电子系统设计实验指导书v20Word格式文档下载.docx
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2.电路板PCB文件(PCB文件)的绘制
绘制或导入PCB板的外形;
导入网络表文件;
将各元件在电路板上摆好位置;
用手工方式或自动方式完成电路板的布线;
进行错误检查,生成PCB文件。
二、用AltiumDesigner6进行电路原理图设计
以如下的时钟电路为例介绍详细步骤:
1.进入原理图设计环境:
从桌面点击图标启动进入AltiumDesigner6;
2.新建项目:
FileNewProjectPCBProject,右键点击左边Project窗口自动产生的PCB_Project1.PrjPCBSaveProject:
选定存放位置和自已为项目起的名(例如test.PrjPCB)。
3.新建原理图文件:
点击主菜单Project(或用右键点击test.PrjPCB)AddNewtoProjectSchematic,产生Sheet.SchDoc。
用右键点该文件Save:
选定存放位置和自已为原理图起的名(例如test.SchDoc)。
双击该图标即可对该文件进行编辑。
编辑环境中,左侧窗口为项目管理窗口,右侧为编辑区,有各种工具条可用。
从ViewToolbars菜单中可以打开各种工具条、状态栏。
注意:
WiringTools(绘图)工具条用于画电气元件和导线。
2.加载元件库:
点击主菜单DesignAdd/RemoveLibrary…Project:
AddLibrary…在C:
\Programs\AltiumDesigner6\Library文件夹中选择MiscellaneousDevices.IntLib,点打开;
再在Library文件夹中选择TexasInstrumentsTILogicGate1.IntLib和TILogicGate2.IntLib,点打开,即加载好。
用户也可以加载自己创建和积累的元件库。
3.放置元件:
PlacePart(或点工具栏上的
),在弹出的PlacePart窗口中点击PhysicalComponent右边的“…”,从弹出的BrowsLibrary窗口的列表中找到所需元件再点OK,回到PlacePart窗口中,Designator中填写元件在本电路图中的编号,Footprint中选择该元件的封装形式。
点OK,可继续放置下一个同类型元件,也可以再点Component右边的“…”,继续放置其它元件。
要选用已加载的不同元件库中的元件时,可在弹出的BrowsLibrary窗口中点击Libraries右边的
,即可从下拉列表中进行选择。
元件放置完毕,点Cancel回到原理图。
可以点击原理图中已放置好的元件的参数进行修改。
元件封装的修改:
双击元件弹出ComponentProperties窗口,在右下边的ModelsForxxxx栏里边的Footprint进行设置修改,还可以双击该Footprint右边的内容查看该种封装的实际样式。
4.元件位置和方向的调整:
移动:
点住拖动;
旋转方向:
点住元件后按空格键。
5.编辑元件属性(Attributes):
双击元件,或选中元件后,按右键再点Properties…,即可弹出元件属性对话框。
可在这里设置或修改元件在本电路中的元件号(Designator)、库中参考名称(LibRef)、引脚封装名(Footprint)、参数值等。
6.元件连线
点工具栏上的
,即可开始为元件连线。
连线是指元件引脚之间的电气连接线。
从元件的引脚开始点下,顺着引脚的方向画出,再拐弯,直到顺向连到另一元件的引脚上。
注意连线不要垂直压在元件的引脚线上。
连好后保存文件。
7.放置电源、地
用工具条中的电源、地符号放置,或执行菜单命令:
PlacePowerPort。
8.放置I/O端口
I/O端口是指本图电路与其它电路之间的信号输入/输出连接的端口。
按工具栏上的
键,或执行菜单命令:
PlacePort,放置本电路的输入输出端口。
放置后要指定端口的方向和端口名。
※绘图技巧:
●元件的复制、放置、对齐、标注等与其它软件类似。
●元件的旋转:
用光标点住元件不放,并用另一只手:
按空格键,每次转90度;
按X键:
左右翻转;
按Y键:
上下翻转。
●导线交叉连接点:
PlaceManualJunction。
●引脚之间的端口连接法:
PlacePort,并设置属性,用端口代替连线。
●绘制总线:
先PlaceBus或用工具栏上的
键画总线,然后PlaceBusEntry或用工具栏上的
键画总线的分支线(改分支方向用空格键),最后PlaceNetLabel或用工具栏上的
键给各分支线标注网络标号。
●非电气图形和文字的制作:
点击工具栏上
右侧向下的三角,展开绘图工具。
9.编译与检查
执行菜单命令:
