AltiumDesigner原理圖與PCB設(shè)計課件

電子CAD項目6設(shè)計單片機實驗板電路四層PCB學習目標教學模式單片機電路原理圖層次圖的設(shè)計。單片機電路四層PCB的設(shè)計。單片機電路原理圖與PCB圖相互更新。工作任務教學模式繪制單片機層次電路原理圖人工規(guī)劃單片機四層PCB設(shè)計單片機電路四層PCB重難點內(nèi)容教學模式

1、PCB項目模塊的劃分

2、頂層管理圖的設(shè)計

3、多張圖紙層次關(guān)系的建立

4、子圖的產(chǎn)生及設(shè)計教學模式相關(guān)知識1項目導讀本項目用到的電路原理圖仍然是單片機實驗實訓板原理圖，但是在本項目中將采用自頂向下的層次電路圖的設(shè)計方法，將項目五中的5大功能模塊：電源電路模塊、下載電路模塊、控制電路模塊、按鈕矩陣電路模塊、顯示電路模塊等分別用5張圖紙繪制，項目總圖用1張圖紙繪制，該項目共有6張圖紙，6張圖紙構(gòu)成上、下兩層關(guān)系。單片機層次電路設(shè)計可以利用項目五已設(shè)計好的電路圖簡化設(shè)計工作。教學模式相關(guān)知識2原理圖模塊化設(shè)計通過前面的幾個項目，學會了一般電路原理圖的基本設(shè)計方法，將整個項目的電路圖都繪制在一張圖紙上。這種方法適用于規(guī)模小、邏輯結(jié)構(gòu)比較簡單的電路設(shè)計，當項目或原理圖比較復雜時，可以采用另一種設(shè)計方法，即模塊化設(shè)計方法。這種方法將一個龐大的系統(tǒng)電路項目按照其電路功能分解成若干個小的電路模塊，每個電路模塊均能夠獨立地完成一定的電路功能，具有相對獨立性，它們之間或是平等的關(guān)系，或是包含與被包含的關(guān)系，設(shè)計工作可以由不同的設(shè)計者、在不同地點、設(shè)計在不同的圖紙上，最后由一個項目管理文件把它們組成一個有機的項目整體。模塊化設(shè)計最大特點是：項目電路圖之間結(jié)構(gòu)清晰、層次分明，既培養(yǎng)了一個設(shè)計團隊，同時也提高了電子產(chǎn)品整機的設(shè)計速度，突出個人在某一方面的設(shè)計特長，增強新產(chǎn)品的社會競爭力。

