CAD实习报告.docx
- 文档编号:28780996
- 上传时间:2023-07-19
- 格式:DOCX
- 页数:22
- 大小:577.15KB
CAD实习报告.docx
《CAD实习报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《CAD实习报告.docx(22页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
CAD实习报告
CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY
电子线路CAD实习
题目:
电子线路CAD实习
直接合成信号发生器
目录
1实习目的
通过电子线路CAD实习,使我们进一步熟悉CAD的使用熟悉画图的基本知识。
使学生了解电子CAD在电子技术中的应用,我们应该掌握并熟悉的应用protel.掌握从原理图的绘制、性能仿真到PCB设计的全过程,提高电子技术课程的学习效果和电子设计的效率。
⑴熟悉protel应用过程,掌握protel的基本操作。
能用Protel99SE制作其原理图并生成PCB版图。
⑵掌握Protel99SE原理图设计截图,及元件符号库、封装库的设计方法,并能够熟练地应用Protel99SE制作各种功能电路的原理图和排除设计过程中可能产生的错误。
⑶学会印刷电路板的两种封装形式——表贴、双列直插。
⑷主要通过对ic卡读写器电路的原理及硬件剖析,然后根据设计要求重新设计一个ic卡读写器电路原理图和PCB图。
2实习内容
2.1ic卡读写器电路简介
2.1.1ic卡读写器简介
ic卡读写器有人也称读卡器。
提起读卡器,很多人都立即会想到这种产品是配合数码相机而产生的,不过目前已经不再局限于数码相机使用了,而是扩展到了更多的领域。
“读卡器”顾名思义这是一种读取数据的设备,但其不单单
可以支持数据的读取同样支持数据的写入。
其初期的设计思路主要是为了弥补数码相机数据输出的缺陷而产生的。
由于早期USB接口并不普及,因此数码相机的输出口都是同电脑的串口连接的,由于串口的数据传输速度很低,如果把这些数据拷贝到硬盘上,那就要花费大量的等待时间了。
因此,读卡器就应运而生了。
随着MP3、PDA等数码产品的发展,有力的推动了读卡器的发展。
目前MP3标配的32M或者64M闪存明显的已经不能满足我们的需要了,因此添置128M的闪存成了我们的标准配置,但我们如果要把MP3歌曲拷贝到闪存上的话,只有通过MP3播放器来进行,而这个时候我们就需要专用的连线、驱动和软件才能完成,这样MP3播放器的可以便携携性就差很多,而如果这个时候我们使用读卡器的话,完全不需要MP3播放器的干预,直接就可以把MP3歌曲存放到闪存上,这样MP3就变得使用更方便了。
另外IC卡读卡器也可以是我们平时应用到的智能卡的读写机具。
比如我们用的预付费电卡、煤气表卡、水表卡、乘车的公交卡等。
目前市面上可以见到读卡器都是被整合在自助一体付费机里,或连接在银行柜台服务员的电脑里。
有接触类和非接触类之分,用于读取不同的接触类卡片和非接触类卡片。
IC卡读卡器主要应用于为智能卡进行余额查询和充值的读写数据工作.除了为上述的数码设备提供便捷的数据转移的用处之外,目前读卡器还被大量的运用在移动的数据存储上。
在早些年使用电脑的时候,只要几张软盘就能拷下常用的软件,DOS系统只要做在一张软盘里就够了,而那些小游戏一张软盘可以装好几个。
软驱作为标准的驱动设备基本可以满足人们工作、学习的存储需要。
后来,随着计算机技术的发展,特别是WINDOWS操作系统的推出,软件体积成几何级数增加,标准的1.44M软盘对于这些庞然大物来说那可怜的容量犹如“杯水车薪”。
大容量存储的渴求导致了硬盘驱动器、光驱和各种压缩存储设备等“大肚量”读卡器的日益普及,不光如此,习惯于移动办公的人们更希望拥有轻便易携带、数据储量大的“随身存”设备。
因此外置存储设备的种类也越来越多,最早有ZIP,后来又有外置硬盘等等。
不过它们的体积还不够小,随身带还是有些不便。
现在流行的U盘,如朗科优盘、鲁文易盘、爱国者迷你王,它们将USB控制器与闪存芯片集成在一起,体积十分小巧,对于大容量的数据传输十分方便。
