使用AltiumDesigner绘制PCB板的课程设计报告.docx

使用 AltiumDesigner 绘制 PCB 板的课程设计报告苏州大学城市轨道交通学院课程设计实验告利用 Altium Designer 设计单片机实验系统 PCB 板XXX10 控制工程2013-5-19目录利用 Altium Designer 设计单片机实验系统 PCB 板 (2)一、课程设计目的 (2)二、设计工具( Altium Designer)简介 (2)三、设计过程规划 (3)四、原理图绘制 (4)A.新建工作空间和原理图 (4)B.在原理图中放置元器件 (6)C.绘制电路 (10)D.编译与查错 (13)五、 PCB 板绘制 (15)A.PCB 板设计流程 (15)B.在 Project 中新建 PCB 文件 (16)C.导入设计 (19)D.定义板框 (20)E.规则设置 (21)F.组件的放置和布局 (23)G.连接与布线 (23)H.操作中的快捷方式简介 (26)I.DRC 检测 (28)六、部分特殊元器件的处理 (29)A.SN74F04D 和 SN74F02D (29)B.SW DIP-2 (29)C.去耦电容 (29)D.Phonejack2 TN (30)七、课程设计心得 (31)利用 Altium Designer 设计单片机实验系统 PCB 板一、课程设计目的1.培养学生掌握、使用实用电子线路、计算机系统设计、仿真软 件的能力。2.提高学生读图、分析线路和正确绘制设计线路、系统的能力。3. 了 解 原 理 图 设 计 基 础、 了 解 设 计 环 境 设 置、 学 习 Altium Designer 软件的功能及使用方法。4.掌握绘制原理图的各种工具、利用软件绘制原理图。5.掌握编辑元器件的方法构造原理图元件库。6.熟练掌握手工绘制电路版的方法，并掌握绘制编辑元件封装图 的方法，自己构造印制板元件库。7.了解电路板设计的一般规则、利用软件绘制原理图并自动生成 印制板图。二、设计工具( Altium Designer)简介Altium Designer 基于一个软件集成平台，把为电子产品开发提 供完整环境所需的工具全部整合在一个应用软件中。Altium Designer 包含所有设计任务所需的工具：原理图和 HDL设计输入、电路仿真、信号完整性分析、 PCB 设计、基于 FPGA 的嵌 入式系统设计和开发。其主要特点有：1.通过设计档包的方式，将原理图编辑、电路仿真、 PCB 设计， FPGA 设计及打印这些功能有机地结合在一起，提供了一个集成开发环境。2.提供了混合电路仿真功能，为设计实验原理图电路中某些功能 模块的正确与否提供了方便。3.提供了丰富的原理图组件库和 PCB 封装库，并且为设计新的器 件提供了封装向导程序，简化了封装设计过程。4.提供了层次原理图设计方法，支持“自上向下”的设计思想， 使大型电路设计的工作组开发方式成为可能。5.提供了强大的查错功能。原理图中的 ERC (电气法则检查)工 具和 PCB 的 DRC(设计规则检查)工具能帮助设计者更快地查出和改正错误。6.全面兼容 Protel 系列以前版本的设计文件，并提供了 OrCAD 格 式文件的转换功能。三、设计过程规划流程图：1.方案分析决定电路原理图如何设计，同时也影响到 PCB 板如何规划。根据设计要求进行方案比较、选择，元器件的选择等，这是开发项目中最 重要的环节。2.设计原理图组件Altium Designer 6.0 提供了丰富的原理图组件库，但不可能包括 所有组件，必要时需动手设计原理图组件，建立自己的组件库。3.绘制原理图找到所有需要的原理组件后，开始原理图绘制。完成原理图后， 用 ERC (电气法则检查)工具查错。找到出错原因并修改原理图电路， 重新查错到没有原则性错误为止。4.制作元器件封装和原理图组件库一样， Altium Designer 6.0 也不可能提供所有组 件的封装。需要时自行设计并建立新的组件封装库。5.设计 PCB 板确认原理图没有错误之后，开始 PCB 板的绘制。首先绘出PCB 板 的轮廓，确定工艺要求(使用几层板等)。然后将原理图传输到 PCB 板中来，在网络表、设计规则和原理图的引导下布局和布线。使用 (设计规则检查)工具查错。电路设计时另一个关键环节，它将决定 该产品的实用性能，需要考虑的因素很多，不同的电路有不同要求。四、原理图绘制A.新建工作空间和原理图项目是每项电子产品设计的基础，在一个项目文件中包括设计中 生成的一切文件，比如原理图文件、 PCB 图文件、各种报表文件及保 留在项目中的所有库或模型。