南阳理工学院单片开发板设计.docx
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南阳理工学院单片开发板设计
课程:
电子CAD课程设计
电子与电气工程系
实践教学环节说明书
题目名称单片开发板设计
院(系)电子于电器工程学院
专业电子信息工程
班级119411
学号1109635002
学生姓名赵中源
指导教师薛晓
起止日期
评分栏
项目
考勤情况
(30%)
设计与操作情况(40%)
说明书撰写情况(30%)
总分
教师签名
得分
实践教学环节说明书内容参考:
一、设计要求和条件
二、设计目的
三、设计方案论证(包括设计思路、设计方案、有关计算、图表、程序等。
)
四、设计结果与分析
五、设计体会
六、参考文献
一、设计要求和条件
要求:
(1)输出打印设计的电路原理图(包括顶层、子层电路原理图);
(2)输出打印原理图网表文件、元器件报表清单;
(3)PCB尽量美观合理,板子大小控制在13mm乘10mm左右
(4)走线宽度15mil到20mil(电源线20到20mil)
(5)输出打印设计的PCB板图。
(6)报告必须包含:
封面、设计总结。
条件:
(1)两年的时间让我对电子有了一定的认识,对单片机有了一定的认识
(2)课下的自学和电子协会的积累让我有了一定的能力
二、设计目的
1.知识目的
掌握Protel的基础知识、注意事项和基本操作方法
2.能力目的
(1)能正确使用常用Protel工具
(2)掌握Protel操作步骤
(3)能自行处理一些常见问题
三设计简介
151单片机电路设计
通过给出的51单片机电路图制作电路图的PCB图,并生成网络表,更清晰和直观的了51单片机的原理,并对51单片机电路板制作过程中所需的电路原件,并对它的元件封装有一定了解。
2设计方法和目的
(1)按照给出1张的51单片机电路图,利用altium软件做出它的原理图,并在原理图的基础上生成有关网络表。
(2)在原理图的基础上生成元器件报表清单,并做出电路图的PCB图。
(3)利用pcb图生成原件清单,直观的反映51电路所需的元器件以及元件封装等信息,更清楚、明了的了51单片机的有关原理。
四设计过程
1原理图制作
(1)运行altiumdesigner软件如下:
(2)原理图的设计流程:
(3)创建一个项目
启动altiumdesigner系统,进入设计界面后,单击“File”菜单选中“New”命令,系统将弹出altiumdesigner建立新设计数据库的文件路径设置选项卡。
选择保存路径和类型,新建的数据库名后缀默认为“.ddb”,如dz01.ddb。
单击Browse按钮,系统将弹出文件另存对话框,此时可以设定数据库文件所在的路径。
同时,将设计过程的全部文件都存储在单一的数据库中,即所有的原理图、PCB文件、网络表,材料清单等等都保存在一个.ddb文件中。
(4)创建原理图文件
选取File/New...打开NewDocument对话框,选取SchematicDocument建立一个新的原理图文档。
打开此文件数据库的“Sheet1.sch”文件,进入原理图编辑界面。
(5)设置图纸大小和环境
选取Design/Options...打开DocumentOptions对话框。
在StandardStyle中选择图纸大小,Orientation中设置图纸方向,Grids中设置格点大小、可见性等。
(6)加载元件库
altiumdesigner里MiscellaneousDevices.ddb”元件库默认已添加,但由于电路中某些元件可能不在该库中,则可以通过选择“Design→Add/RemoveLibrary…”命令,在打开的对话框中选择要加载的元件库,然后单击[Add]按钮,完成后单击[OK]按钮这一流程来加载元器件。
通常我们使用频率较高的一个元件库库名为”ProtelDosSchematicLibraries.ddb”。
(7)放置元件
从屏幕左方的元件管理器“BrowseSch”中选取原理图电路的相应元件,把需要的所有元件全部选出放置于屏幕编辑区,同时对所选元件的属性进行设置,即元件的名称、大小、封装以及“Part”等。
设置方法为双击元件或单击选中元件按Tab键。
(8)放置导线
把编辑区里的元件按原理图电路排好,单击电路绘制工具栏上的按钮
或执行菜单Place/Wire将编辑状态切换到连线模式,此时鼠标指针由空心箭头变为十字。
只需将鼠标指针指向欲拉连线的元件端点,单击鼠标左键,就会出现一条随鼠标指针移动的预拉线。
当鼠标指针移动到连线的转弯点时,单击鼠标左键就可定位一次转弯。
若想将编辑状态切回到待命模式,可单击鼠标右键,也可按下Esc键。
(9)放置电源端子和地
依据原理图电路选择所需电源或地。
例如选中工具栏里的
按照如上的方法设置其属性。
(10)导出原理图
2、生成网络表
3、PCB的制作
PCB的设计流程图如图4.1所示:
(1)在原理图所在的数据库里新建“PCB1.pcb”文件,新建的PCB文件的文件名默认为“PCB1.pcb”,此时用户可输入新的文件名,然后按Enter键。
双击该文件则可进入绘制印制板界面。
(2)绘制印制板框线。
选择KeepOutlayer层面,在键盘上输入PT快捷键,则鼠标成十字标型。