不过,这类产品的价格较高,你为此付出的代价也不菲。
若使用读卡器与存储卡的组合也可以提供U盘相同的效果,存储卡主要有CF卡和SM卡,它们都使用闪存芯片,在MP3播放器、数码相机、PDA等设备上广泛使用。
当USB读卡器插上存储卡后,就相当于一个移动电子硬盘了。
这样轻巧方便的闪存卡就成为我们目前方便的移动存储媒介了,而读卡器则是这些闪存用来交换数据的最方便设备。
它们性能与U盘相当,体积也不大。
但是两者相比的价格有较的差距,如一款128MB的U盘的价格在1000元左右;而用读卡器(100元)加上一块128MB的存储卡(400元),一共只要500元,优势明显。
此外,这种组合方式具有极强的扩展能力。
目前存储卡的价格不断下跌,如果以后你需要增加容量,可以直接购买存储卡,其价格将比同容量的整体电子硬盘便宜许多。
而且如果你以后购置数码相机或MP3播放器等设备,存储卡可以直接使用在上边,保护了你的投资。
2.1.2ic卡读写器的分类
读卡器分为接触式读卡器,非接触式读卡器,单界面读卡器和双界面读卡器以及多卡座接触式读写器。
读卡器从接口上来看主要有:
并口读卡器、串口读卡器材、USB读卡器、PCMICA卡读卡器和IEEE1394读卡器。
前两种读卡器由于接口速度慢或者安装不方便已经基本被淘汰了。
USB读卡器是目前市场上最流行的读卡器,PCMICA卡读卡器最主要的被应用在笔记本电脑上,而IEEE1394读卡器由于支持的接口还没有流行,应用还不太广泛。
读卡器从读卡协议上划分可以分为两种,一种是485读卡器,一种是韦根读卡器。
韦根26和34协议,这两种协议是常规协议。
读卡器从读卡类型上课分为IC读卡器与ID读卡器,IC卡读卡器是一种非接触IC卡读写设备,它通过USB接口实现与PC机的连接,单独5V电源供电或键盘口取电,其支持访问射频卡的全部功能。
该系列设备应用于门禁、考勤、会议签到、高速公路、旅游、停车场、公交收费、商场消费、会员系统以及各种应用系统的发卡系统。
ID卡读卡器是用来读ID卡的,读卡器支持即插即用、在使用过程可以随意拔插,不用外加电源,用户不用加载任何驱动程序,windows系统直接将其当成HID类设备键盘。
计算机USB口接入读卡器后,读卡器“滴”一声开始自检及初始化,再“滴”一声初始化成功,进入等待刷卡状态。
ID卡读卡器应用于资料录入、信息查询、网吧登记、图书借阅、会议签到、出入控制等场合。
目前市场上主要的闪存或者多媒体卡主要为:
SM卡、CF卡、MicroDrive、MemoryStick、MMC卡和SD卡。
按照读取的闪存种类来分,读卡器又被分为单功能读卡器、多功能读卡器。
单功能读卡器一般只能读取一种类型的闪存卡,如CF读卡器只能读取CF闪存卡,SM读卡器只能读取SM闪存卡,这类读卡器的价格较低,只要100元;而多功能读卡器则是对各种闪存卡通吃,无论是SM卡、CF卡还是MemoryStick都可以轻松读取,不过这类产品的价格稍稍高一点,根据读取闪存卡的种类多少,价格在200-500之间不等。
2.2原理图的绘制
2.2.1原理图的布局及布线
对Protel99se软件介绍,那么电路原理图图便可以利用这个软件实现。
在设计点论图中,有可能遇到在一页设计图纸中画不完,这就需要采用层次电路设计。
设计步骤如下:
(1)、在电脑的操作的界面双击Protel99的窗口,便出现Protel99se设计的界面。
点击右上角的“File文件”,在下拉菜单中点击“NewDeign..”则弹出以下窗口,在次步可以点“Browse"改变文件的保存路径,或者直接点击“OK",文件保存在默认的文件夹中“D\\DesignExplorerProtel99SE\\Exemples"。
弹出这样的窗口然后点“File”中的“Design”,在双点,然后再双击一次,这样原理图编辑框就搞好了。
图1启动protel
图2新建库
图3新建文档
图4添加库文件
图5元件编号
图6选取元件
图7元件封装号
(2)、在如下窗口中编辑原理图,单击“BrowseSch"标签,再不断单击主工具栏内的(放大)(缩小)或者键盘按钮中的"pageup"(放大)"pagedown"(缩少),直到原理图编辑区内出现大小适中的可视“栅格线”,以便操作。
图8填写封装号
