电子线路CAD设计实验报告

课程设计（论文）

课程名称电子线路CAD 设计

题目名称51简单系统板

学生学院信息工程学院

专业班级应用电子技术

学 号3114002644

学生姓名吴升佳

指导教师罗思杰老师

2015 年 11 月 05 日

一、电路设计任务与要求。

1. 熟悉原理图编辑器的功能与使用方法；掌握原理图元件及元件库的使用，元件的放置与编辑、电路原理图的设计以及报表、原理图输出等技巧与方法。

2. 熟悉印制电路板的设计流程，掌握元件封装库的使用和元件封装的放置方法。

3. 掌握PCB 绘图工具的操作使用方法和PCB 设计规则。

4. 掌握布局和布线等印制电路板的设计知识。

5. 掌握PCB 报表的生成和PCB 图打印输出方法。

6. 掌握印刷电路板的设计流程。

7. 要求电路满足：包含IC 芯片4个(每个IC 的管脚不少与8个) 以上；电容不少于10个；电阻不少于10个；连接器1~3个；其它元器件若干。（设计PCB 板时要考虑的问题：电路板的形状、大小尺寸，单面板还是双面板；IC 要考虑封装形式（如DIP/SDIP/SOP），放置IC 时要考虑位置、方向；电路板的电源及接线形式等等。具体见附件PCB 布局技巧）。

二、1. 电路原理图简述。

本原理图是一个STC 系列的简单系统板。

1

○

其中中央处理器为STC89C52，其具有以下标准功能： 8k字节Flash ，512字节RAM ， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM 、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz ，6T/12T可选。同时连接了一个12MHz 晶体振荡电路和一个电阻电容复位电路。

2 ○

USB 端口集供电、通讯一体，可通过CH340T 转接芯片进行MCU 与PC 的通讯。CH340是一个USB 总线的转接芯片，实现USB 转串口；进而实现PC 端给单片机下载程序。同时连接了一个12M 晶体振荡电路和线性稳压电路（LM1117）。

3

○

DS1302是具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片，其可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。DS1302连接有+3V的备用电源，在主电源关闭的情况下也能保持时钟的持续运行。

4 ○

12864液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM （GDRAM ）。与CPU 直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。

具有

多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。

5此外还有电源滤波电路。 ○

2.PCB 图设计主要步骤。

1创建Integrated library ，并在其库下分别创建Schematic ○

library 和PCB library且保存；利用元器件设计工具绘画元器件并保存在之前创建的元器件库里；绘制完所有所需元器件后，绘制PCB 封装图，绘制封装图需严格对照实物尺寸，因此可上立创商城或者上网下载常用的封装库进行copy ；打开Model Manager对元器件和封装进行一一对应；生成集成库并导入library 。

2创建PCB Project，并在其目录下创建Schematic 和PCB ；利用原○

理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表；将Schematic 更新到PCB.PcbDoc 。

3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，版层参数，布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值；规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。在绘制电路版地边框前，要将当前层设置成Keep Out 层，即禁止布线层。

4对元器件进行手动布局。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，然后是大的占位置的器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。

5布线。设置布线的各个规范(使用层面、各组线宽、过孔间距、布○

线的拓朴结构等部分规则) ，即布线规则；进行手动布线。

3. 敷铜、焊盘处理的操作过程。

1完成了布线之后，○因为走线较细，在线与焊盘之间的连接比较脆弱，一般会在这个过渡段增加一个泪滴状的过渡，避免PCB 板在加工钻孔的时候，该位置容易出现应力集中面撕裂。Tools –TeadropsOptioms –OK 。

2为了增加系统的抗干扰能力，○一般最后往往会在底层把铜膜与地相连，即敷铜。Place – Polygon Pour –选择Solid 、层为Bottom Layer 、Net 为GND – GND – 选择敷铜范围。

3、功能分析。

本原理图可通过下载程序实现对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，并且利用液晶显示；同时模块相对独立，理论上不受硬件连接的限制，且主芯片留有插针，自由度高，可以能过连接外设实现强大整体功能。

三．问题与讨论

1. 试述PCB 图的设计流程。在设计电路原理图和PCB 设计时需注意的哪些问题和细节？

1规划电路板:单击“Keep-Out Layer”（1）PCB 图设计流程的简述：○

层，该层为禁止布线层，一般用于设置电路板的电气边界。画出PCB

2加载图的大体边界（摆放好元件封装后需要进一步的调整边界）。○

3手动原理图元件封装：执行Design----Import Changes From命令。○

4自动/手动布线：执行Auto Route前，需添加布线规布局元器件。○

则，改变布线规则可以点进入Routing Rules。在Width 里添加VCC 和GND 规则，线宽比一般导线大一些。设计顶面和底面的走线方向，点Rout All开始自动布线。自动布线还需手工调整布线：将不满意的布线删除，然后手动布线，修改后对布线通与否进行检查。

（2）设计PCB 时需注意的问题：在选择元件封装时应注意该封装是否已过时；按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开；布局时应将发热大和需要外接输入与输出的元件靠边放；所有IC 元件单边对齐，封装方向一致，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向，出现两个方向时，两个方向互相垂直；注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线。

