電子音樂盒的CAD課程設(shè)計報告

1、電氣與電子線路電氣與電子線路 CADCAD課程設(shè)計（學(xué)年論文）課程設(shè)計（學(xué)年論文）說明書說明書課題名稱：課題名稱： 電子音樂電子音樂盒盒的設(shè)計的設(shè)計 學(xué)生學(xué)號：學(xué)生學(xué)號： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化電氣工程及其自動化 3 班班 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 學(xué)生成績：學(xué)生成績： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 課題工作時間：課題工作時間： 2015-12-21 至至 2015-12-27 武漢工程大學(xué)教務(wù)處 制填寫說明：1. 一、二、三項由指導(dǎo)教師在課程設(shè)計（學(xué)年論文）開始前填寫并交由學(xué)生保管；2. 第四項由學(xué)生在完成課程設(shè)計后填寫，并將此表與課程設(shè)計說明書一同裝訂成冊交給指導(dǎo)教師；3. 成績評定

2、由指導(dǎo)教師按評定標(biāo)準(zhǔn)評分。4. 此表格填寫好后與正文一同裝訂成冊。一、課程設(shè)計任務(wù)和基本要求：1、設(shè)計任務(wù) 功能： 設(shè)計一種電子音樂盒，該音樂盒采用單片機控制單音喇叭發(fā)聲，可通過按鈕選擇播放不同的音樂。可擴展 LCD 顯示信息，如開機歡迎字符，播放顯示歌曲序號和名稱等功能。 任務(wù)：該設(shè)計要求根據(jù)功能要求提出電子音樂盒的設(shè)計方案，設(shè)計出系統(tǒng)原理圖，并進(jìn)行參數(shù)計算和元器件選擇，了解電路的工作原理，繪出電子音樂盒的原理圖及 PCB 圖。2、基本要求 繪圖設(shè)計要求： (1) 畫出電子音樂盒完整的原理圖。 (2) ERC 電氣規(guī)則檢測。 (3) 創(chuàng)建項目元件庫文件，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)表及元件清單。 (4) 畫出所

3、設(shè)計電路的 PCB 圖,包括規(guī)劃 PCB 板子大小、元器件布局以及布線，布線方法則可根據(jù)具體情況使用自動布線（手工調(diào)整）或者手工布線兩種不同方式，生成項目元件封裝庫。 (5) 原理圖中至少有 2 個自建元件符號，PCB 中至少有 2 個自建封裝元件。 設(shè)計報告要求： (1) 紙質(zhì)檔設(shè)計報告，報告應(yīng)包括以下內(nèi)容：設(shè)計任務(wù)書、摘要、目錄、正文、參考文獻(xiàn)。(2) 電子檔，包括自建原理圖元件庫、原理圖、ERC、網(wǎng)絡(luò)表、元件清單、自建元件封裝庫、PCB 圖、DRC、項目元件封裝庫等。二、進(jìn)度安排：12 月 21 號：下達(dá)設(shè)計任務(wù)。12 月 21 號12 月 22 號：設(shè)計原理圖。12 月 23 號：確定

4、 PCB 板參數(shù)和元件封裝類型。12 月 23 號12 月 24 號：設(shè)計 PCB 版圖。12 月 25 號12 月 26 號：撰寫報告12 月 27 號 ：答辯。三、主要參考資料及主要參考文獻(xiàn)：1 邵群濤. 電氣制圖與電子線路 CADM.北京：機械工業(yè)出版社，20052 老虎工作室. 電路設(shè)計與制版-Protel99 入門與提高M(jìn).北京：人民郵電出版社,20013 老虎工作室. 電路設(shè)計與制板- Protel 99 SE 高級應(yīng)用M.北京：人民郵電出版社,20014 谷樹忠，劉文洲，姜航. Altium Designer 教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2012四、答辯記錄：1、在設(shè)計過程中遇

