簡單的單片機開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計

1、武漢理工大學(xué)protel應(yīng)用實踐課程設(shè)計說明書課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: protel應(yīng)用簡單的單片機開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計 初始條件：簡單的單片機開發(fā)系統(tǒng)電路參考圖一份，protel99 se 電路圖輔助設(shè)計與繪制軟件。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、 用protel軟件繪制電路的原理圖，并給出相應(yīng)的原理圖網(wǎng)絡(luò)表和原理圖元件表。2、 建4個元件的原理圖元件庫以及相應(yīng)的封裝元件庫。3、 用自動和手動相結(jié)合的方法設(shè)計出印制版電路圖，除了給出完整的印制電路板圖，還應(yīng)給出分層圖（頂層、底層、絲印層等

2、）。4、 完成課程設(shè)計報告。課程設(shè)計報告按章節(jié)書寫，三項任務(wù)形成課程設(shè)計的三章內(nèi)容，前面可以加protel介紹，最后一章為總結(jié)。要求手寫報告，protel生成的圖表須打印出來，以附件的形式放在報告的后面。時間安排：整個設(shè)計分散到學(xué)期中進行，期末上交報告，答辯。參考書目：1 柳春峰.protel 99 se實用教程.高等教育出版社2 顧濱.protel 99 se實用教程第二版.人民郵電出版社3 江思敏等.protel電路設(shè)計教程.清華大學(xué)出版社指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄1 altium designer概述01.1 altium designer簡介0

3、1.2 altium designer 主要功能12電路原理圖繪制22.1原理圖設(shè)計環(huán)境22.2原理圖元件放置及布線33原理圖元件庫以及封裝元件庫的建立33.1原理圖元件庫的設(shè)計33.2封裝元件庫的設(shè)計44印制電路板設(shè)計44.1印制電路板基礎(chǔ)44.2簡單的單片機開發(fā)系統(tǒng)pcb設(shè)計54.3 pcb設(shè)計總結(jié)65學(xué)習(xí)總結(jié)7參考文獻8附錄9附錄一 簡單的單片機開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計原理圖9附錄二 網(wǎng)絡(luò)表10附錄三 元件清單18附錄四 原理圖元件庫19附錄五 封裝元件庫21附錄六 pcb總圖22附錄七 頂層圖23附錄八 底層圖24附錄九 絲印層25附錄十 焊接圖26附錄十一 鋪地圖263武漢理工大學(xué)protel應(yīng)

4、用實踐課程設(shè)計說明書1 altium designer概述1.1 altium designer簡介2005年年底，protel軟件的原廠商 altium公司推出了protel系列的最新高端版本altium designer 6.0。 altium designer 6.0，它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一個新版本，也是業(yè)界第一款也是唯一一種完整的板級設(shè)計解決方案。altium designer 是業(yè)界首例將設(shè)計流程、集成化 pcb 設(shè)計、可編程器件（如 fpga）設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時進行pcb和fpga設(shè)計以及嵌入式設(shè)計的解決方案，具有將設(shè)計方

5、案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。這款最新高端版本altium designer 6.除了全面繼承包括99se，protel2004在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點以外，還增加了許多改進和很多高端功能。altium designer 6.0拓寬了板級設(shè)計的傳統(tǒng)界限，全面集成了fpga設(shè)計功能和 sopc設(shè)計實現(xiàn)功能，從而允許工程師能將系統(tǒng)設(shè)計中的fpga與pcb設(shè)計以及嵌入式設(shè)計集成在一起。 首先：在pcb部分，除了protel2004中的多通道復(fù)制；實時的、阻抗控制布線功能；situstm自動布線器等新功能以外，altium designer 6.0還著重在：差分對布線，fpga器件差分

6、對管腳的動態(tài)分配， pcb和fpga之間的全面集成，從而實現(xiàn)了自動引腳優(yōu)化和非凡的布線效果。還有pcb文件切片，pcb多個器件集體操作，在pcb文件中支持多國語言 （中文、英文、德文、法文、日文）,任意字體和大小的漢字字符輸入，光標(biāo)跟隨在線信息顯示功能，光標(biāo)點可選器件列表，復(fù)雜bga器件的多層自動扇出，提供 了對高密度封裝（如 bga）的交互布線功能, 總線布線功能，器件精確移動，快速鋪銅等功能。 交互式編輯、出錯查詢、布線和可視化功能，從而能更快地實現(xiàn)電路板布局,支持高速電路設(shè)計，具有成熟的布線后信號完整性分析工具. altium designer 6.0 對差分信號提供系統(tǒng)范圍內(nèi)的支持，可