ProjectCompileDocumenttest1.SchDoc,点击屏幕右下边的SystemMessages,弹出Messages窗口查看编译检查结果。
如果原理图连线有错误,会在Messages窗口中显示。
10.生成网络表文件(Netlist)
网络表中记录的是电路中所有元器件的封装及引脚之间的连接关系。
一个电气结点(若干元件的多个引脚共通的连接点)称为一个网络,如:
电源网络、地线网络、时钟网络。
DesignNetlistFromDocumentProtel。
在左边Project窗口里出现GeneratedNetListFiles中就有了.net文件(网络表文件)。
12.输出元器件清单(BOM)
ReportsBillofMaterial,点击弹出窗口左下部的Export,指定保存位置和文件名即可。
元器件清单用于元件采购。
13.元件原理图符号的创建:
系统提供的原理图符号库中的元件数量是有限的,经常会遇到一些在符号库中没有的特殊元件,画原理图时只能自行创建其原理图符号。
方法如下:
ProjectAddNewtoProjectSchematicLibrary,点击生成的SchematicLibraryDocuments中的.SchLib文件,更名为test1.SchLib。
点击ToolsRenameComponent…,将默认的第一个元件名Component_1更名为自己起的名字。
●创建集成电路块:
点击绘图工具中的PlaceRectangle(画矩形)工具,在绘图区画一个矩形PlacePin(放置引脚),设置引脚名(如需给字符加上划线:
字符后加\)、引脚号、方向。
负逻辑输入引脚符号:
点击引脚,在弹出的PinProperties窗口中Symbols的OutsideEdge中选择Dot。
调整各引脚的位置、方向,及方框的大小,最后保存。
点ToolsNewComponent继续创建下一个元件符号。
●创建分立元件:
FileOpenC:
\Programs\AltiumDesigner6\Library\MiscellaneousDevices.IntLib,从中选择与欲创建的元件相似的元件,点击ToolsCopyComponent,按OK就将所选元件复制到创建的元件库中,用绘图工具对其进行修改,成为所需的元件符号,重命名保存。
※多部件元件的图形符号制作:
ToolsNewPart,先做一个部件,再复制,最后编辑引脚、保存。
14.层次式原理图的建立:
绘制复杂系统的原理图时,可将系统划分成若干个功能相对单一的子模块,分别进行设计。
一般采用自项向下的方法进行设计。
(1)新建顶层原理图文件:
主菜单ProjectAddNewtoProjectTop.SchDoc;
(2)用PlaceSheetSymbal(或工具栏上的
按钮)画子模块的方框;
用
按钮为子块添加引脚;
指定子块的文件名、模块名;
用同样的方法绘制第二个乃至更多其它的子模块。
(3)用工具栏上的
和
按钮画模块之间的连接导线、总线,完成顶层图设计,保存;
(4)建立并绘制各子模块。
方法:
主菜单DesignCreateSheetFromSymbol,然后移动光标指向第一个方块,弹出一张新的原理图,其输入输出引脚已经按模块一的方块图的设置准备好。
现在就可用一般的原理图绘制方法绘制模块一的具体电路原理图。
保存时,文件名、模块名、引脚类型、数量都要与顶层设计中所属的方块图一致。
用同样方法可继续绘制其它的子模块的具体原理图。
74LS04N:
PDIP封装74LS04D:
SOIC封装
三、用AltiumDesigner6进行电路PCB图设计
※PCB板的层结构:
项层(TopLayer,1个)、底层(BottomLayer,1个)和中间层(MidLayer,可有14个)。
层分类:
信号层(SignalLayers):
用于布线,可位于顶层、底层和中间层。
内部电源层(InternalPlanes):
电源层和地层专用,位于中间层,等电位。
可有4个。
机械层(Mechanical):
用于放置标注和说明,位于中间层,可有4个。
丝印层(Silkscreen):
用于显示元件轮廓和封装文字。
阻焊层(SolderMask):
用于放置阻焊剂,以防焊接时焊锡短路(2个)。
阻粘层(PasteMask):
安装SMD元件时用(2个)。
钻孔层(DrillLayers):
用于输出钻孔图,标注钻孔位置(2个)。
禁止布线层(KeepOut):
设定布线区的边界。
常用于设置板边界。
用AltiumDesigner6进行电路PCB图设计的步骤如下:
1.新建PCB文件:
●方法一:
向导法:
将左边底下的选择卡切换到Files,点最下栏Newfromtemplate最下边的PCBBoardWizard选MetricChooseBoardProfiles最上面的customNext设置电路板的外形尺寸设置其它Finish。
(注意:
生成的电路板上标的尺寸单位错!