教學模式相關(guān)知識3自頂向下的層次電路圖設(shè)計自頂向下的層次電路圖設(shè)計方法，是實際工作中最常用的硬件電路設(shè)計方法。首先要對整個電路系統(tǒng)從宏觀上把它劃分為若干個功能模塊，根據(jù)系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)與功能，把這些功能模塊正確地連接起來，整個電路系統(tǒng)形成一個有機的整體。單片機實驗板電路原理圖可劃分為5個功能模塊：電源電路、控制電路、顯示電路、下載電路、按鈕矩陣電路。教學模式相關(guān)知識4PCB多層板設(shè)計隨著電子技術(shù)的發(fā)展，高速度、高密度是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢之一，高速、低耗、小體積、抗干擾性良好的電子產(chǎn)品越來越多，對印制電路板設(shè)計提出了更高的防干擾和布線的特殊要求，為此，手機、電腦、U盤、MP4高科技產(chǎn)品等均已使用了四層以上的PCB板設(shè)計，這些產(chǎn)品的電路板不僅有上下兩面布線，在板的中間還設(shè)有走線較為簡單的電源或接地的夾層銅箔，并常用大面積填充的辦法來布線。上下位置的表面層與中間各層通過“過孔（Via）”來連通。多層印制電路板以其電路復雜、布線層數(shù)多、裝配密度高、可靠性高、抗干擾能力強等優(yōu)勢廣泛應用于高速電子設(shè)備中，基本解決單面板、雙面板中無法解決的問題。因此，多層印制電路板的設(shè)計是PCB設(shè)計人員的必備技能之一。教學模式相關(guān)知識5層次電路圖設(shè)計中常用電氣對象1.圖紙符號執(zhí)行【放置】→【圖表符】菜單命令，或單擊【配線】工具欄中的【圖表符】按鈕，十字形工作光標上就會黏附一個綠色長方塊，單擊確定圖表符的起點，移動鼠標后再單擊鼠標左鍵確定圖表符的終點。雙擊圖表符，彈出【方塊符號】對話框，如圖6-3所示。只需填寫以下兩欄，其它不變。2.圖紙入口執(zhí)行【放置】→【添加圖紙入口】菜單命令，或單擊【配線】工具欄中的【放置圖紙入口】按鈕，十字形工作光標移到圖表符號內(nèi)邊沿后，按一次鼠標左鍵放置一個圖紙入口。雙擊圖紙入口(或在放置狀態(tài)下，按Tab鍵)，彈出【方塊入口】對話框，如圖6-4所示。只需填寫以下兩欄，其它不變。(1)名稱：方塊入口的名稱，應與子電路原理圖中相應的端口名稱一致。(2)I/O類型：要根據(jù)具體電路工作原理確定類型。有4種，即不確定型(Unspecified)、輸入型(Input)、輸出型(Output)和雙向型(Bidirectional)。教學模式任務6.1繪制單片機層次電路原理圖1.建立一個PCB項目執(zhí)行【文件】→【創(chuàng)建】→【工程】→【PCB工程】菜單命令。執(zhí)行【文件】→【保存工程為】菜單命令，保存到指定目錄中，命名為“單片機四層板.PrjPCB”。執(zhí)行【文件】→【創(chuàng)建】→【原理圖】菜單命令，新建一個原理圖文件。執(zhí)行【文件】→【另存為】菜單命令，并命名為“單片機四層板頂層.SchDoc”原理圖文件。教學模式任務6.1繪制單片機層次電路原理圖2.繪制頂層電路原理圖演示圖紙參數(shù)設(shè)置放置方塊符號放置圖紙入口連接各圖紙符號教學模式任務6.1繪制單片機層次電路原理圖3.建立圖紙間的層次關(guān)系演示創(chuàng)建各子原理圖空白圖紙建立圖紙間的層次關(guān)系保存圖紙教學模式任務6.1繪制單片機層次電路原理圖4.繪制各個子原理圖演示繪制電源電路子原理圖(1)雙擊Projects工作面板上的“電源電路”文件名，打開電源電路的空白圖紙。