PADS电路板设计.docx

吉林工程技术师范学院信息工程学院 电子线路 CAD 课程设计报告题 目：生物复阻抗测量系统 PCB 电路板设计专 业： 电子信息工程班 级： D1043姓 名：学 号： 号指导教师：时 间： 2013 年 5 月 20 日6 月 7 日摘 要电子线路 CAD是一门实践性要求很高的课程，学生需要通过上机上级和 设计环节巩固所学知识，进而综合运用所学知识针对不同的用户需求设计开发， 实践是非常重要的教学环节。 鉴于目前的设备及我国 CAD 软件的流通性， 本课程 以 PADS 软件为主体，介绍其基础知识、设计流程及设计方法等问题。PADS 软件是 Mentor Graphics 公司的电路原理图和 PCB 设计工具软件。目 前该软件是国内从事电路设计的工程师和技术人员主要使用的电路设计软件之 一，是 PCB 设计高端用户最常用的工具软件。Mentor Graphics 公司的 PADS Layout/Router 环境作为业界主流的 PCB 设 计平台，以其强大的交互式布局布线功能和易学易用等特点，在通信、半导体、 消费电子、医疗电子等当前最活跃的工业领域得到了广泛的应用。PADS Layout Router 支持完整的 PCB 设计流程，涵盖了从原理图网表导入，规则驱动下的交 互式布局布线，DRC/DFT/DFM 校验与分析，直到最后的生产文件(Gerber)、装 配文件及物料清单(BOM)输出等全方位的功能需求，确保 PCB 工程师高效率地完成设计任务。关键词：PADS，原理图，PCB，制板I目 录摘 要 I第一章 课程设计的目的 21、1 设计软件简介 21、2 设计目的 21、3 设计要求 31、4 设计意义 3第二章 原理图绘制 52、1 原理图绘制步骤 52、2 元器件的创建与封装 6第三章 PCB 印制板电路的设计 103、1PCB 设计概述 103、2 生成 PCB 图 10第四章 电路板的制作 134、1 原材料 134、2 电路板制作步骤 134、3 线路板制作注意事项 15第五章 课程设计总结和体会 16致 谢 17参考文献 18附 录 1附 录 2附 录 3I第一章 课程设计的目的1、1 设计软件简介PADS9.0 是美国Mentor Graphics 公司推出一款的电路原理图和 PCB 工具软 件。 电子技术的飞速发展使得产品的 PCB 设计越来越复杂， 布线层数增加、 高密 度互连及高速信号处理等问题已直接影响到产品的可靠性、研发成本及上市时间。Mentor Graphics 公司的 PADS Layout/Router 环境作为业界主流的 PCB 设 计平台，以其强大的交互式布局布线功能和易学易用等特点，在通信、半导体、 消费电子、医疗电子等当前最活跃的工业领域得到了广泛的应用。PADS Layout/ Router 支持完整的 PCB 设计流程，涵盖了从原理图网表导入，规则驱动下的交 互式布局布线，DRC/DFT/DFM 校验与分析，直到最后的生产文件(Gerber)、装 配文件及物料清单(BOM)输出等全方位的功能需求，确保 PCB 工程师高效率地完成设计任务。全软件主题分为两部分：第一部分以 PADS Logic 为主介绍原理图设计的基 本操作方法及技巧；第二部分以 PADS Layout 为主，介绍 PCB 设计的基本操作 方法、 技巧和规范， 以及布线仿真分析等。 目前该软件是国内从事电路设计的工 程师和技术人员主要使用的电路设计软件之一， 是 PCB 设计高端用户最常用的工 具软件。1、2 设计目的课程设计以电子线路 CAD 软件设计原理为基础， 重点在硬件设计领域中实用 的电子线路设计软件的应用， 使学生掌握电子线路设计中使用 CAD 的方法， 为后 续课程和设计打下基础。使学生具备作为电子与信息技术生产、服务和管理领域工作的高素质劳动者 和高级专门技术人才所应具备电子设计自动化的基本知识、 基本技能， 为学生学 习专业知识，增强实践操作能力打下一定的基础。通过电子线路课程设计， 学生应能掌握电子产品自动化设计与制作的一般过 程，能阅读电路原理图、PCB(印制电路板，简称印制板)图，能借助手册查阅 与电子元器件及材料的有关数据， 能正确选择使用元器件和材料， 能借助微机熟 练进行电路原理图、PCB(印制电路板，简称印制板)图设计，并通过手工制作 简单的 PCB 版， 装接电子电路并使用电子仪器进行测试， 能在教师指导下解决电 子电路制作过程中出现的一般问题， 能对所制作电路的指标和性能进行测试并提 出改进意见。21、3 设计要求1、课设的总体要求(1)独立思考，自主完成。(2)运用 pads 绘制的电路原理图。(3)运用 pads 制作成PCB 印刷电路板板图。