然后在键盘输入JL快捷键,在弹出的属性框中输入所需的X、Y坐标值便可绘制封闭的印制板的框线。
(3)在PCB界面中载入网络表。
单击“Design”菜单下的“LoadNets”命令,系统将会弹出装入网络表对话框,单击对话框中的“Browse…(浏览)”按钮,系统将弹出网络表文件选择对话框,选择原理图电路中生成的网络表文件S,单击“OK”。
系统便自动将所选择的网络表导入并进行分析,同时将结果列表于“Load/ForwardAnnotateNetlist”框中。
当无错误信息出现时,单击“Execute”,则系统将自动把网络表与元件装入已规划好的电路板PCB中。
(4)手动布局。
在键盘上输入MC快捷键,选择要移动的元器件,直至所有元器件排入所画的封闭多边形内,选中元件时,按SPACE(空格)键旋转元件,将元件在电路板内一一摆好。
注意元器件不可重叠,否则系统视为短路,器件的颜色变成绿色。
(5)设计规则设计。
将工作区换为BottomLayer,单击“Design”菜单下“Rules”命令,在弹出设计规则对话框里进行相关设计,如焊盘与导线之间的安全间距、走线宽度等。
通常设计的时候只需要对“WidthConstraint”进行设置就可,如导线的最大最小值以及默认值等。
一般最小值为10mil,默认值为15mil,对电源和地线需要加宽为20mil---30mil。
(6)PCB布局。
单击放置导线图标
,则鼠标光标变成了十字形状。
把十字光标移动到所要连线的元件焊盘上时,当焊盘上出现八角框时,说明十字光标与焊盘中心重合,此时单击鼠标左键,则可拉出导线,连到所连接的另一元件上。
在连线的过程中,可以按动Shift+Space键切换模式,如:
45度,90度等,但切记在拐角处不可出现锐角。
(7)放置焊盘。
所有的电路都需要放置电源焊点和接地焊点,此时需要放置焊盘。
单击“Place”菜单下的“Pad“命令,光标变成十字形状,同时在光标的中央粘有一焊盘,可以按Tab设置焊盘的大小。
将光标移到所需的位置,单击鼠标左键,即可放置焊盘。
双击焊盘弹出属性对话框,在“Advanced”栏目下的“Net”框里选择所连接的网路,如VCC、GND等。
(8)放置字符串。
单击“Place”菜单下的“string”命令,在弹出的属性框中进行设置,可以在PCB板中写入自己的学号,便于辨认。
(9)存盘打印。
总观PCB图,对可以加宽的线加以加宽,即进行优化。
然后存盘并打印。
五、设计结果与分析
底层
顶层
完整
六、各种报表生成
Comment
Description
Designator
Footprint
LibRef
Quantity
Battery
MulticellBattery
BT1
BAT-2
Battery
1
Cap
Capacitor
C1,C2,C4,C7,C8,C9,C10,C11,C13,C15
R2012-0805
Cap
10
Cap
Capacitor
C3,C5,C6,C12,C14
CC2012-0805
Cap
5
CapPol1
PolarizedCapacitor(Radial)
C16
CAP_R8MM
CapPol1
1
CapPol1
PolarizedCapacitor(Radial)
C17,C18,C19,C20,C21
CAP_R5MM
CapPol1
5
104
Capacitor
C22,C23,C24,C25
CC2012-0805
Cap
4
Diode
DefaultDiode
D1
DSO-C2/X2.3
Diode
1
LED2
TypicalRED,GREEN,YELLOW,AMBERGaAsLED
DS1,DS2,DS3,DS4,DS5,DS6,DS7,DS8
LED3_3MM
LED2
8
LED2
TypicalRED,GREEN,YELLOW,AMBERGaAsLED
DS9,DS10,DS11,DS12
R2012-0805
LED2
4
DConnector9
ReceptacleAssembly,9Position,RightAngle
J1,J2
DSUB1.385-2H9
DConnector9
2
Header8X2
Header,8-Pin,Dualrow
JP1,JP2,JP3,JP4
HEADER_8X2
Header8X2
4
Header9
Header,9-Pin
JP5
HDR1X9
Header9
1
Header8
Header,8-Pin
JP6,JP7,JP8,JP9,JP10
HDR1X8
Header8
5
Header3
Header,3-Pin
JP11,JP12
HDR1X3
Header3
2
Header3
Header,3-Pin
JP13,JP14
VCC5
Header3
2
Header5X2
Header,5-Pin,Dualrow
JP15,JP16
HDR2X5
Header5X2
2
1602&12864
Header,20-Pin,Dualrow
JP17
HDR2X20
Header20X2
1
Header5
Header,5-Pin
JP18,JP19,JP20,JP21
HDR1X5
Header5
4
Header9X2
Header,9-Pin,Dualrow
JP22