7、對高速內(nèi)連的差分信號對進行充分定義、管理和交互式布線。支持包括對在fpga項目內(nèi)部定義的lvds信號的物理設(shè)計 進行自動映射。 lvds 是差分信號最通用的標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于可編程器件。altium designer 可充分利用當(dāng)今fpga 器件上的擴展i/o管腳。 其次，在原理圖部分，新增加“靈巧粘帖”可以將一些不同的對象拷貝到原理圖當(dāng)中，比如一些網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號， 一頁圖紙的bom表，都可以拷貝粘帖到原理圖當(dāng)中。原理圖文件切片，多個器件集體操作，文本筐的直接編輯，箭頭的添加，器件精確移動，總線走線，自動網(wǎng)標(biāo) 選擇等！ 強大的前端將多層次、多通道的原理圖輸入、vhdl開發(fā)和功能仿真、布線前后的信號完整

8、性分析功能。在信號仿真部分，提供完善的混合信號仿真,在對 xspice 標(biāo)準(zhǔn)的支持之外，還支持對pspice模型和電路的仿真。對fpga設(shè)計提供了豐富的ip內(nèi)核，包括各種處理器、存儲器、外設(shè)、接口、以及虛擬儀器 。 第三 在嵌入式設(shè)計部分，增強了jtag器件的實時顯示功能，增強型基于fpga的邏輯分析儀，可以支持32位或64位的信號輸入。除了現(xiàn)有的多種處理器內(nèi)核 外，還增強了對更多的32位微處理器的支持，可以使嵌入式軟件設(shè)計在軟處理器，fpga內(nèi)部嵌入的硬處理器，分立處理器之間無縫的遷移。使用了 wishbone 開放總線連接器允許在fpga上實現(xiàn)的邏輯模塊可以透明的連接到各種處理器上。alt

9、ium designer 6.0支持 xilinx microblaze，tsk3000 等32位軟處理器，powerpc 405 硬核，并且支持amcc 405和sharp bluestreak arm7 系列分立的處理器。對每一種處理器都提供完備的開發(fā)調(diào)試工具。1.2 altium designer 主要特點(1)一種同時進行pcb和fpga 設(shè)計的解決方案，具有將設(shè)計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能;(2)強大的前端將多層次、多通道的原理圖輸入、混合信號仿真、vhdl 開發(fā)和功能仿真及布線前信號完整性分析結(jié)合起來;(3)引入了以fpga 為目標(biāo)的虛擬儀器，當(dāng)其與livedesign

10、-enabled 硬件平臺nanoboard結(jié)合時，用戶可以快速、交互地實現(xiàn)和調(diào)試基于fpga 的設(shè)計;(4)pcb和fpga 之間的全面集成，從而實現(xiàn)了自動引腳優(yōu)化和非凡的布線效果;(5)交互式編輯、出錯查詢、布線和可視化功能，從而能更快地實現(xiàn)電路板布局。2電路原理圖繪制2.1原理圖設(shè)計環(huán)境通過file/new/schematic命令新建一個原理圖文件。altium designer的原理圖設(shè)計環(huán)境如圖2.1-1所示。圖2.1-1繪制原理圖時，我們可以根據(jù)個人的喜好更改設(shè)置環(huán)境。我將格點（grid）設(shè)置為10min,原理圖紙張的大小設(shè)置為a4，布線時線條的顏色設(shè)置為藍色。同時還可設(shè)置字體大小

11、及顏色等。這些操作我們可以通過design/documents option選項來進行操作。設(shè)置完成后我們即可以開始原理圖的繪制。2.2原理圖元件放置及布線（1）原理圖元件的放置首先，我們應(yīng)該找到我們所需要的元件。我們可以在altium desgner自帶的元件庫里面找，通過library/search命令查找，也可以通過自己繪制原理圖庫。我是自己繪制的原理圖庫。當(dāng)原理圖庫繪制好了，我們就可以放置元件了。放置時我們可以使用空格鍵使其逆時針旋轉(zhuǎn)九十度，x水平旋轉(zhuǎn)，y豎直旋轉(zhuǎn)。如果我們選中元件，使用edit/align命令可以對其元件進行對齊操作。（2）原理圖元件的連線線及電氣檢查當(dāng)所有的元件都放

