印刷电路板实践51单片机最小系统PCB设计.docx
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印刷电路板实践51单片机最小系统PCB设计.docx
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印刷电路板实践51单片机最小系统PCB设计
福州大学物理与信息工程学院
印制电路板设计实践报告
专业:
电子科学与技术班级:
2班
姓名:
学号:
指导老师:
林培杰
2017年6月
一、设计分析
图1单片机系统原理图
这是51单片机最小系统原理图,该系统采用RS232串口通信,图中还包含了LCD模块、LED模块、矩阵键盘模块、蜂鸣器模块、红外以及数码管模块,也引出了SPI的通信接口,此外又用排针将单片机大部分引脚独立引出,可以进行系统拓展,能更方便的进行各种实验。
二、本设计对应的毕业要求细化指标
课程要求(毕业细化指标)
本设计对应的相关内容
1、要求学生能够在系统设计过程中,选择合适软、硬件开发软件平台对系统进行设计和调试;(5.2)
本PCB为51单片机最小系统设计基于Altiumdesigner16。
AltiumDesigner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。
2、要求学生在设计过程中,通过网络查找等方式了解相关的行业设计的规范或标准,例如硬件设计规范,PCB板制作规范等;(6.1,6.3)
学习了如何进行元器件排版比如原理图设计时要整洁清晰,阅读起来一目了然,各个模块应适当分开,可使用网络连接起来。
PCB设计时布线布局也要根据实际情况遵守规则。
3、要求写规范的文档,能通过书面方式表达自己的想法,就复杂工程问题与同学等进行有效的沟通与交流;(10.4)
将遇到的问题以及解决思路用书面语言表达出来,并规范的遵守电子报告各种要求,通过撰写报告可以总结自己的实践过程和收获,更可以锻炼报告撰写能力;在实践过程中碰到问题,和同学讨论,学会如何进行更好的交流,最终得到了解决。
4、通过本次设计,同学能认识不断探索和学习的必要性,具有自主学习和终生学习的意识;(12.1)
通过本次实践,我对PCB设计有了更加浓厚的兴趣,在未来,我可能会在这个领域里不断深入学习,对以后工作或许也会有诸多益处。
而对于新时代的大学生来说不断提高自主学习能力是十分必要的,只有如此才能立于不败之地。
三、设计过程
3.1元器件库建立
1.建立原理图库:
文件NEWLibrary原理图库
图2新建原理图库
2.建立PCB库:
文件NEWLibraryPCB元件库
图3新建PCB图库
3.将原理图与PCB按手册资料绘制好之后,应将二者结合起来,以后才可以使用。
步骤:
在原理图库处找到
鼠标单击,然后找到刚才画好的PCB对应元件,单击即可添加,至此,一个元件的封装绘制已全部完成。
图4原理图元件外形
图5PCB元件外形
为原理图添加封装
图6添加封装
用同样的方法可绘制出各种所需元器件封装,而这些封装放在一个工程里,就形成了自制的封装库。
3.2规则设定
电源线50mil 其他15mil 间距20mil。
设置间距20mil:
间距设定通过点击设计规则Clearance
图7设置间距
设置线宽:
点击设计规则Width
图8设置线宽
3.3布局和布线分析
3.31布局如下图:
图9布局图
(2)首先,在能使功能全部完成的前提下应使布局尽量使布线能更简洁,使引线尽量短。
元器件摆放要尽量整齐,方便布线。
然后各个模块的相关的元件摆在一处,可以节省很多空间和引线。
例如数码管应和75HC245和几个三极管放在一处。
(3)LCD与数码管最好放在边缘处,不能再旁边放置太高的器件。
(4)按键应排列整齐,且放在角落处,可用自动对齐功能。
(5)晶振应放在51芯片管脚的旁边。
(6)对应器件的电容应放在对应的器件引脚旁。
3.32布线:
图10布线图
(1)布线要注意的首先是电源线,电源关乎系统全局,系统有很多模块,但电源只有一个因此电源线至关重要。
一般说来,电源线应尽量粗,特别是地线,这里要求50mil
(2)信号线应尽避免使用90度折线,以减小高频信号以电磁波的方式发生辐射。
(3)时钟线路的布线,使参考时钟输出到达器件引脚的路线要尽量短。
(4)信号线避免形成环路,如不可避免,环路应尽量小;信号线的过孔要尽量少,尽量布在同一层。
(5)覆铜时应将GND连为网络,加大地面积两层之间可额外多加加一些对地的过孔,减小阻抗。
(6)添加泪滴可以让电路在PCB板上的连接更加稳固,可靠性高,这样做出来的系统才会更稳定,所以在电路板中添加泪滴是很有必要的。
最终结果图:
图11顶层图
图12底层图
图13第一层
图14第二层
图15第三层
图16第四层
四、心得体会
通过本次实践,在动手能力和自主学习、独立解决问题能力方面收获颇丰。
虽然早在大一的时候我便接触了该软件,中间也经常在使用这款软件在实验室里做一些电路板,但是从未画过如此规模的电路,虽然对软件很熟悉,但其实挑战也不小。
以前做的电路都是一些小模块,而此次做的则是一个小系统,既然是系统,那考虑的问题就要多很多了,比如元器件之间的布局是否合理,而小模块的元器件只有那么几个,怎样摆都不会出太大问题。
而通过此次实践我也对PCB设计有了更加浓厚的兴趣,希望在毕业前能设计出一个让自己满意的小系统。
这个暑假也计划留在学校准备参加全国大学生电子设计大赛,在这方面也是需要加强训练的。
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- 印刷 电路板 实践 51 单片机 最小 系统 PCB 设计
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