2.2.2原理图库的绘制
(1)、在日常设计中,一般将原理图纸设为A4图纸,便于打印。
点击工作界面的“Design.."出现下拉框点其中“Options....”,在弹出的窗口中选择来更改图纸样式。
接下来在原理图编辑区放元器件,先添加元件库。
点击左边“add\\move"具体添加所对应的元件库,这样就轻易的将元件库添加进去了。
当然还有元件库里没有的元件,这需要自己去做,自己可以去创建自己的元件库,也可以在原有的元件库里添加修改了!
最好是自己去创建的。
在此次设计中有:
AT89C51、K9F2080、MAX3232、CS4330需要设计的元件。
具体实例见原理图。
图9自建数据库文件
图10添加库文件
(2)、针对此次设计ic卡读写器电路,可能在一张图纸画不完,因此采用层次电路设计,在层次电路设计中最为关键的,是将总设计的文件的扩展名是“.Pij”(项目文件)而不是“.sch”(电路原理图见附录I)。
第二步,再将总设计中的“方块电路I\\O端口”生成里面的电路图纸。
然后从元件库中调出元件放在原理图编辑区里,分开摆放,根据设计的要求把各个元件按要求连好。
(电路图见附录I).
图11摆放原件
(3)、电路图连好了,在做操作框点“Edit...”出现的下拉框,再点其中“Exporttospread...”(导出电子表格)(附录II),在表格内修改电路中的各元件“Designator"、“FootPrint”、“PartType”的参数修改。
然后,在当前操作页面点“File”中的“Updata...”(更新)。
重新回到原理图操作页面,点“Design”中“Creatnetist....”(创建网络表)(附录III).
图12电源和接地
图13ic卡读写器电路原理图
2.3印制版的绘制
2.3.1封装的绘制
用PROTEL99设计电路板的基本流程如下:
电路板设计的先期工作
1、利用原理图设计工具绘制原理图,并且生成对应的网络表。
当然,有些特殊情况下,如电路板比较简单,已经有了网络表等情况下也可以不进行原理图的设计,直接进入PCB设计系统,在PCB设计系统中,可以直接取用零件封装,人工生成网络表。
2、手工更改网络表。
将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上,没任何物理连接的可定义到地或保护地等。
将一些原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致,特别是二、三极管等。
3、画出自己定义的非标准器件的封装库。
将自己所画的器件都放入一个自己建立的PCB库(如:
AT89C51封装图)专用设计文件。
图14PCB元件封装
设置PCB设计环境和绘制印刷电路的板框含中间的镂空。
1、进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境,包括设置格点大小和类型,光标类型,板层参数,布线参数等等。
大多数参数都可以用系统默认值,而且这些参数经过设置之后,符合个人的习惯,以后无须再去修改。
2、规划电路板,主要是确定电路板的边框,包括电路板的尺寸大小等等。
在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。
对于3mm的螺丝可用6.5~8mm的外径和3.2~3.5mm内径的焊盘对于标准板可从其它板或PCBizard中调入。
注意:
在绘制电路板地边框前,一定要将当前层设置成KeepOut层,即禁止布线层。
图15禁止布线区
3、打开所有要用到的PCB。
建立库文件后,调入网络表文件和修改零件封装这一步是非常重要的一个环节,网络表是PCB自动布线的灵魂,也是原理图设计与印象电路板设计的接口,只有将网络表装入后,才能进行电路板的布线。
在原理图设计的过程中,ERC检查不会涉及到零件的封装问题。
因此,原理图设计时,零件的封装可能被遗忘,在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装。
当然,可以直接在PCB内人工生成网络表,并且指定零件封装。
2.3.2布局及布线
布置零件封装的位置,也称零件布局