(4)符合工业标准2、选题要求选用大模块的电路图进行绘制和 PCB 制版，同时自己选题完成全过程。3、报告要求(1)课程设计报告应书写工整，文句通顺、精炼、逻辑性强，图像和表格 绘制应符合规范。(2)课程设计报告内容包括：基本原理或理论、设计方案、设计调试及试 验过程、结论等。2 人一组， 组成设计小组进行一个小型电路系统的原理图设计， PCB 设计与 仿真验证。学生可选 51 单片机最小系统的电路设计作为电子线路 CAD 课程设计 题目。 设计一个单片机最小系统， 了解电路的工作原理， 可实现数据的采集， AD， DA，输出显示，232 串口，晶振，USB 接口，LCD 显示等功能。绘出 51 单片机最 小系统的原理图及 PCB 图。重点：1、绘出 51 单片机最小系统完整的原理图；2、电气规则检测；编辑项目并检查所有错误；3、画出设计电路的 PCB 图；难点：原理图的差错，PCB 的布线，规则定义。1、4 设计意义这次课程设计的主要电路板是我们平时课程实验过程所用的电路板，理解 电路板的原理及其如何制版是这次课程设计的关键， 为了使我们大学生具有作为 电子与信息技术生产、服务和管理领域工作的高素质劳动者和高级专门技术人才 所应具备电子设计自动化的基本知识、 基本技能， 为我们学习专业知识， 增强实 践操作能力打下一定的基础。在平时生活中我们所见到的电路板就是用这款软件 制作而成的。PADS 软件是 Mentor Graphics 公司的电路原理图和 PCB 设计工具 软件，它几乎具备了当今所有先进的电路辅助设计软件的优点。PADS 集成开发 环境进行电路原理图绘制、PCB 印制电路板设计的方法和技巧，以及电路仿真的 方法和信号完整性分析工具的应用。通过电路设计，掌握硬件设计中原理图设计、功能仿真、器件布局、在线仿 真、PCB 设计等硬件设计的重要环节 PADS 软件初步应用。通过本次课程设计初3步学会使用本软件， 提高综合应用能力的专业技能水平。 为将来在就业于应用电 子类技术岗位打下坚实的基础。通过设计的方式，将原理图编制、电路仿真、PCB 设计及打印这些功能有机 的结合在一起， 提供了一个集成开发环境。 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。提供了丰富的原理图组件 库和 PCB 封装，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。 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 工作组开发式成为可能。PADS 提供了丰富的原理图组件库，但不可能包括所有 的组件，必要时需要手动设计原理图组件，简历自己的组件库。提供了全新的 PADS 设计的功能，这好似以前找到所有需要的原理组件后，开始原理图绘制。 根据电路复杂程度决定是否需要使用层次原理图。设计组件封装和原理图组件库 一样，PADS 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。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。然后将原理图传输到PCB 板中来，在网格表、设计规 则和原理图的引导下布局和布线。4第二章 原理图绘制2、1 原理图绘制步骤单片机最小系统最小系统板， 分三部分： 外部晶振电路， 给单片机提供工作 时钟源；外部复位电路，可以上电复位，还有当单片机在工作过程中，可以人为 手动复位；单片机，单片机就是一块微处理器，用来装载程序，实现程序功能。 外扩8个 led 灯，并完成 PCB 板的制作。利用单片机的P0口控制 led 灯的亮灭。1、打开 PADS Logic 软件，选择 New 建立一项目，选择 Add Part 打开器件 库如【图 2- 1】，输入“RES”查找电阻，单击 Add 添加电阻到原理图界面。图 2- 1 元器件添加 2、 添加其他元气器件方式类同，晶振：XTAL，二极管：LED，电容：CAP，开关：SWITCH。器件添加完毕后调整位置大小型号，选择 Add Connects 进行画 线链接，并加入电源 POWER 和地 GND。如【图 2-2】图 2-2 单片机最小系统52、2 元器件的创建与封装虽然 Power PCB 系统有自带的有几个元件库， 其中一个叫做 USR 的库是专门 为用户准备的。 但是在正规的设计过程中， 针对某些原理图的复杂程度不同， 一 个 USR 库往往不够，比如可能需要按照元件的类别或者是厂商的名称来分别建 库，这样在 Power PCB 中就需要不断添加新的元件库来实现。在将元器件添加到原理图之前，它必须是 PADS 库中的一个已经存在的元器 件类型。