12、置好了之后，我們就可以連線了。使用place/wire命令連線，或者選擇工具欄上的快捷圖標(biāo)進行連線。連線時我們應(yīng)該注意布局的美觀及布線是否正確。繪圖時我們一定要注意網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的連接。連線結(jié)束后我們應(yīng)進行電氣檢查，使用project/compile菜單命令。有錯則改，沒錯的話我們就進行下一步操作。（3）網(wǎng)絡(luò)報表及元件清單的生成簡單的單片機開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計的原理圖見附錄一。編譯原理圖，如果完全沒有錯誤，我們就可以生成元件清單了。使用菜單design/netlist for document/wirelist生成網(wǎng)絡(luò)表。具體網(wǎng)絡(luò)表見附錄二。通過report/bill of material命令生成元件清單

13、。具體的原件清單見附錄三。3原理圖元件庫以及封裝元件庫的建立3.1原理圖元件庫的設(shè)計很多情況下，我們都不能在altium designer自帶的元件庫里面找到我們所需要的元件，這時，就需要我們自己動手繪制元件庫了。我們可以通過file/new/library/schematic library命令進入元件庫設(shè)計界面，然后自己動手設(shè)計所需要的元件庫。我們可以通過place/rectangle放置芯片的外框，通過place/pin（或者使用pp快捷鍵）放置引腳，放置引腳是我們應(yīng)該注意將它們的熱點朝外。此次課設(shè)中，我繪制了dsc320mcg、74ls373、27c256三個元件的原理圖庫。設(shè)計他們的

14、引腳屬性時，我們可以在放置時按一下tab鍵，彈出引腳屬性對話框。我將引腳的電氣類型選擇的是passive，這樣他們在編譯時就不會報錯。這三個元件庫見附錄四。3.2封裝元件庫的設(shè)計繪制pcb板之前，每個元件都必須有其對應(yīng)的封裝（footprint）。altium designer自身為我們提供的封裝庫是有限的，遠遠不能滿足我們的設(shè)計要求。此時，我們這需要繪制自己所需元件的pcb庫。繪制pcb庫時，我們應(yīng)該找到對應(yīng)元件的pdf英文資料。根據(jù)其中的參數(shù)來設(shè)置這些元器件的規(guī)格。我們可以通過file/new/library/pcb library命令來進入pcb設(shè)計界面。在這次設(shè)計中，我使用的是元件向?qū)?/p>

15、命令tools/component wizard來進行操作的。三個芯片我均采用的是直插式的畫法。過孔的大小是閱讀芯片資料得到。最后繪制的dsc320mcg、74ls373、27c256三個元件的封裝庫見附錄五。4印制電路板設(shè)計4.1印制電路板基礎(chǔ)在制作pcb板之前，我們首先應(yīng)該滿足這樣的幾個條件：（1）原理圖繪制編譯無錯；（首先，我們必須新建一個pcb工程文件，我建立的工程為課設(shè).prjpcb,否則最后編譯原理圖時總會報錯，顯示. has no dirver錯誤信息。）（2）每個元件都有與其對應(yīng)的封裝，并建立了對應(yīng)關(guān)系；（3）建立了相應(yīng)的原理圖元件庫和封裝元件庫。最后，在我的pcb工程下的包含

16、的文件如圖4.1-1所示。圖4.1-1當(dāng)滿足上面幾個條件后，我們就可以將原理圖導(dǎo)入到pcb板了。我們可以通過。design/importchanges from 課設(shè).prjpcb命令來完成相關(guān)操作。4.2簡單的單片機開發(fā)系統(tǒng)pcb設(shè)計pcb板的繪制，大致分為以下幾個流程：（1）新建一個pcb工程，保存名稱為課設(shè).pcbdoc。使用keep out layer設(shè)置禁止布線層。（2）使用design/rules檢查設(shè)計原則。包括拐彎方式規(guī)則，間距限制，過孔類型及布線寬度等。我采用的均是默認設(shè)置。（3）使用自動布線與手動布線相結(jié)合的方式布線。首先我使用auto route/all進行全部元器件的自