Protel99可以进行自动布局,也可以进行手动布局。
如果进行自动布局,运行"Tools"下面的"AutoPlace",用这个命令,你需要有足够的耐心。
布线的关键是布局,多数设计者采用手动布局的形式。
用鼠标选中一个元件,按住鼠标左键不放,拖住这个元件到达目的地,放开左键,将该元件固定。
Protel99在布局方面新增加了一些技巧。
新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。
使用自动选择方式可以很快地收集相似封装的元件,然后旋转、展开和整理成组,就可以移动到板上所需位置上了。
当简易的布局完成后,使用自动对齐方式整齐地展开或缩紧一组封装相似的元件。
提示:
在自动选择时,使用ShiftX或Y和CtrlX或Y可展开和缩紧选定组件的X、Y方向。
注意:
零件布局,应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。
先布置与机械尺寸有关的器件,并锁定这些器件。
布线规则是设置布线的各个规范(象使用层面、各组线宽、过孔间距、布线的拓朴结构等部分规则,可通过Design-Rules的Menu处从其它板导出后,再导入这块板)这个步骤不必每次都要设置,按个人的习惯,设定一次就可以。
选Design-Rules一般需要重新设置以下几点:
1、安全间距(Routing标签的ClearanceConstraint)它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔等之间必须保持的距离。
一般板子可设为0.254mm,较空的板子可设为0.3mm,较密的贴片板子可设为0.2-0.22mm,极少数印板加工厂家的生产能力在0.1-0.15mm,假如能征得他们同意你就能设成此值。
0.1mm以下是绝对禁止的。
2、走线层面和方向(Routing标签的RoutingLayers)
3、过孔形状(Routing标签的RoutingViaStyle)它规定了手工和自动布线时自动产生的过孔的内、外径,均分为最小、大和首选值,其中首选值是最重要的,下同。
4、走线线宽(Routing标签的WidthConstraint)它规定了手工和自动布线时走线的宽度。
整个板范围的首选项一般取0.2-0.6mm,另添加一些网络或网络组(NetClass)的线宽设置,如地线。
5、伏电源线、交流电源输入线、功率输出线和电源组等。
网络组可以事先在Design-Netlist
Manager中定义好,地线一般可选1mm宽度,各种电源线一般可选0.5-1mm宽度,印板上线宽和电流的关系大约是每毫米线宽允许通过1安培的电流,具体可参看有关资料。
当线径首选值太大使得SMD焊盘在自动布线无法走通时,它会在进入到SMD焊盘处自动缩小成最小宽度和焊盘的宽度之间的一段走线,其中Board为对整个板的线宽约束,它的优先级最低,即布线时首先满足网络和网络组等的线宽约束条件。
6、敷铜连接形状的设置(Manufacturing标签的PolygonConnectStyle)建议用ReliefConnect
方式导线宽度ConductorWidth取0.3-0.5mm。
4根导线45或90度,其余各项一般可用它原先的缺省值,而象布线的拓朴结构、电源层的间距和连接形状匹配的网络长度等项可根据需要设置。
选Tools-Preferences,其中Options栏的InteractiveRouting处选PushObstacle(遇到不同网络的走线时推挤其它的走线,IgnoreObstacle为穿过,AvoidObstacle为拦断)模式选中AutomaticallyRemove(自动删除多余的走线)。
Defaults栏的Track和Via等也可改一下,一般不必去动它们。
在不希望有走线的区域内放置FILL填充层,如散热器和卧放的两脚晶振下方所在布线层,要上锡的在Top或BottomSolder相应处放FILL。
布线规则设置也是印刷电路板设计的关键之一,需要丰富的实践经验。
自动布线和手工调整
1、点击菜单命令AutoRoute/Setup对自动布线功能进行设置选中除了AddTestpoints