元器件类型由以下 3 部分组成：CAE 封装(CAE Decal) PCB 封装(PCB Decal) 电参数，一、创建引脚封装1、建立引脚封装引脚封装是一个二维线( 2D Line)符号， 它代表引脚的逻辑功能。执行菜单命令【Tool】/【Part Editor】，进入元器件编辑器界面。再执行 菜单【File】/【New】 ，弹出元器件编辑项目选择类对话框， 【图 2-3】所示：图 2-3 元器件编辑PNAME：引脚或功能的名字，如 A00、D01 或 VCC NETNAME：在原理图中显 示时的网络名字标志 #E：指引脚号码 TYP：引脚类型(Pin Type) 2、定义引脚封装工具栏单击封装编辑(Decal Editing)图标找到建立绘制二维线(Create 2D Line)图标【图 2-4】图 2-4 绘制引脚63、保存引脚封装完成引脚封装即可保存到库中，如【图 2-5】并退出编辑状态。图 2-5 保存引脚封装二、创建 CAE 封装1、执行菜单命令【Tool】/【Part Editor】，进入元器件编辑器界面。再执行菜单【File】/【New】，弹出元器件编辑项目选择类对话框【图 2-6】，选择 【CAE Decal】，单击 OK。图 2-6 元器件编辑对话框2、进入 CAE 封装编辑器(CAD Decal Editor) ，手工绘制元器件。3、然后选择 Tools 下 Part editor 选择 File 下新建 part type，然后单击 ，打开器件封装对话框【图 2-7】，单击 PCB Decals，在引脚数里输入引脚数点击 Apply 添加类似的封装类型。图 2-7 器件封装74、然后选择 Gates 标签，单击添加按钮，添加元器件第一门。在 CAE 封装 区域内双击鼠标左键，一个浏览按钮将出现，单击它出现对话框【图 2-8】 选择要封装的器件进行连接。图 2-8 器件封装5、选择添加单击 OK 键。选择pins 标签，分配信号引脚。修改引脚名称。 完成之后单击左下方 Check Part 检查错误，没有错误将会出现对话框【图 2-9】图 2-9 检查信息6、退出 Part Editor 环境，在 PADS Logic 环境中，单击添加器件，可以 找到 ADP150。添加其他器件，排版连线如【图 2- 10】图 2- 10 ADP 连接原理图8采用类似的方式， 我们可以把自身库内没有的元器件创建出来， 创建完毕后 添加到 Pads Logic 界面，调整合适位置把所有器件连接起来即可绘制最终原理 图【2- 11】。图 2- 11 生物复阻抗测试原理图9第三章 PCB 印制板电路的设计3、1PCB 设计概述利用原理图设计工具绘制原理图， 并且生成对应的网络表。 当然有些特殊情 况下， 如果电路板比较简单， 已经有了网络表等情况下也可以不进行原理图的设 计，直接进入 PCB 设计系统，在 PCB 设计系统中，可以直接取用零件封装，人工 生成网络表。LAYOUT 的流程：原理图新建库需求，网表输入其他需求 (倒入网 表)设计要求分析布局，规则导入布局确认 (OK)PCB布线、验证、 优化布线确认设计资料输出最终确认，结束3、2 生成 PCB 图1、载入网络表选择菜单【 Tools】/【PADS Layout】在弹出的对话框中选择 NEW， 打开 PADS Layout Link 对话框，选择【Design】/【Send Net List】打开 PCB 编辑界面， 这样既可将原理图中器件及电气连接关系信息传递到 PCB 文件中。Status 栏的 Check 列中显示是否正确。若不正确需返回原理图进行修改,运行检查。再根据 错误提示更改原理图中的错误， 待到没有错误时， 原理图中的信息便正确的传递 到 PCB 文件中。选择“自动散开元器件”选项，如图【3- 1】图 3- 1 散开元器件102、布线原则两面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平 行，以减小寄生耦合； 作为电路的输人及输出用的印制导线应尽量避兔相邻平行， 以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。走线拐角尽可能大于90度，杜绝90度以下的拐角，也尽量少用90度拐角同是地址线或者数据线，走线长度差异不要太大走线尽量走在焊接面，特别是通孔工艺的 PCB，尽量少用过孔、跳线单面板焊盘必须要大， 焊盘相连的线一定要粗， 能放泪滴就放泪滴， 一般 的单面板厂家质量不会很好，否则对焊接和 REWORK 都会有问题大面积敷铜要用网格状的， 以防止波焊时板子产生气泡和因为热应力作用 而弯曲，但在特殊场合下要考虑 GND 的流向，大小元器件和走线不能太靠边放， 一般的单面板多为纸质板， 受力后容易断裂， 如果在边缘连线或放元器件就会受到影响必须考虑生产、调试、维修的方便性3、调整布局并布线调整元器件位置，放在合适位置，使其美观、大方以便于布线。