印刷電路板實踐—單片機最小系統(tǒng)PCB設計

1、福州大學物理與信息工程學院印制電路板設計實踐報告專業(yè)：電子科學與技術 班級： 2班 姓名： 學號： 指導老師： 林培杰 2017年 6 月目錄一、設計分析1二、本設計對應的畢業(yè)要求細化指標2三、設計過程33.1 元器件庫建立33.2規(guī)則設定63.3布局和布線分析8四、心得體會14一、 設計分析 圖1 單片機系統(tǒng)原理圖這是51單片機最小系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)采用RS232串口通信，圖中還包含了LCD模塊、LED模塊、矩陣鍵盤模塊、蜂鳴器模塊、紅外以及數(shù)碼管模塊，也引出了SPI的通信接口，此外又用排針將單片機大部分引腳獨立引出，可以進行系統(tǒng)拓展，能更方便的進行各種實驗。二、 本設計對應的畢業(yè)要求細化指

2、標課程要求（畢業(yè)細化指標）本設計對應的相關內容1、要求學生能夠在系統(tǒng)設計過程中，選擇合適軟、硬件開發(fā)軟件平臺對系統(tǒng)進行設計和調試；（5.2）本PCB為51單片機最小系統(tǒng)設計基于Altium designer 16。Altium Designer 是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產品開發(fā)系統(tǒng)，主要運行在Windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓撲邏輯自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術的完美融合，為設計者提供了全新的設計解決方案，使設計者可以輕松進行設計。2、要求學生在設計過程中，通過網絡查找等方式了解相關的行業(yè)設計的規(guī)范或標準

3、，例如硬件設計規(guī)范，PCB板制作規(guī)范等；（6.1，6.3）學習了如何進行元器件排版比如原理圖設計時要整潔清晰，閱讀起來一目了然，各個模塊應適當分開，可使用網絡連接起來。PCB設計時布線布局也要根據(jù)實際情況遵守規(guī)則。3、要求寫規(guī)范的文檔，能通過書面方式表達自己的想法，就復雜工程問題與同學等進行有效的溝通與交流；（10.4）將遇到的問題以及解決思路用書面語言表達出來，并規(guī)范的遵守電子報告各種要求，通過撰寫報告可以總結自己的實踐過程和收獲，更可以鍛煉報告撰寫能力；在實踐過程中碰到問題，和同學討論，學會如何進行更好的交流，最終得到了解決。4、通過本次設計，同學能認識不斷探索和學習的必要性，具有自主學習

4、和終生學習的意識；（12.1）通過本次實踐，我對PCB設計有了更加濃厚的興趣，在未來，我可能會在這個領域里不斷深入學習，對以后工作或許也會有諸多益處。而對于新時代的大學生來說不斷提高自主學習能力是十分必要的，只有如此才能立于不敗之地。三、 設計過程3.1 元器件庫建立1. 建立原理圖庫：文件àNEWàLibraryà原理圖庫圖2 新建原理圖庫2.建立PCB庫:文件àNEWàLibraryàPCB元件庫圖3 新建PCB圖庫3將原理圖與PCB按手冊資料繪制好之后，應將二者結合起來，以后才可以使用。步驟：在原理圖庫處找到 鼠標單擊，然后找到

5、剛才畫好的PCB對應元件，單擊即可添加，至此，一個元件的封裝繪制已全部完成。 圖4原理圖元件外形 圖5 PCB元件外形 為原理圖添加封裝 圖6 添加封裝用同樣的方法可繪制出各種所需元器件封裝，而這些封裝放在一個工程里，就形成了自制的封裝庫。3.2規(guī)則設定電源線50mil 其他15mil 間距20mil。設置間距20mil:間距設定通過點擊 設計à規(guī)則à Clearance 圖7設置間距設置線寬：點擊 設計à規(guī)則à Width圖8設置線寬3.3布局和布線分析 3.31布局如下圖: 圖9布局圖（2）首先，在能使功能全部完成的前提下應使布局

6、盡量使布線能更簡潔，使引線盡量短。元器件擺放要盡量整齊，方便布線。然后各個模塊的相關的元件擺在一處，可以節(jié)省很多空間和引線。例如數(shù)碼管應和75HC245和幾個三極管放在一處。（3）LCD與數(shù)碼管最好放在邊緣處，不能再旁邊放置太高的器件。 (4)按鍵應排列整齊，且放在角落處，可用自動對齊功能。 (5)晶振應放在51芯片管腳的旁邊。 (6)對應器件的電容應放在對應的器件引腳旁。3.32布線：圖10布線圖（1） 布線要注意的首先是電源線，電源關乎系統(tǒng)全局，系統(tǒng)有很多模塊，但電源只有一個因此電源線至關重要。一般說來，電源線應盡量粗，特別是地線，這里要求50mil(2) 信號線應盡避免使用 90度折線，

7、以減小高頻信號以電磁波的方式發(fā)生輻射。（3）時鐘線路的布線，使參考時鐘輸出到達器件引腳的路線要盡量短。（4） 信號線避免形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應盡量小；信號線的過孔要盡量少，盡量布在同一層。（5）覆銅時應將GND連為網絡，加大地面積兩層之間可額外多加加一些對地的過孔，減小阻抗。（6）添加淚滴可以讓電路在PCB板上的連接更加穩(wěn)固，可靠性高，這樣做出來的系統(tǒng)才會更穩(wěn)定，所以在電路板中添加淚滴是很有必要的。最終結果圖：圖11頂層圖 圖12底層圖圖13第一層 圖14第二層 圖15第三層圖16第四層四、心得體會 通過本次實踐，在動手能力和自主學習、獨立解決問題能力方面收獲頗豐。雖然早在大一的時候我便接觸了該軟件，中間也經常在使用這款軟件在實驗室里做一些電路板，但是從未畫過如此規(guī)模的電路，雖然對軟件很熟悉，但其實挑戰(zhàn)也不小。以前做的電路都是一些小模塊，而此次做的則是一個小系統(tǒng)，既然是系統(tǒng)，那考慮的問題就要多很多了，比如元器件之間的布局是否合理