应该是mil,但显示为mm)。
●方法二:
电路板外形尺寸由外部导入(如AutoCAD绘制的电路板外形文件):
FileNewPCB,FileImport。
●方法三:
手工绘制电路板外形边界:
ProjectAddNewtoProjectPCBDesignBoardShape,在Mechanical层绘制。
※注意:
如果是用FileNewPCB新建的PCB文件,则它还是自由文件(FreeDocument,尚不受本项目管理),应该在项目里用ProjectAddExistingtoProject将它添加进项目来,否则无法导入网络表。
2.加载元件封装库:
DesignAdd/RemoveLibrary…
3.导入网络表:
DesignImportChangesFromtest1.PcbEngineeringChangeOrder将AddRooms选项前的钩取消ExecuteChangesClose。
载入后,所有元件全部堆叠在一起。
在PCB窗中用鼠标将各元件逐个拖到PCB板上合适的位置。
元件引脚之间的细连线称为“飞线”,表示引脚之间的连接关系。
当引脚之间用实际布线连通后,飞线自动消失。
4.元件布局
调整各元件的位置和方向。
元件布局有两种方式:
自动布局:
ToolsAutoPlace。
手动布局:
手工对元件进行拖动、旋转、对齐等操作。
方法与其它软件类似。
布局原则:
要综合考虑匀称美观、元件间干扰小、易于布线、散热好、便于元件安装维修等多种因素。
手工布局小技巧:
●元件换方向:
用右键点住元件,按空格键调整方向。
元件的放置方向对于布线难度有极大的影响。
●界面的放大:
PgUp键;
缩小:
PgDn键。
●英/公制单位切换:
按Q键随时切换(mil/mm)。
5.布线
布线规则的设定:
DesignRules…,在对话框的Routing选项中,设置布线的拐角(RoutingCorners)、层(RoutingLayers)、布线宽度(Width)、过孔风格(RoutingVias)等进行设置。
简单电路板:
手工布线
复杂电路板:
手工布关键走线自动布线手工优化
●手工布线:
用工具栏上的
键布线。
用布线取代飞线。
一般在一个面中只布一个方向的线,如,TopLayer(正面)尽量只布横线,BottomLayer(背面)尽量只布竖线。
一个方向走不过去时,用过孔(Via)穿到另一面再走。
过孔的使用方法:
在一个面上布线到要放过孔的位置,停下;
键放置过孔(正好压在前面已布走线的端头上);
切换到另一面,从过孔继续布线。
●自动布线:
主菜单上AutoRoute。
自动布线前可进行必要的设置(Setup)。
全部自动布线:
AutoRouteAll
指定网络自动布线:
AutoRouteNet,然后用光标点中某一网络中的引脚;
指定飞线自动布线:
AutoRouteConnection,用光标点中某一根飞线;
指定元件自动布线:
AutoRouteComponent,用光标点中某一元件;
指定区域自动布线:
AutoRouteArea,用光标拖选划出一块区域。
选择后按Start即可开始自动布线。
自动布线过程的暂停:
AutoRoutePause;
自动布线的再运行(继续):
AutoRouteRestart;
自动布线的终止:
AutoRouteStop。
拆除全部自动布线:
ToolsUn-RouteAll
拆除指定网络的布线:
ToolsUn-RouteNet,用光标点中网络中的任一点。
拆除指定连线的布线:
ToolsUn-RouteConnection,用光标点中某连线。