以外的所有项,特别是选中其中的LockAllPre-Route选项,RoutingGrid可选1mil等。
自动布线开始前PROTEL会给你一个推荐值可不去理它或改为它的推荐值,此值越小板越容易100%布通,但布线难度和所花时间越大。
2、点击菜单命令AutoRoute/All开始自动布线假如不能完全布通则可手工继续完成或UNDO一次(千万不要用撤消全部布线功能,它会删除所有的预布线和自由焊盘、过孔)后调整一下布局或布线规则,再重新布线。
完成后做一次DRC,有错则改正。
布局和布线过程中,若发现原理图有错则应及时更新原理图和网络表,手工更改网络表(同第一步),并重装网络表后再布。
3、对布线进行手工初步调整需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗,某几根绕得太多的线重布一下,消除部分不必要的过孔,再次用VIEW3D功能察看实际效果。
手工调整中可选Tools-DensityMap查看布线密度,红色为最密,黄色次之,绿色为较松,看完后可按键盘上的End键刷新屏幕。
红色部分一般应将走线调整得松一些,直到变成黄色或绿色。
切换到单层显示模式下(点击菜单命令Tools/Preferences,选中对话框中Display栏的SingleLayerMode)
将每个布线层的线拉整齐和美观。
手工调整时应经常做DRC,因为有时候有些线会断开而你可能会从它断开处中间走上好几根线,快完成时可将每个布线层单独打印出来,以方便改线时参考,其间也要经常用3D显示和密度图功能查看最后取消单层显示模式,存盘。
如果器件需要重新标注可点击菜单命令Tools/Re-Annotate并选择好方向后,按OK钮。
并回原理图中选Tools-BackAnnotate并选择好新生成的那个*.WAS文件后,按OK钮。
原理图中有些标号应重新拖放以求美观,全部调完并DRC通过后,拖放所有丝印层的字符到合适位置。
注意字符尽量不要放在元件下面或过孔焊盘上面。
对于过大的字符可适当缩小,DrillDrawing层可按需放上一些坐标(Place-Coordinate)和尺寸((Place-Dimension)。
最后再放上印板名称、设计板本号、公司名称、文件首次加工日期、印板文件名、文件加工编号等信息(请参见第五步图中所示)。
并可用第三方提供的程序来加上图形和中文注释如BMP2PCB.EXE和宏势公司ROTEL99和PROTEL99SE专用PCB汉字输入程序包FONT.EXE
等。
放置覆铜区
将设计规则里的安全间距暂时改为0.5-1mm并清除错误标记,选Place-PolygonPlane或者点击在各布线层放置地线网络的覆铜(尽量用八角形,而不是用圆弧来包裹焊盘。
最终要转成DOS格式文件的话,一定要选择用八角形)。
设置完成后,再按OK扭,画出需覆铜区域的边框,最后一条边可不画,直接按鼠标右键就可开始覆铜。
它缺省认为你的起点和终点之间始终用一条直线相连,电路频率较高时可选GridSize比TrackWidth大,覆出网格线。
相应放置其余几个布线层的覆铜,观察某一层上较大面积没有覆铜的地方,在其它层有覆铜处放一个过孔,双击覆铜区域内任一点并选择一个覆铜后,直接点OK,再点Yes便可更新这个覆铜。
几个覆铜多次反复几次直到每个覆铜层都较满为止。
将设计规则里的安全间距改回原值。
图16生成的PCB图
布局和布线原则
(1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。
(2)以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。
元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上.尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
(3)在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。
一般电路应尽可能使元器件平行排列。
这样,不但美观.而且装焊容易.易于批量生产。
(4)位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm。