5、到的問題及解決方案（至少 2 個） 。問題一：由原理圖生成 PCB 時，蜂鳴器未添加封裝無法生成 PCB。解決方案：在封裝庫中找到蜂鳴器的封裝并成功添加。問題二：在自動布線時晶振與單片機之間未能成功布線解決方案：改變晶振的封裝模式，更換為短型晶振并且布局時將其放在離單片機較近的地方，最后成功布線。2、問一：在印刷電路板中，焊盤與過孔的作用有何不同？答：焊盤用于實現(xiàn)元件與 PCB 板的電氣連接。焊盤的通孔用于焊接直插型元件的管腳。過孔用于布線過程中的層切換，以便實現(xiàn)所需的電氣連通性。問二：為什么有時要對焊盤和過孔進(jìn)行補淚滴操作？ 答：避免電路板受到巨大外力的沖撞時，導(dǎo)線與焊盤或者導(dǎo)線與導(dǎo)孔的接觸

6、點斷開，也可使 PCB 板更加美觀。焊接上，可以保護焊盤，避免多次焊接使焊盤脫落，生產(chǎn)時可以避免蝕刻不均，過孔偏位出現(xiàn)的裂縫等。 2015 年 月 日課程設(shè)計評審標(biāo)準(zhǔn)（指導(dǎo)教師用）課程設(shè)計評審標(biāo)準(zhǔn)（指導(dǎo)教師用）評價內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重調(diào)查論證能獨立查閱文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲得新知識的能力。0.1實踐能力能正確選擇研究（實驗）方法，獨立進(jìn)行研究工作。如裝置安裝、調(diào)試、操作。0.2分析解決問題能力能運用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題；能正確處理實驗數(shù)據(jù)；能對課題進(jìn)行理論分析，得出有價值的結(jié)論。0.2工作量、工作態(tài)度按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)

7、，工作量飽滿，難度較大，工作努力，遵守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實。0.2質(zhì)量綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實驗正確，分析處理科學(xué)；文字通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文結(jié)果有應(yīng)用價值。0.2創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識；對前人工作有改進(jìn)或獨特見解。0.1摘摘 要要本次電子音樂盒的設(shè)計主要由復(fù)位電路，晶振電路，鍵盤電路，蜂鳴器組成。通過鍵盤電路確定鍵值選擇歌曲，蜂鳴器根據(jù)事先導(dǎo)入到單片機的歌曲代碼確定音調(diào)和節(jié)拍發(fā)聲。在進(jìn)行了仿真設(shè)計和調(diào)試之后，就應(yīng)利用 altium designer 軟件進(jìn)行原理圖和 PCB 的繪制。熟悉 altium

8、 designer 環(huán)境，創(chuàng)建原理圖文件，通過自建的元件庫和已有的元件庫繪制原理圖，再通過檢測和修改，生成 PCB 板，然后通過自動布線和手動布線不斷完善 PCB 板，最后保存工程。關(guān)鍵詞：altium designer；元件庫；原理圖；PCB目目 錄錄1 方案論證方案論證.11.1 電氣電子線路 CAD 設(shè)計步驟.11.2 系統(tǒng)方案設(shè)計.12 項目元件庫項目元件庫.22.1 建立元件庫的步驟.22.2 自建的元件庫.33 原理圖設(shè)計原理圖設(shè)計.43.1 原理圖設(shè)計步驟.43.2 ERC 電氣規(guī)格檢測.53.3 生成網(wǎng)絡(luò)表和元件清單.54 PCB 圖設(shè)計圖設(shè)計.84.1 PCB 電路板設(shè)計步驟

9、要點.84.2 規(guī)劃電路板.84.3 裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件.84.4 布局與布線.95 結(jié)論結(jié)論.10參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).11附錄附錄 1 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖.12附錄附錄 2 系統(tǒng)系統(tǒng) PCB 圖圖.13附錄附錄 3 自建庫圖形自建庫圖形.1401 方案論證方案論證1.11.1 電氣電子線路電氣電子線路 CADCAD 設(shè)計步驟設(shè)計步驟開始創(chuàng)建工程與文檔建立元件庫繪制原理圖添加或修改封裝ERC檢測是否有錯誤？生成PCB自動或手動布線保存工程結(jié)束否是圖 1.1CAD 設(shè)計步驟1.21.2 系統(tǒng)方案設(shè)計系統(tǒng)方案設(shè)計 單片機微控制器是在一塊芯片中集成了 CPU（中央處理器） 、RAM（數(shù)據(jù)存儲器） 、R