HDR2X9
Header9X2
1
USB
Header,4-Pin
JP23,JP24
USB_BIG-duplicate
Header4
2
Header2
Header,2-Pin
JP25,JP26
HDR1X2
Header2
2
Header2
Header,2-Pin
JP27
HDR2
Header2
1
Header6
Header,6-Pin
JP28
HDR1X6
Header6
1
Header4
Header,4-Pin
JP29
HDR1X4
Header4
1
Inductor
Inductor
L1
R2012-0805
Inductor
1
Bell
ElectricalBell
LS1
BEEP
Bell
1
PNP
PNPBipolarTransistor
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6
BCY-W3/D4.7
PNP
6
9015
PNPBipolarTransistor
Q7
BCY-W3/D4.7
PNP
1
Res2
Resistor
R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12,R13,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20,R21,R22,R23,R24,R25,R26,R27,R28,R29,R30,R31,R32,R33,R34,R35,R36,R37,R38,R39,R40,R41,R42,R43,R44,R45,R46
R2012-0805
Res2
46
R47
RES_9
RES_8
1
R_ADJ
R48,R49,R50,R51,R52
RES_ADJ1
RES2_ADJ
5
ResAdj2
VariableResistor
R53
RES_ADJ3296
ResAdj2
1
SW-SPDT
Single-Pole,Double-ThrowSwitch
S1
SWITCH
SW-SPDT
1
SW-PB
Switch
S2
SWITCH
SW-PB
1
SW-PB
Switch
S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15,S16,S17,S18,S19,S20,S21,S22,S23
BUTTON_S1
SW-PB
21
SEG_BS
U1,U2
SEG_BS-duplicate
SEG_BS
2
AT789C51
U3
AT89C51
AT89C51
1
74HC138
U4
SO-G16
74HC138
1
74HC595
U5
SO-G16
74HC595
1
DS1302
U6
SO-G8
DS1302
1
AT24C02
U7
SO-G8
AT24C02
1
Nokia5110
U8
LCD_Nokia5110
LCD_NOKIA5110
1
SD_CARD
U9
SD_CARD
SD_CARD_SEAT
1
PCF8591
U10
SO-G16/G6.9
PCF8591
1
DS18B20
U11
BCY-W3
DS18B20
1
L7805
U12
L7805
L7805
1
LM317
U13
LM317_2
LM317
1
NRF905
U14
NRF905
NRF905
1
SM3800
U15
SM3800
SM3800
1
PL2303
U16
PL2303
PL2303
1
ASM1117
U17,U18
ASM1117
ASM1117
2
PS2_6PIN
U19
PS2_TWO
PS2_6PIN
1
MAX232
U20
SO-G16
MAX232
1
ULN2003A
U21
DIP16
ULN2003A
1
MAX485
U22
SO-G8
MAX485
1
12M
CrystalOscillator
Y1
XTAL
XTAL
1
32.768K
CrystalOscillator
Y2
XTAL_1
XTAL
1
11.0592M
CrystalOscillator
Y3
XTAL
XTAL
1
七、设计体会
这次设计中由于我之前就课下就学过altiumdesigner软件,它不过是proteldxp的更高版本,因此我就用altiumdesigner做了。
刚拿到原理图时,我觉得难点在各种元器件的封装,因为呆在电子协会的原因,我基本都认识那些元器件。
自己开始时也就画了一些原件和一些封装,后来觉得自己画的原件和封装不美观、容易出错,且准确不够。
就用老师的图和pcb生成了原理图和封装库,有了原件和pcb我在第二天就把pcb画好了,但由于急于求成,忽视了原件的布局。
弄出很多不协调的地方,经过努力最终完成了一版比较好的pcb,
后来老师又说大小13mil乘10mil我只能放弃,又重画了好几版。
在实验室时,同学经常让我帮他们解决问题,虽然也花了我很多时间但让我对pcb更熟悉了,再帮助大家解决问题时我也学会了不少的东西。
我最后还把我的altiumdesigner变成了中文版的。
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- 南阳 理工学院 单片 开发 设计