一个项目文件类似 Windows 系统中的 “文件夹”，在项目文件中可以执行对文件的各种操作，如新建、打 开、关闭、复制与删除等。但需注意的是，项目文件只是起到管理的 作用，在保存文件时，项目中的各个文件是以单个文件的形式保存的。新建工作空间1.在菜单栏选择 File New Project PCB Project。2.Projects 面板出现。3.重新命名项目文件。新建原理图纸1.单击 File New Schematic，或者在 Files 面板的 New 单 元选择:SchematicSheet。2.通过选择 File Save As 来将新原理图文件重命名(扩展名为*.SchDoc )将原理图添加进 Project如果设计者想添加到一个项目文件中的原理图图纸是作为自由文 件夹被打开，那么在 Projects 面板的 Free Documents 单元 Source document 文件夹下用鼠标拖拽要移动的文件 sheet1.sch 到目标项目 文件夹下的 Source document 上即可。B.在原理图中放置元器件元器件的查找Altium Designer 为了管理数量巨大的电路标识，电路原理图编 辑器提供了强大的库搜索功能。我们调用相应的元件时只需找到相应 公司的相应元器件种类就可方便的找到所需的元器件。1.将你所需要用的库文件添加进 Libraries2.寻找所需元器件直接在 Libraries 面板中的关键字过滤栏中输入查找元器件或者选择 Place part，在弹出的对话框中选中 choose ，在Browser libraries 对话框中选择 find ，进行元器件的寻找。放置元器件找到所需元器件后，直接将其拖动至原理图中的相应位置。在拖动过程中，可以使用快捷键对元器件进行一些操作：1)Space、 Shift Space 旋转元件2)X、 Y 翻转元件3)Tab 修改元件属性4)G 切换捕捉栅格( 10、 5、 1 )5)左键单击放置元件6)右键单击停止放置元器件的属性设置可以在放置元件时按“Tab”键修改，也可以在放置好的元件双击修改、 1.一般元器件的属性设置2.电阻电容等无源元件的属性设置1)无源元件的参数列表中，一般含有“Value”参数，它同时是元 件的仿真参数，一般应将元件数值写在“Value”参数中，并设置为“Visible”2)“Comment”用于填写元件型号，对于一般阻容元件无具体型 号的，可将其设置为参数引用“Value”并隐藏3)电阻的功率、电容的耐压等参数，可在参数列表中添加新的自定义参数。 元器件封装选择对于已添加的库中的元器件来说，一般封装都已给定，无特殊要 求一般使用默认封装。对于未指定封装或者自己绘制的元器件来讲，可以在封装库中查找所需封装并选用，选择时注意区分贴片式和直插式封装。C.绘制电路使用导线连接器件1)为了使原理图图纸有很好的视图效果，可以使用以下三种方法， 执行菜单命令 View /Fit All Objects；第二种在原理图图纸上右击鼠标，在弹 出的菜单中选择 Fit All Objects 选项；第三种是使用热键( V， F )。2)执行主菜单命令Place/Wire ，进人绘制导线状态，并绘制原理 图上的所有导线。把十字形游标放在第一个器件的引脚上，把游标移动到合 适的位置时，一个红色的星形连接标志出现在游标处，这表明游标在 组件的一个电气连接点上。3)单击鼠标固定第一个导线点，移动鼠标会看到一根导线从固定 点处沿鼠标的方向移动。如果需要转折，在转折处单击鼠标确定导线的位置， 每转折一次都需要单击鼠标一次。4)移动鼠标到第二个器件的引脚处，游标又变成红色的星形连接 标志，单击鼠标完成连接。5)移动光标，绘制出导线，默认情况下导线只会 90 度拐弯，这时：“Space”：更改出线方向(先水平或先垂直)“Shift Space”：更改拐弯角度(90 度、 45 度、任意角度)“Tab”:更改导线属性(粗细、颜色等)。批量操作 1.查找相似对象2.进行批量修改元器件标号1.单个器件标号双击器件，可在弹出的对话框中对选中器件进行包括标号、赋值 在内的多项操作。2.多个器件标号使用 Tools Annotate Schematic菜单命令进行批量标号。使用封装管理器进行封装的确认和更改D.编译与查错编译原理图文件点击“Project”菜单中的 compile 命令，弹出编译结果。结果分 error 和warning 两种， error 一定需要处理， warning 视具体情况而定查错与修改点击具体 error 信息，将弹出该错误的具体位置并在原理图中高亮显示。