10、OM（程序存儲器） 、定時器/計數(shù)器和多種功能的 I/O（輸入和輸出）接口等一臺計算機所需要的基本功能部件，從而可以完成復(fù)雜的運算、邏輯控制、通信等功能，所以采用 51 單片機設(shè)計電子音樂盒的電路。電路設(shè)計完成后用 proteus 進(jìn)行仿真，用 keil 進(jìn)行編程，將程序?qū)?proteus 進(jìn)行調(diào)試，完成軟件部分的測試。然后用 altium designer 進(jìn)行硬件電路的繪制，先繪制原理圖再通過 ERC 測試生成 PCB。要點：1.建立新工程打開工程為工程添加文檔保存工程建立文檔。2.可利用自建和已有的元件庫查找器件。3.繪制原理圖時一定要注意元件的封裝，可能需要多次修改。4.生成 PCB

11、，注意器件布局和擺放，利用自動布線和手動布線美化 PCB 板。12 項目元件庫項目元件庫2.12.1 建立元件庫的步驟建立元件庫的步驟1.新建一個元件庫（1）執(zhí)行 File/New/Project/Integrated Library 菜單命令。（2）執(zhí)行完命令，就會自動新建一個元件庫，并自動保存在相應(yīng)的工程下面，保存名為 Integrated_Library.LibPkg。2.新建一個原理圖庫（1）執(zhí)行 File/New/Library/Schematic Library 菜單命令。執(zhí)行完命令，就會新建一個原理圖庫編輯環(huán)境并保存。（2）在原理圖庫編輯環(huán)境中編輯元件。3.新建一個元器件（1）打

12、開添加元器件對話框。（2）添加元器件名稱。（3）設(shè)置編輯環(huán)境的參數(shù)。（4）繪制元器件圖。（5）添加引腳。（6）放置引腳。（7）設(shè)置引腳屬性。（8）編輯元器件屬性。4.繪制元器件 PCB 封裝模型（1）執(zhí)行 Tools/New Blank Component 菜單命令。（2）繪制 PCB 元器件封裝外形圖。（3）添加焊點。（4）設(shè)置焊點屬性。5.利用向?qū)е谱髟骷?PCB 封裝模型6.向元器件庫中添加封裝模型22.22.2 自建的元件庫自建的元件庫1. 51 單片機元件庫R ST9XTAL218XTAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11

13、)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PR OG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39VC C40P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0(R XD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(W R )16P3.7(R O)1789

14、C 51 圖 2.1 單片機原理圖 2.蜂鳴器元件庫U1B UZZER 圖 2.2 單片機封裝圖圖 2.3 蜂鳴器原理圖圖 2.4 蜂鳴器封裝圖33 原理圖設(shè)計原理圖設(shè)計3.13.1 原理圖設(shè)計步驟原理圖設(shè)計步驟開始建立項目文件（*.PrjPCB）創(chuàng)建原理圖文件（*.SchDoc）設(shè)置繪圖環(huán)境在繪圖頁放置元件元件制作？創(chuàng)建原理圖文件（*.Lib）特殊元件設(shè)計原理圖連線編輯與調(diào)整ERC檢查并生成網(wǎng)絡(luò)表存盤結(jié)束否是圖 3.1 繪制電路原理圖流程圖將已完成的電子設(shè)計方案呈現(xiàn)出來的最好的方法就是繪制出清晰、簡潔、正確的電路原理圖。根據(jù)設(shè)計需要選擇合適的元器件，并把所選用的元器件和相互之間的連接關(guān)系明確

15、地表達(dá)出來，這就是原理圖的設(shè)計過程。繪制電路原理圖時應(yīng)當(dāng)注意，應(yīng)該保證電路原理圖的電氣連接正確，信號流向清晰；其次，應(yīng)該使元器件的整體布局合理、完美、精簡。電路原理圖的繪制如上圖所示。43.23.2 ERCERC 電氣規(guī)格檢測電氣規(guī)格檢測（1）打開需要進(jìn)行電氣檢測的*PcbDoc 文件，執(zhí)行以下步驟：Step1:運行 Design-Rules,根據(jù)產(chǎn)品需求設(shè)置設(shè)計規(guī)則；Step2:運行 Tools-Design Rule Check 命令；進(jìn)行設(shè)計規(guī)則檢測；Step3:根據(jù)檢查結(jié)果修改制版圖中不滿足設(shè)計規(guī)則的地方。（2）放置忽略電氣規(guī)則（ERC）檢查符號: 在電路設(shè)計過程中系統(tǒng)進(jìn)行電氣規(guī)則檢測