(2)執(zhí)行【設(shè)計】→【文檔選項】菜單命令，彈出【文檔選項】對話框，將圖紙自定義為寬600、高400，【參數(shù)】選項卡設(shè)置，填寫好的“電源電路”圖紙標題欄。(3)按照簡單電路圖的繪制方法繪制電源電路，執(zhí)行【工程】→【CompileDocument電源電路.SchDoc】菜單命令，彈出【Messages】對話框，提示有兩個“nodrivingsource”警告“Warning”，放置兩個忽略檢測符號，繪制好的電源電路。教學模式任務6.1繪制單片機層次電路原理圖4.繪制各個子原理圖演示繪制顯示電路子原理圖(1)雙擊Projects工作面板上的“顯示電路”文件名，打開顯示電路的空白圖紙。(2)執(zhí)行【設(shè)計】→【文檔選項】菜單命令，彈出【文檔選項】對話框，將圖紙自定義為寬800、高600，并填寫圖紙標題欄各參數(shù)。(3)按照簡單電路圖的繪制方法(項目一內(nèi)容)繪制顯示電路，并將各個端口移到相對應的位置，繪制好的顯示電路。教學模式任務6.1繪制單片機層次電路原理圖4.繪制各個子原理圖演示繪制控制電路子原理圖(1)雙擊Projects工作面板上的“控制電路”文件名，打開控制電路的空白圖紙。(2)執(zhí)行【設(shè)計】→【文檔選項】菜單命令，打開【文檔選項】對話框，將圖紙自定義為寬800、高600，并填寫圖紙標題欄。(3)按照簡單電路圖的繪制方法繪制控制電路，并將各個端口移到相對應的位置，繪制好的控制電路。教學模式任務6.1繪制單片機層次電路原理圖4.繪制各個子原理圖演示繪制按鈕矩陣電路子原理圖(1)雙擊Projects工作面板上的按鈕矩陣電路文件名，打開按鈕矩陣電路的空白圖紙。(2)執(zhí)行【設(shè)計】→【文檔選項】菜單命令，打開【文檔選項】對話框，將圖紙自定義為寬800、高600，并填寫圖紙標題欄各參數(shù)。(3)按照簡單電路圖的繪制方法(項目一內(nèi)容)繪制按鈕矩陣電路，并將各個端口移到相對應的位置，繪制好的按鈕矩陣電路如圖6－19所示。教學模式任務6.1繪制單片機層次電路原理圖5.編譯并保存整個層次電路原理圖演示執(zhí)行【工程】→【CompilePCBProject單片機四層板.PrjPcb】菜單命令，編譯整個單片機實驗板電路PCB項目，【Messages】面板上沒有任何錯誤信息，說明該層次電路圖項目繪制基本沒有問題。任務6.2人工規(guī)劃單片機四層PCB設(shè)計要求4層板，電路板尺寸為5500mil×3300mil，禁止布線區(qū)與板子邊沿的距離為200mil。信號層的安全間距為10mil，電源、接地層的安全間距為20mil。時鐘線的銅膜導線寬度為40mil，其他銅膜導線寬度為20mil，導線拐角為45°。在4角放置4個圓形安裝孔，孔徑為120mil。電源、接地層的連接方式為ReliefConnect，導線寬度、空隙間距和擴展距離均為0.6mm。采用插針式元件，所有焊盤或過孔補淚滴。對所有信號層覆銅。覆銅接入地網(wǎng)絡，與地網(wǎng)絡的連接方式為ReliefConnect，導線寬度為0.6mm。對PCB進行設(shè)計規(guī)則檢查。任務6.2人工規(guī)劃單片機四層PCB打開“單片機四層板.PrjPcb”工程，執(zhí)行【文件】→【創(chuàng)建】→【PCB】菜單命令。單擊主工具欄中的【保存】按鈕，或執(zhí)行【文件】→【保存】菜單命令，保存新建的PCB文件至“單片機四層板.PrjPcb”所在文件夾中。1.新建空白的PCB文件演示任務6.2人工規(guī)劃單片機四層PCB執(zhí)行【編輯】→【原點】→【設(shè)置】菜單命令，將板子的左下角設(shè)定為坐標原點。設(shè)置PCB板選擇項。2.

