基于单片机秒表原理绘图及PCB板设计.docx
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基于单片机秒表原理绘图及PCB板设计
宁德师范学院
AltiumDesigner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
AltiumDesigner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。
Altium Designe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:
Altium Designe软件;电路原理图设计;电路仿真
目录
1 概述 1
1.1 Altium Designer 软件的介绍 1
1.2Altium Designer软件的功能 1
2功能分析2
3创建新的元器件集成库的过程,包括原理图及PCB封装2
3.1创建集成元件库2
3.2原理图、封装创建过程3
4PCB板的制作过程 10
4.1首先创建PCB10
4.2电路板禁止布线区的设置 11
4.3PCB布局分析11
5致谢12
参考文献13
附录14
1 概述
1.1 Altium Designer 软件的介绍
Altium Designe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。
1.2Altium Designer软件的功能
(1)电路原理图设计
①绘制和编辑电路原理图等;
②制作和修改原理图元件符号或元件库等; ③生成原理图与元件库的各种报表。
(2)印制电路板设计
①印制电路板设计与编辑; ②元件的封装制作与管理; ③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,Altium Designer 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»New»Project»IntegratedLibrary,创建一个集成元件库文档;执行菜单命令File»SaveProjectAs,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»New»Library»SchematicLibrary,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»New»Library»PCBLibrary,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SCHLibrary,弹出SCHLibrary面板,如图5。
图5SCHLibrary
(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Tools»RenameComponent,出现RenameComponent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(PlaceLine)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ChooseColor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OK按钮,关闭ChooseColor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Place»Pin,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PinProperties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PinProperties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PCBLibrary面板Components一栏中单击鼠标右键,在出现的菜单中选择ComponentWizard,出现如图12所示的ComponentWizard对话框。
图12启用封装创建向导
(11)单击next按钮,在出现的Componentpatterns页面中,单击选中DualIn-linePackages(DIP);在Selectaunit下拉菜单中选择单位为Metric(公制),如图13。
图13Componentpatterns设置
(12)单击next按钮,在出现的DualIn-linePackages(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14DualIn-linePackages(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
4PCB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 (File\New\PCB),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(Design〉Document Options〉Sheet Options)可调整图纸尺寸大小,如图19。
图19PCB的创建
(2)PCB板的生成:
设计>UpdatePCBDocument>执行全部。
如图20。
图20PCB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-Out Layer”。
(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。
4.3PCB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-> Create Netlist),之后在PCB图上导入网络表(Design->Load Nets)。
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21PCB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Altium Designe,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我。
大家互相学习,共同提高,体现了良好的团队意识。
为将来更好的工作打好基础。
另外学会了一些基本的操作。
参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础-5版[M].北京.高等教育出版社,2006
[2]童诗白,华成英.模拟电子技术基础-4版[M].北京.高等教育出版社,2006
[3]谢自美. 电子线路设计-实验-测试[M] .武汉:
华中科技大学出版社, 2000
[4]Altium Designer教程:
原理图、PCB设计与仿真/谷树忠编著.北京.电子工业出版社,2010
[5]刘畅. Altium Designer多图纸原理图设计方法探讨 [J]. 科技资讯, 2010
附录
- 配套讲稿:
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- 基于 单片机 秒表 原理 绘图 PCB 设计
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