电路板的最佳形状为矩形。
长宽比为3:
2成4:
3。
电路板面尺寸大于200x150mm时.应考虑电路板所受的机械强度。
(5)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。
最好加线间地线,以免发生反馈藕合。
(6)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。
当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1~15mm时.通过2A的电流,温度不会高于3℃,因此.导线宽度为1.5mm可满足要求。
对于集成电路,尤其是数字电路,通常选0.02~0.3mm导线宽度。
当然,只要允许,还是尽可能用宽线.尤其是电源线和地线。
导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。
对于集成电路,尤其是数字电路,只要工艺允许,可使间距小至5~8mm。
(7)印制导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。
此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则.长时间受热时,易发生铜箔膨胀和脱落现象。
必须用大面积铜箔时,最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。
3心得体会
这一周(18周)是电子CAD实训,为期一周的实训结束了,实训的目的就是锻炼我们的实际动手能力。
在各位老师的帮助下,尽自己的最大努力从几乎没有学过Protel99SE,到熟练掌握应用到画出原理图,得到ic卡读写器电路的PCB图。
期间,我学到了很多宝贵的经验和相关的电子技术知识。
对于一个个零散的电路元器件到排版生成一个系统,使线路不会重叠,填上元器件的封装号,接上芯片的引脚等等,这些光靠书本和讲解是学不到的。
我们必须深入到实习中,毕竟实践出真理。
同时,在实习中,我还必须将书本中的知识很好的应用到实践操作中。
这次的实习对我们来说,是一个很大的难度。
怎么说呢,对于我们大二的电子信息专业学生来说,我们都知道电路板的绘制是我们的必学知识,但在大二的这个学期,学校除了开电路计算机辅助设计的理论课外没有开其他的理论课学习。
也只有一部分的同学在大一的时候自己报班学习了初级的CAD基本知识,到了大二,很多同学已不熟悉怎么使用了。
而我们的任务是在一周内通过熟练使用Protel99SE,画出原理图,再由原理图生成PCB图。
这个确实挺有难度的。
而且学校还安排了我们在第18周内很多的考试。
大家开始都很难理解,甚至有的同学直接想过放弃。
在实习过程中出现了很多问题,比如当我们用原理图生成PCB图时,会出现很多的错误,比如没有封装号、连线的错误、标号不对、40号引脚和20号引脚一个隐藏一个出来等等很多的错误。
这样就让我们一个个去改正错误,在改正错误的过程中,又学到了很多的东西。
这次实习使我已经初步学会了使用软件和制作原理图,也知道了ic卡读写器电路的工作原理。
通过这次的实习,我们大家都认识到了此次实习对我们的帮助,还让我们明白了一些道理,就是对自己有用的东西,我们要去自己学习,不要等着父母和老师来安排,到时候就什么都迟了。
还有就是艺多不伤身,我们这些人中还是有同学会的,所以这次的实习对他们只是让他们熟悉软件而已,而且他们还实现了提高自我的要求。
他们这些同学在此次实习前就能熟练使用Protel99se软件,不是他们比我们聪明,我们比他们笨,而是我们在玩的时候,他们却用这个时间在学习。
通过他们的例子,使我明白,其实每个人都是一样的。
只是别人看得远,我们却只是看着今天,过了今天也算完成了任务。
通过这件事,让我彻底的觉悟了,就因为这个,我才认为这是我最大的收获。
通过这次的实习,我深刻的认识到了,理论知识和实践相结合是教学环节中的相当重要的一个环节,只有这样才能提高自己的操作能力,并且从中培养自己的独
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- CAD 实习 报告