PCB環(huán)境設(shè)定演示任務6.2人工規(guī)劃單片機四層PCB執(zhí)行【設(shè)計】→【板子形狀】→【根椐板子外形生成線條】菜單命令，彈出對話框如圖6－25所示，確認后在板子形狀四周加上外框。按住鼠標左鍵框選整個板子，將工作光標分別放到上面、右邊兩根邊框上并移動它們，將長方形的尺寸縮小為5500mil×3300mil。執(zhí)行【設(shè)計】→【板子形狀】→【按照選擇對象定義】菜單命令，確定PCB板大小改為5500mil×3300mil。用快捷鍵“+”或“－”將PCB下邊當前工作板層改為“Keep-OutLayer”，執(zhí)行【放置】→【走線】菜單命令，放置一個5300mil×3100mil的封閉矩形，電氣邊界4個頂點坐標分別為(200mil，200mil)、(5300mil，200mil)、(5300mil，3100mil)、(200mil，3100mil)，如圖6-31所示，距物理邊界200mil。3.繪制電路板物理邊界及電氣邊界演示任務6.2人工規(guī)劃單片機四層PCB執(zhí)行【設(shè)計】→【層堆棧（疊）管理】菜單命令，彈出【層堆棧管理器】對話框，如圖6-28所示。點擊按鈕，彈出快捷菜單，選擇第二項“四層板”，即(2×信號，2×平面)。確認信息中點擊“Y”，點擊【OK】關(guān)閉對話框，此時可以觀察到當前PCB環(huán)境中下邊的PCB板層項已有所改變。設(shè)置顯示板層及顏色。執(zhí)行【設(shè)計】→【板層次顏色】菜單命令，彈出【視圖配置】對話框單擊【確認】按鈕后，關(guān)閉【板層和顏色】對話框?？蜻x邊框，執(zhí)行【設(shè)計】→【板子形狀】→【按照選擇對象定義】菜單命令，執(zhí)行【編輯】→【Undo】，板子外框全部顯示出來。用快捷鍵“+”或“－”將PCB下邊當前工作板層改為“Mechanical1”，先后執(zhí)行【放置】→【走線】菜單命令和【放置】→【尺寸】→【尺寸】菜單命令，將電路板的尺寸標注出來，如圖6－33所示。4.設(shè)定PCB板層數(shù)量演示任務6.2人工規(guī)劃單片機四層PCB執(zhí)行【放置】→【焊盤】菜單命令，或單擊【配線】工具欄中的【焊盤】按鈕，按Tab鍵彈出【焊盤】屬性對話框，填寫安裝孔的相關(guān)參數(shù)。4個安裝孔中心的坐標為(250mil，250mil)、(250mil，3050mil)、(5250mil，3050mil)、(5250mil，250mil)。用快捷鍵“+”或“－”將PCB下邊當前工作板層改為“Keep-OutLayer”，執(zhí)行【放置】→【走線】菜單命令，將四個安裝孔圍起來。5.放置安裝孔演示任務6.3設(shè)計單片機電路四層PCB設(shè)計要求4層板，電路板尺寸為5500mil×3300mil，禁止布線區(qū)與板子邊沿的距離為200mil。信號層的安全間距為10mil，電源、接地層的安全間距為20mil。時鐘線的銅膜導線寬度為40mil，其他銅膜導線寬度為20mil，導線拐角為45°。在4角放置4個圓形安裝孔，孔徑為120mil。電源、接地層的連接方式為ReliefConnect，導線寬度、空隙間距和擴展距離均為0.6mm。采用插針式元件，所有焊盤或過孔補淚滴。對所有信號層覆銅。覆銅接入地網(wǎng)絡，與地網(wǎng)絡的連接方式為ReliefConnect，導線寬度為0.6mm。對PCB進行設(shè)計規(guī)則檢查。任務6.3設(shè)計單片機電路四層PCB安裝項目五中自制元件封裝庫：MCU封裝庫.PcbLib、單片機實驗板電路.IntLib。1.裝載元件封裝庫演示任務6.3設(shè)計單片機電路四層PCB分別在6張電路原理圖文件中，從左到右、從上到下依次雙擊元器件檢查電路圖中所有元器件的封裝類型。每個元件屬性對話框中“Models”區(qū)域一定要有“Footprint”項、且“Name”處有封裝名稱、點擊看得見具體封裝圖形。2.檢查、更改單片機實驗板原理圖中各元器件的封裝類型演示任務6.3設(shè)計單片機電路四層PCB