17、動布線。然后我們看哪些線連得不怎么好或者太密不美觀的話，再使用place/interactive routing進行手動布線。下面是布線時使用的一些快捷鍵：shift+r 切換沖突解決模式：推擠、繞開、包圍和推擠、忽略；shift+spacr 切換不同的走線角度；shift+w 切換不同的走線寬度。（4）添加淚滴。使用tools/teardrops命令調(diào)出teardrops option對話框，在action區(qū)域內(nèi)選擇add來添加淚滴。點擊ok關(guān)閉對話框。（5）使用project/compile命令編譯pcb文件，如果沒有錯誤，則保存pcb文件。最后生成的pcb總圖見附錄六，頂層圖見附錄七，底

18、層圖見附錄八，絲印層見附錄九，焊接圖見附錄十，鋪地圖見附錄十一。4.3 pcb設(shè)計總結(jié)在做這次課設(shè)之前，我并沒有太多的接觸過altium designer這款軟件，只聽同學(xué)說過它的功能很強大。通過這個課設(shè)，我開始正真地理解了它之所以強大。altium designer作為protel 99 se的升級版，它不僅擁有protel的所有功能，而且比protel更加強大。在繪制pcb板時，我們一定要先設(shè)置keep out layer禁止布線層，這樣為我們正確的布線提供了一個前提。在導(dǎo)入原理圖元件時，我們一定要先保存我們所建立的pcb文件，否則將會出現(xiàn)錯誤提示信息而無法將其導(dǎo)入。布線時，我們一定先要將

19、元件布局設(shè)置好，這是我們畫出一幅美觀、整潔、成本低廉的pcb板子的前提與必要條件。我們可以通過多次嘗試的方法將元件多角度旋轉(zhuǎn)及其拖動需找最適合布線的方向及其放置位置。altium designer還為我們提供了多種pcb視圖。其中有3d模型，頂層圖，底層圖等。為我們進行pcb板設(shè)計提供了很大的幫助。由于這次時間倉促，altium designer中還有很多功能沒有學(xué)會。但是，altium designer作為我們專業(yè)必須會用到軟件，在今后的時間里我還會繼續(xù)學(xué)習(xí)的。5學(xué)習(xí)總結(jié)altium designer作為電子信息類專業(yè)必須學(xué)會的軟件，對于我們的重要性不言而喻。而在這次課設(shè)之前，我并沒有太多的

20、接觸過這類軟件。通過這次學(xué)習(xí)，讓我受益匪淺。首先，對于建立一個pcb文件必須按照一定的步驟進行。依我看，這個步驟是：建立一個pcb工程添加原理圖文件，并繪制原理圖添加各元件的封裝，建立對應(yīng)關(guān)系建立pcb圖紙將原理圖導(dǎo)入到pcb文件布線，編譯，輸出pcb文件開始時，我并沒有嚴格按照這個步驟來設(shè)計，導(dǎo)致浪費了很多時間。比如說開始時我并沒有建立一個pcb過程，編譯原理圖時出現(xiàn)了很多錯誤而無法解決。后來在同學(xué)的幫助下才解決了這一難題。再后來設(shè)計pcb板時，由于有些的元件與封裝并沒有建立對應(yīng)關(guān)系，而導(dǎo)致后來無法將原理圖正確導(dǎo)入到pcb中。不過后來經(jīng)過自己查閱資料以及觀看視頻教程才將這一問題解決。所以說，

21、書籍才是我們最好的老師，我們不能想當(dāng)然的按自己的想法去學(xué)習(xí)。由于altium designer 的功能很強大，所以altium designer的按鍵及其功能選項也相當(dāng)?shù)亩唷＿@就要求我們有一定的英語閱讀能力。其實，altium designer中為我們提供了功能龐大的幫助文件，我們可以通過help命令查詢。這也是我這次設(shè)計實踐的最大收獲之一。我們應(yīng)該學(xué)會自己解決學(xué)習(xí)中遇到的問題，而不能一味的等著被人來替你解答。這樣不僅可以使我們收獲很多，同時也對培養(yǎng)我們的自主學(xué)習(xí)有很大的幫助。由于這次時間有限，我對altium designer的學(xué)習(xí)還遠遠不夠，只能說是入門了。但是，在以后的日子里我還是會繼續(xù)