2. 电路的元件自动布局要做那些准备工作？执行自动布局的命令有

那些？元件自动布局有那些局限性？

（1）布局好原理图，连好电源线以及自动布局参数设置；Tools —Component Placer—Auto Placer。（2）自动布局方式有两种:“Cluster Placer”(成组布局方式) 和“StatisticalPlacer”(统计布局方式) 。执行自动布局菜单命令；“Cluster Placer”是成组布局方式。这种方式按照电气连接关系将元件分成组，并连接成元件串，最后在规划好的布局区域内，虽然可以加快元件的自动布局速度, 但对电路的优化工作很少。这种方式适用于元件较少的电路，且前面所设置的自动布局参数，只有在这种方式下才有效。 “Statistical Placer”是基于统计的布局方式。其原则是保证连线的长度最短。（3）自动布局完成后，我们发现自动布局往往不如人意，有时系统在自动布局时没有充分利用布局区域的空间，而且元件布置不太合理，有的区域太密等，根本不符合电路的工作要求，我们不能完全依赖程序的自动布局，往往需要重新对元件布局进行手工调整。尤其是在单面板的设计中，元件布局的合理性将直接影响到布线工作是否能够完成，同时也涉及到电路是否能正常工作和电路的抗干扰等问题，因此对元件布局进行手工调整是十分必要的。

3. 电路的自动布线要做那些准备工作？执行自动布线的命令有那些？自动布线有那些局限性？若需局部手动布线, 应如何操作?

（1）自动布线之前要进行自动布线规则的设定。自动布线的规则主有Clearance Constraint（安全间距），Routing Corners（布线转角），Routing Layers（布线板层），Routing Priority（布线次序），Routing Topology （布线的拓朴结构），Routing Via Style（导孔型式）， SMD Neck-Down Constraint(SMD焊盘颈状收缩) ，SMD To Corner

Constraint(SMD焊点限制) ，SMD To Plane Constraint(SMD到内部电源层的间距) ，Width Constraint（走线线宽）。（2）自动布线方式既可以进行全局布线，也可以对用户指定的区域、网络、元件甚至是连接进行布线，用户可以根据需要选择最佳的布线方式。执行auto route ——根据需要选择下面的命令布线：“All ”方式表示系统完成所有的布线工作，无需用户中途干预; “Net ”方式表示由用户指定逐个网络进行交互式的自动布线，每指定一个网络，就给该网络布线；

“Connection ”方式表示由用户指定逐个连接进行交互式的自动布线，每指定一个连接关系，就给该连接布线; “Component ”方式表示由用户指定元件来进行交互式的自动布线，每指定一个元件，就给该元件的所有引脚布线; “Area ”方式表示由用户划定区域来进行交互式的自动布线，每选择一个区域，系统就给该区域的所有元件的引脚布线。

（3）自动布线功能很强大，在布线环节上我们是省了很多功夫，但最后导致的结果是后面焊锡的时候但我们手工工艺达不到，在顶层器件引脚下的焊盘我们就焊不上，直接就导致整个制作失败。（4）手动布线：走线角度设为四十五度；顶层红线横走，底层蓝线竖走；边缘集中走线，红线蓝线不重叠；地线最后走，电源线尽可能粗；使用快捷键加过孔和后退。

4. 简述敷铜的意义，在PCB 图中如何放置敷铜？

PCB 的敷铜一般都是连在地线上，增大地线面积，有利于地线阻抗降低，使电源和信号传输稳定，在高频的信号线附近敷铜，可大大减少电磁辐射干扰。总的来说增强了PCB 的电磁兼容性，提高板子的抗干扰能力。

四、原PCB 打印图 PCB 修改图

元件网络报表。

四、心得体会。

本次课程设计名称为电子线路CAD 设计，具体为设计一个符合要求的PCB 板。对于这次实验我用的软件版本是Altium Designer 10.0。 通过绘制元器件、封装图，再到原理图、更新到PCB ，再到布局、布线，我不断地熟悉这个软件，发现上手这个软件并不困难但却十分繁琐。它一次又一次地精神摧毁，让我几度迷茫；同时却也不断地激起我的好胜心，让我沉浸其中，只觉非把它做出来不可。经过三天的苦战，我终于做出了一个接近完整的作品，但其中也存在着我所不知的缺陷，以及诸多不如人意的地方。后来经过罗老师的验收，我做出了许多更正：在PCB 板的四周添加了四个安装孔；将稳压芯片LM1117的封装由贴片改为直插式；布局做了修改，把各个晶振移动到其所对

应的芯片，大大减少晶振与芯片之间距离，减少干扰，以保证晶振能够正常起振；将其中一条电源线改画到芯片外围，避免其穿过芯片焊盘之间；改变备用3V 电源的封装为纽扣电池形式的封装。在此，特地感谢罗思杰老师的精心与耐心指导，能够让我发现许多不足之处并及时做出纠正，也让我学到了更多知识。当然，由于我只是初学者，作品远远不够完美，因此我要学习的东西还有很多。在此次课程设计中，我不仅初步学习了Altium Designer 10这个软件，也涉略了部分电子电路知识，更重要的是我懂得了要养成严谨的科学态度，对于不懂的东西要抱着钻研的态度，不可将就。