然后采用手 工布线的方式进行布线。使用菜单栏的【Add Route】工具或者按下 F2 键快捷键 画线，首先选择菜单中的“设置/设计规则/间距”下设置参数，选取20-30 mils 的线的宽度，或者使用无模命令“W”设置线的宽度。然后开始布线，为了布局 连线更方便， 把图中的元器件的封装改为贴片式的， 在布线时， 把电源部分的线 的宽度设置宽一些， 依次连接， 完成布线， 将整个 PCB 原理图的外框大小设置为 75*50Metric。效果如图【3-2】图 3-2 布线覆铜效果图完成封装后，执行菜单命令【File】/【Create PDF】，保存 PCB 文件。114、布线设计规则检查布线设计完成后， 需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则， 同时 也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求， 一般检查有如下几个方 面。(1)线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与 贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。(2)电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合(3)对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输 入线及输出线被明显地分开。(4)模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。(5)后加在 PCB 中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。 对一些 不理想的线形进行修改。12第四章 电路板的制作4、1 原材料表 4- 1 材料清单序号 名称1 laserJet P10082 10cm*15cm 负极性感光板 3 显影液4 硫酸纸 A45 腐蚀液6 宽毛刷7 Hp1000 打印机硒鼓小计400600150100250100100数量21003020050501单价200 65 0.5 52 1004、2 电路板制作步骤1、打印电路板。将绘制好的电路板用转印纸打印出来，注意滑的一面面向 自己， 一般打印两张电路板， 即一张纸上打印两张电路板。 在其中选择打印效果 最好的制作线路板。2、裁剪覆铜板，用感光板制作电路板全程图解 。覆铜板，也就是两面都覆 有铜膜的线路板，将覆铜板裁成电路板的大小，不要过大，以节约材料。3、预处理覆铜板。用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以保证在转印 电路板时， 热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上， 打磨好的标准是板面光亮，没有明显污渍。图 4- 1 曝光、真空抽气134、转印电路板(曝光【图 4- 1】)。将打印好的电路板裁剪成合适大小， 把印有电路板的一面贴在覆铜板上， 对齐好后把覆铜板放入热转印机， 放入时一 定要保证转印纸没有错位。 一般来说经过 2-3 次转印， 电路板就能很牢固的转印 在覆铜板上。热转印机事先就已经预热，温度设定在 160-200 摄氏度，由于温 度很高，操作时注意安全！5、腐蚀线路板 , 回流焊机(显影及腐蚀)【图 4-2】。先检查一下电路板是 否转印完整， 若有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补。 然后就可以腐 蚀了， 等线路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时， 将线路板从腐蚀液中取出清洗干 净，这样一块线路板就腐蚀好了。腐蚀液的成分为浓盐酸、浓双氧水、水，比例 为 1： 2： 3，在配制腐蚀液时，先放水，再加浓盐酸、浓双氧水，若操作时浓盐 酸、 浓双氧水或腐蚀液不小心溅到皮肤或衣物上要及时用清水清洗， 由于要使用 强腐蚀性溶液，操作时一定注意安全！图 4-2 线路板的显影与腐蚀6、 线路板钻孔。 线路板上是要插入电子元件的， 所以就要对线路板钻孔了。 依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针， 在使用钻机钻孔时， 线路板一定要按 稳，钻机速度不能开的过慢，请仔细看操作人员操作。