-0.4。按钮封装采用SPST-2。74LS148封装采用648-08。74LS279封装采用N16E。74LS48封装采用N16E。NE555封装采用DIP8。自锁开关封装采用TL36WW15050。100uf电解电容封装采用RB7.6-15。0.1uf电容封装采用RAD-0.3。0.01uf电容封装采用RAD-0.3。9013三极管封装采用BCY-W3。喇叭封装采用PIN2。0.5寸数码管封装采用LEDDIP-10/C15.24。586.2.3自制元器件封装

1.执行菜单【工具】-【新元件】，打开向导如图592.单击【下一步】出现如图6-2-15所示对话框，选择Dualin-LinePackage；选择单位Imperial。603单击【下一步】，出现图6-2-16所示对话框，设置焊盘安装孔大小为35.433mil，焊盘X和Y方向尺寸均为59.055mil。614.单击【下一步】，出现如图6-2-17对话框，在该对话框可设置两列焊盘之间的距离为300mil，同列中焊盘之间的间距为100mil。625.单击【下一步】，设置轮廓线的宽度，此处采用默认值，如图636.单击【