1.PCB環(huán)境中，執(zhí)行【設(shè)計】→【ImportChangesFrom單片機四層板.PrjPcb】菜單命令，調(diào)出【工程更改須序】對話框。2.點擊按鈕，將原理圖中電氣對象、網(wǎng)絡、元件類、Rooms等電連接信息導入到PCB環(huán)境中，

，兩列上全是“√”，說明導入時沒有任何錯誤（若有“×”則應該根據(jù)提示修改原理圖中相關(guān)內(nèi)容），關(guān)閉對話框后PCB文件

。3.向PCB板導入元件網(wǎng)絡及封裝演示任務6.3設(shè)計單片機電路四層PCB1.光標對準“電源電路”Room區(qū)域點擊一次鼠標左鍵，“電源電路”Room區(qū)域被選中，按住鼠標左鍵將“電源電路”Room區(qū)域移動到PCB板內(nèi)，點擊“Delete”鍵刪除Room區(qū)域。其它Room區(qū)域可依次操作，按鍵矩陣電路可緩一步進入PCB板內(nèi)。2.特殊元件布局位置鎖定。對單片機電路分析可知，接插件USB1、串行口J1位置需鎖定。

3.手動布局。利用排列、對齊、移動、旋轉(zhuǎn)等功能擺放元器件，所有元件距板子的邊緣≧3mm，所有標識符不能放在元件圖形上，同一個Room內(nèi)的元件盡量布局在一起。4.通過反復進行手工調(diào)整，最終的布局。4.

元件布局演示任務6.3設(shè)計單片機電路四層PCB設(shè)置布局規(guī)則。執(zhí)行【設(shè)計】→【規(guī)則】菜單命令，彈出【PCB規(guī)則和約束編輯器】對話框，選擇Placement選項，設(shè)置元器件之間的絕緣間隔為5mil。本項目中沒有給出這個參數(shù)值，由于器件較多，我們把這個值略微改小一點。設(shè)置電氣規(guī)則。執(zhí)行【設(shè)計】→【規(guī)則】菜單命令，彈出【PCB規(guī)則和約束編輯器】對話框，選擇Electrical選項，根據(jù)PCB制板技術(shù)要求，設(shè)置信號層電氣對象之間的安全間距為10mil，如圖設(shè)置布線規(guī)則。執(zhí)行【設(shè)計】→【規(guī)則】菜單命令，彈出【PCB規(guī)則和約束編輯器】對話框，選擇Routing選項，根據(jù)PCB板制作技術(shù)要求設(shè)置線寬、布線層、布線轉(zhuǎn)角，時鐘線的銅膜導線寬度為40mil，其他銅膜導線寬度為20mil，導線拐角為45°。設(shè)置內(nèi)部電源、地層規(guī)則。執(zhí)行【設(shè)計】→【規(guī)則】菜單命令，彈出【PCB規(guī)則和約束編輯器】對話框，選擇Plane選項，根據(jù)PCB板制作技術(shù)要求設(shè)置電源、接地層的連接方式為ReliefConnect，導線寬度、空隙間距和擴展距離均為0.6mm，覆銅接入地網(wǎng)絡，與地網(wǎng)絡的連接方式為ReliefConnect，導線寬度為0.6mm。5.設(shè)置PCB制作規(guī)則。執(zhí)行【設(shè)計】→【規(guī)則】菜單命令，彈出【PCB規(guī)則和約束編輯器】對話框，選擇Manufacturing選項，為了使PCB板制作出來能夠正常使用，我們還必需讓我們設(shè)計出來的PCB板圖符合廠家的制作要求。設(shè)置內(nèi)電層連接網(wǎng)絡。鼠標雙擊PCB文件下方的板層名GroundPlane、PowerPlane。分別彈出如下兩個對話框，請將PowerPlane層的網(wǎng)絡名設(shè)置為VCC，GroundPlane層的網(wǎng)絡名設(shè)置為GND。此時可以發(fā)現(xiàn)電路板中原來連接到網(wǎng)絡GND、VCC的所有飛線均已取消，內(nèi)電層通常是整片銅膜，與銅膜具有相同網(wǎng)絡名稱的焊盤系統(tǒng)會自動的將其與銅膜連接起來。5.設(shè)置PCB規(guī)則演示任務6.3