7、线路板预处理。钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上的墨粉打磨掉，用 清水把线路板清洗干净。 水干后， 用松香水涂在有线路的一面， 为加快松香凝固， 我们用热风机加热线路板，只需 2-3 分钟松香就能凝固【图4-3】。14图 4-3 腐蚀完成效果图4、3 线路板制作注意事项原稿制作注意：打印原稿时选择镜像打印，电路图打印墨水( 碳粉) 面必 须与绿色的感光膜面紧密接，触以获得最高的解析度。稿面需保持清洁无污物，线 路部分如有透光破洞，应用油性黑笔修补。曝光注意事项： 请保持感光板板面及原稿清洁和整齐， 若曝光时间不足则容易在下个环节容易使线路腐蚀掉曝光注意事项： 请保持感光板板面及原稿清洁和整齐， 若曝光时间不足则 容易在下个环节容易使线路腐蚀掉15第五章 课程设计总结和体会经过这为期三周的课程投计， 认识到了在做一个课程设计时， 应该从什么地 方着手， 怎样构造自己的思路， 怎样把所学的理论知识应用到实践中去。 在此次 课程设计过程中，让我感觉到了，自己所学知识的溃泛，验证了古人所说的“书 到用时方恨少”这句话， 每做一步实验都要去查阅资料， 去把以前所学的知识从 新复习一遍。 以前一直都比较重视理论知识，认为只要学懂了理论知识， 就不怕 动手操作，但这次课程设计之后让我完全改掉了这种错误的思想，让我认识到， 要有动手能力， 要靠自己的双手去实现自己的梦想， 有的时候能把原理倒背如流， 但是一但用到实际上，就会出错，不能应对一些紧急故障。从理论到实践， 不仅巩固了以前所学的知识， 而且学到了很多书本上学不到 的东西。 通过课程设计使我懂得了理论与实践相结合非常重要， 光有理论知识是 远远不够的， 从理论和实践中得出结论， 才能真正为社会服务， 从而提高自己的 实际动手能力和独立思考的能力。作为一名电子专业的学生， 我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。 在已 度过的大学生活里我们如何去面对现实中的各种电子设计？如何把我们所学到 的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大多数接触的是专业基础 课。 我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面， 如作业就为我们提供了良 好的实践平台。 在做本次课程设计的过程中， 我感触最深的当属查阅了很多次设 计书和指导书， 以及大量的网络资料。 为了让自己的设计更加完善， 更加符合设 计标准， 一次次翻阅指导书是十分必要的， 同时也是必不可少的。 本次课程设计 为我们搭建了一个很好的平台在理论和实际之间。16致 谢人生的每个段落我们都会感慨时光飞逝。 转眼间， 课程设计结束了， 我们从 中学到了太多的东西， 电子线路这门课程在课程设计的总结下， 我们对这门课程 更加的熟悉，对其中的知识有了更深刻的了解。在此首先要感谢指导老师王冬梅及安晓峰老师， 感谢老师在这课程设计上给 予我的指导、 提供给我的支持和帮助。 更重要的是老师帮我解决了许多技术上的 难题， 让我能把系统做得更完善。 此外， 在这次设计中也使我们的同学关系更进 一步了， 同学之间互相帮助， 有什么不懂的大家在一起商量， 听听不同的看法对 我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在整个设计过程中我懂得了许多东西， 也培养了我团体合作的能力， 树立了 对自己工作能力的信心， 相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。 而且 大大提高了动手的能力， 使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的 喜悦。 虽然这个项目还不是很完善， 但是在设计过程中所学到的东西是这次课程 设计的最大收获和财富，使我终身受益。17参考文献【1】谢嘉奎主编 . 电子线路.第四版.高等教育出版社，2000 年 【2】于学禹，PADS 2005 电路设计入门与应用.机械工业，2008 年 【3】兰吉昌，PADS 电路设计完全学习手册化学工业出版社; 2011 年 【4】潘永雄， 电子线路 CAD 实用教程，西安电子科技大学出版社，2007 年 【5】康辉 .PADS 9.0 高速电路板设计与仿真 电子工业出版社【6】康辉 PADS 9.0 高速电路板 PCB 与应用 电子工业出版社18附 录 单片机最小系统1附 录 原理图2附 录 PCB 图3