22、學(xué)習(xí)的。我相信這次的學(xué)習(xí)為我日后的學(xué)習(xí)打下了一定的基礎(chǔ)，使我在以后的學(xué)習(xí)中會輕松不少。參考文獻1 柳春峰.protel 99 se實用教程.高等教育出版社2 顧濱.protel 99 se實用教程第二版.人民郵電出版社3 江思敏等.protel電路設(shè)計教程.清華大學(xué)出版社4 楊杉等. protel dxp實用教程.西安電子科技大學(xué)出版社附錄附錄一 簡單的單片機開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計原理圖附錄二 網(wǎng)絡(luò)表wire listcap c1 rad-0.3cap c2 rad-0.3cap2 c3 capr5-4x5xtal cry1 r38res2 r1 axial-0.4res2 r2 axial-0.4sw

23、-pb s1 spst-2ds80c320mcg u1 ds80c320mcg74ls373 u2 74ls37327c256 u3 27c256 node reference pin # pin name pin type part value00001 ale u1 30 ale passive ds80c320mcg u2 11 le passive 74ls37300002 gnd c1 1 1 passive cap c2 1 1 passive cap r2 1 1 passive res2 u1 31 ea passive ds80c320mcg u2 1 oe passive

24、74ls373 u3 20 e passive 27c25600003 netc3_2 c3 2 2 passive cap2 s1 2 2 passive sw-pb00004 netr1_1 r1 1 1 passive res2 r2 2 2 passive res200007 netu1_3 u1 3 p1.2/rxd1 passive ds80c320mcg00008 netu1_4 u1 4 p1.3/txd1 passive ds80c320mcg00022 psen u1 29 psen passive ds80c320mcg u3 22 g passive 27c256000

25、23 reset c3 1 1 passive cap2 u1 9 rst passive ds80c320mcg00024 vcc r1 2 2 passive res2 s1 1 1 passive sw-pb00025 x1 c1 2 2 passive cap cry1 1 osc1 passive xtal u1 19 x1 passive ds80c320mcg00026 x2 c2 2 2 passive cap cry1 2 osc2 passive xtal u1 18 x2 passive ds80c320mcg00029 a0 u2 2 q0 passive 74ls37

26、3 u3 10 a0 passive 27c25600030 a1 u2 5 q1 passive 74ls373 u3 9 a1 passive 27c25600031 a2 u2 6 q2 passive 74ls373 u3 8 a2 passive 27c25600032 a3 u2 9 q3 passive 74ls373 u3 7 a3 passive 27c25600033 a4 u2 12 q4 passive 74ls373 u3 6 a4 passive 27c25600034 a5 u2 15 q5 passive 74ls373 u3 5 a5 passive 27c2

27、5600035 a6 u2 16 q6 passive 74ls373 u3 4 a6 passive 27c25600036 a7 u2 19 q7 passive 74ls373 u3 3 a7 passive 27c25600037 a8 u1 21 (a8)p2.0 passive ds80c320mcg u3 25 a8 passive 27c25600038 a9 u1 22 (a9)p2.1 passive ds80c320mcg u3 24 a9 passive 27c25600039 a10 u1 23 (a10)p2.2 passive ds80c320mcg u3 21

28、a10 passive 27c25600040 a11 u1 24 (a11)p2.3 passive ds80c320mcg u3 23 a11 passive 27c25600041 a12 u1 25 (a12)p2.4 passive ds80c320mcg u3 2 a12 passive 27c25600042 a13 u1 26 (a13)p2.5 passive ds80c320mcg u3 26 a13 passive 27c25600043 a14 u1 27 (a14)p2.6 passive ds80c320mcg u3 27 a14 passive 27c25600045 ad0 u1 39 (ad0)p0.0 passive ds80c320mcg u2 3 d0 passive 74ls373 u3 11 dq1 passive 27c25600046 ad1 u1 38 (ad1)p0.1 passive ds80c320mcg u2 4 d1 passive 74ls373 u3 12 dq2 passive 27c25600047 ad2 u1 37 (ad2)p0.2 passive ds80c320mcg u2 7 d2 passive 74ls373 u3