拆除指定元件的布线:
ToolsUn-RouteComponent,用光标点中某元件。
6.后期处理:
●调整线宽:
双击选中某根走线,设置其宽度。
通常电源线、地线及要驱动多个元件的公用信号线都需要加粗,以增加其负载能力。
●补泪滴:
对高频信号的焊盘和过孔通常需要补泪滴,以减小信号反射。
有时为增强焊盘或导过孔的机械强度(以焊盘免容易从PCB板上折断脱落。
)方法:
主菜单ToolsTearDrops…,选择要补泪滴的元件或网络进行。
●大面积铺地:
在电路板上未走线、无元件的空白区全部铺设铜网,以提高抗干扰能力、负载能力,并减小电位差。
选择要铺铜的面,然后按工具条上的
键(PlacePolygonPlane),设置填充样式、要连接的网络(通常选择GND),按OK,在板上绘制要填充的区域的边界,即可。
●放置字符:
如公司名称、板的型号、版本信息等。
选择TopOverlay,点工具栏上的
键,即可在板上放置字符。
●3D预览:
布好的电路板,可通过主菜单的ViewLegacy3DView进行,用Ctrl+↑↓←→键变换PCB板的观察视角。
●元件对齐:
先选中要对齐的一组元件,然后执行:
ToolsAlignComponentsAlign,在弹出的对话框中选择对齐方式。
●元件的旋转:
选中元件后用空格键旋转。
●导线拐角样式切换:
按Shift+Space键。
●切换当前层:
按“+”或“-”键。
●选取与查看某一网络:
先执行EditSelectNet,再用光标点击所需网络中的任一点,即可点亮该网络。
●布线宽度单位切换:
按Q键(不区分大小写)。
100mil=2.54mm,50mil=1.27mm,
1inch=25.4mm=1000mil。
●距离测量:
先执行RepotMeasureDistance,再用光标点起点和终点。
7.输出电路板图
存盘后,可将项目中的PCB文件交给电路板厂家制作即可。
8.元件PCB封装符号的创建:
元件的PCB符号库中的元件数是有限的,经常会遇到一些在符号库中没有的特殊元件,画PCB图时只能自行创建其PCB封装符号。
PCB封装有两类,一类是通用样式的封装,可以通过元件封装向导来新建;
另一类是特殊样式的封装,可以通过手工绘制来创建。
●利用元件封装向导新建一个PCB封装图符号的方法如下:
ProjectAddNewtoProjectPCBLibrary,用右键点击生成的PCBLibraryDocuments中的.PcbLib文件,Save为test1.PcbLib。
点击ComponentWizard选择封装的类型,在向导的提示下逐步完成封装的设计,并可对设计的封装进行修改和调整。
在所建的PCB封装库中,建好一个元件封装后,要注意及时存盘,然后可继续点击ComponentWizard建下一个元件封装。
若要查看所建的各元件封装,可在窗口左下部将选择卡切换到PCBLibrary,即可在左边的Components下的元件列表中选择查看所建的各元件封装。
手工制作创建一个PCB封装图符号的步骤如下:
1.ProjectAddNewtoProjectPCBLibrary,用右键点击生成的PCBLibraryDocuments中的.PcbLib文件,Save为test1.PcbLib。
2.执行Place中相应的工具按键,绘制封装的外形轮廓。
3.执行PlacePad命令或相应快捷工具按键,绘制封装的焊盘,通过焊盘属性对话框设定焊盘的大小、形状、编号、钻孔直径及所在的层等。