放置忽略 ERC 测试点放置忽略 ERC 测试点的主要目的是让系统在进行电气规则检查 ( ERC )时，忽略对某些节点的检查。例如系统默认输入型引脚必须 连接，但实际上某些输入型引脚不连接也是常事，如果不放置忽略 ERC 测试点，那么系统在编译时就会生成错误信息，并在引脚上放置 错误标记。启动放置忽略 ERC 测试点命令，主要有两种方法：单击绘制电路图工具栏中的图示。执行主菜单命令 Place/Directives/NO ERC。五、 PCB 板绘制 A.PCB 板设计流程1)设计原理图这是设计 PCB 电路的第一步，就是利用原理图设计工具先绘制好 原理图文件。如果在电路图很简单的情况下，也可以跳过这一步直接 进入 PCB 电路设计步骤，进行手工布线或自动布线。2)定义组件封装原理图设计完成后，组件的封装有可能被遗漏或有错误。正确加 入网表后，系统会自动地为大多数组件提供封装。但是对于用户自己 设计的组件或者是某些特殊组件必须由用户自己定义或修改组件的封 装。3)PCB 图纸的基本设置这一步用于 PCB 图纸进行各种设计，主要有：设定 PCB 电路板的 结构及尺寸，板层数目，通孔的类型，网格的大小等，既可以用系统 提供的 PCB 设计模板进行设计，也可以手动设计 PCB 板。4)生成网表和载入网表网表是电路原理图和印刷电路板设计的接口，只有将网表引人 PCB 系统后，才能进行电路板的自动布线。在设计好的 PCB 板上生成 网表和加载网表，必须保证产生的网表已没有任何错误，其所有组件能够很好的加载到 PCB 板中。加载网表后系统将产生一个内部的网表，形成飞线。5)组件布局组件布局是由电路原理图根据网表转换成的 PCB 图，一般组件布 局都不很规则，甚至有的相互重叠，因此必须将组件进行重新布局。组件布局的合理性将影响到布线的质量。在进行对于双面板等设 计时，如果组件布局不合理，布线时。将会放置很多过孔，使电路板 走线变得复杂。6)布线规则设置飞线设置好后，在实际布线之前，要进行布线规则的设置，这是 PCB 板设计所必须的一步。在这里用户要定义布线的各种规则，比如 安全距离、导线宽度等。7)自动布线Altium Designer 提供了强大的自动布线功能，在设置好布线规则之后，可以用系统提供的自动布线功能进行自动布线。本次课程设 计我们不使用自动布线功能。但可以作为手动布线方法的参考。8)手动布线在自动布线结束后，有可能因为组件布局或别的原因，自动布线 无法完全解决问题或产生布线冲突时，即需要进行手动布线加以设置 或调整。如果自动布线完全成功，则可以不必手动布线。在组件很少且布线简单的情况下，也可以直接进行手动布线，当 然这需要一定的熟练程度和实践经验。9)生成报表文件印刷电路板布线完成之后，可以生成相应的各类报表文件，比如 组件清单、电路板信息报表等。这些报表可以帮助用户更好的了解所 设计的印刷板和管理所使用的组件。B.在 Project 中新建 PCB 文件1)在 Files 面板的底部的New from template单元单击 PCB Board Wizard 创建新的 PCB。如果这个选项没有显示在屏幕上，单击向上的箭头图标 关闭上面的一些单元。2)PCB Board Wizard打开,设计者首先看见的是介绍页,点 Next 按 钮继续。3)设置度量单位为英制( Imperial )。 1000 mils = 1 inch( 英寸)、 1 inch=2.54cm (厘米)。4)向导的第三页允许设计者选择要使用的板轮廓。在本例中设计 者使用自定义的板子尺寸，从板轮廓列表中选择 Custom ，单击 Next。5)在下一页，进入了自定义板选项。在本次设计中，因为涉及到 板子不是规则的矩形，所以尺寸定义的稍大，便于切割。单击 Next 继续。6)在这一页允许选择板子的层数。例子中需要两个 Signal Layers， 不需要 PowerPlanes ，所以将 Power Planes 下面的选择框改为 0。单击 Next继续。7)在设计中使用过孔( via )样式选择 Thruhole Vias only ，单击 Next。8)在下一页允许设计者设置元件 /导线的技术(布线)选项。选择 Through-holecomponents 选项，将相邻焊盘( pad)间的导线数设为 OneTrack。单击 Next 继续。9)设置完成后，点击 Finish 结束向导，生成新的 PCB 文件。 10)将新生成的 PCB 文件拖拽至指定的 Project 中，即可完成添加。