4.按OK键,并执行FileSave命令将制作好的元件封装保存到封装库中。
四、Protel99SE设计大作业
1.完成本书前面的示例电路的原理图设计;
2.完成本书前面的示例电路的PCB图设计。
第二章病房呼叫系统设计实验
一、实验目的、任务
实验目的:
通过实际设计、制作一个病房呼叫系统,学习掌握电子系统设计的基本流程;
了解掌握多种电子元器件的种类、性能与使用方法;
掌握电路和系统的设计制作方法和调试方法。
实验任务:
要求利用一块多孔实验电路板,设计制作一个医院病房呼叫系统,其主要功能如下:
1.呼叫功能:
能实现8个病床对护士站的呼叫,病人有情况时,按一下自己床位边的呼叫按键,就能呼叫护士;
2.显示功能:
有病床呼叫时,护士站的数码管显示器上会显示相应的床位号;
无呼叫时显示器上无显示;
3.报警功能:
有病床呼叫时,护士站的喇叭会发出一响一停的报警声,同时,数码管显示器上显示的床位号会与报警声同步闪烁。
4.呼叫保持功能:
有呼叫键按下后,即使按键松开了,呼叫显示和报警声也能保持,直到护士响应呼叫;
5.清除功能:
护士响应呼叫后,按下清除键即可清除呼叫报警声及显示。
二、实验原理
该系统采用8个按键开关来模拟各病房里的呼叫按钮。
为了将不同的按键信号转换成能显示的床位号(0~7),首先应该用一片8-3编码器芯片将位呼叫信号转换成000~111的三位二进制编码;
加按键锁存电路将该按键呼叫锁存保持住;
三位二进制编码信号再经过一片BCD-七段码译码器芯片,转换成七段码,再接到一个共阴极的LED数码管上供显示。
报警闪烁和报警声分别用2个555电路产生的方波驱动实现。
用锁存住的呼叫信号同时触发这2个555方波发生电路,其中报警闪烁方波频率可设为1Hz(可用电位器调整),报警声音频方波频率可设为128Hz(可用电位器调整)。
报警闪烁方波信号接到数码管的COM端(阴极)控制数码管的闪烁;
报警声音频方波经放大后接到蜂鸣器上。
当清除键按下时,呼叫信号被清除,2个555均停止工作。
系统的原理如下图所示。
请根据上图自行查阅相关器件资料,画出详细电路图,并按图完成系统的制作和调试。
三、实验工具
本实验中用到的工具如下:
电烙铁、尖嘴钳、斜口钳、镊子、焊锡丝、松香;
数字式万用表、数字式稳压电源、示波器。
四、实验步骤
1.领取元器件(注意:
不要散落丢失);
2.根据系统原理设计实际电路(画出详细电路原理图),并计算两个555定时电路的元件参数;
3.按电路图将元器件焊装到多孔实验电路板上(注意:
元件在电路板上布局要合理、美观;
DIP封装的集成电路不能直接焊在电路板上,必须先在电路板上焊芯片插座,再将芯片插在芯片插座上);
4.用细导线焊接电路连线(注意:
细导线要平直,不要破皮短路);
5.在不插装芯片的情况下,用万用表量电源和地是否短路;
各地线是否连通;
6.在不插装芯片的情况下,给系统接上电源,用万用表量各电源点电压是否正常;
7.在断电情况下,插上芯片,再通电,按各按键,观察系统是否正常工作。
如闻到有热糊味或芯片发烫,应立即断电检查。
8.如果系统未能正常工作,应从输入级逐级向后检查。
五、验收标准
1.电路图设计正确,555电路参数设计正确,所有元器件引脚连线原理无误;
2.电路板元件布局合理美观;
3.焊接走线工整,焊点光亮,焊锡量适当,无漏焊、短路;
4.能实现“实验任务”中要求的各项功能。
六、
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- 关 键 词:
- 电子 系统 设计 实验 指导书 v20