16、時，有時會產(chǎn)生一些非錯誤的錯誤報告，如電路設(shè)計中并不是所有引腳都需要連接，而在 ERC 檢測時，認(rèn)為懸空引腳是錯誤的，會給出錯誤報告，并在懸空引腳處放置一個錯誤標(biāo)志。為了避免查找這種錯誤而浪費資源，可以使用忽略 ERC 檢查符號，讓系統(tǒng)對此處的電氣規(guī)則檢測。3.33.3 生成網(wǎng)絡(luò)表和元件清單生成網(wǎng)絡(luò)表和元件清單出于存檔、檢查和交流等目的，設(shè)計者常常需要從原理圖中提取各種數(shù)據(jù)，例如生成反映設(shè)計中所有元件的元件報表、工程組織機構(gòu)報表等內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)表主要有以下兩種作用：(1)網(wǎng)絡(luò)表文件可支持印刷電路板的自動布線及仿真程序。 （2）可以和最后從電路圖中得到的另一個網(wǎng)絡(luò)表文件進(jìn)行比較，進(jìn)行差錯核對。生成網(wǎng)

17、絡(luò)表的操作步驟：（1）設(shè)置網(wǎng)絡(luò)表選項。 （2）生成網(wǎng)絡(luò)表。 （3）比較網(wǎng)絡(luò)表。生成元件報表清單步驟：（1）打開需要生成元件報表的工程或原理圖源文件，執(zhí)行 Reports/Bill of Materials 菜單命令。 （2）執(zhí)行完命令，就會生成 BOM報表。(3)設(shè)置元器件報表。 （4）生成元件報表。下面將給出生成的網(wǎng)絡(luò)表和元件報表。51 1. .網(wǎng)絡(luò)表網(wǎng)絡(luò)表DIP4089C5130pFL0805C330pFR0805C2C1C4X410uFR1R02041kR2R02041kS1SW2-3SW-PBS2SW2-3SW-PBS3SW2-3SW-PBS4SW2-3SW-PBU1ABSM-1574

18、BUZZERX149/S_N12MHZ(GND-2030pF-130pF-1R2-1S1-1S2-1S3-1S4-1U1-2)(Net_1-1S1-2)(Net_2-2S2-2)(Net_3-3S3-2)(Net_4-4S4-2)(Net_9-9C1-2R2-2)(Net_18-1830pF-2X1-2)(Net_19-1930pF-2X1-1)U1-1)(NetC1_1C1-1R1-2)(VCC-31R1-1)62 元件清單元件清單 表 3.2 元件清單表 3.1 網(wǎng)絡(luò)表74 PCB 圖設(shè)計圖設(shè)計4.14.1 PCBPCB 電路板設(shè)計步驟要點電路板設(shè)計步驟要點1.創(chuàng)建 PCB 文件用于用戶調(diào)

19、用 PCB 服務(wù)器。2.元件制作用于創(chuàng)建 PCB 封裝庫中未包含的元件。3.規(guī)劃電路板用于確定電路板的尺寸，確定 PCB 為單層板、雙翅板或其他。4.參數(shù)設(shè)置是電路板設(shè)計中非常重要的步驟，可用于設(shè)置布線工作層、地線線寬、電源線線寬、信號線線寬等。5.裝入元件庫用于在 PCB 電路中放置對應(yīng)的元件；而裝入網(wǎng)絡(luò)表用于實現(xiàn)原理圖電路與 PCB 電路的對接。6.當(dāng)網(wǎng)絡(luò)表輸入到 PCB 文件后，所有的元器件都會放在工作區(qū)的零點，重疊在一起，下一步的工作就是把這些元器件分開，按照一些規(guī)則擺放，即元件布局。元件布局分為自動布局和手動布局，為了使布局更合理，多數(shù)設(shè)計者都采用手動布局。7.PCB 布線也分為自動

20、布線和手動布線，其中自動布線采用無網(wǎng)絡(luò)、基于形狀的對角線技術(shù)，只要設(shè)置相關(guān)系數(shù)，元件布局合理，自動布線的成功率幾乎是100%。4.24.2 規(guī)劃電路板規(guī)劃電路板 對于要設(shè)計的電子產(chǎn)品，首先需要確定其電路板的尺寸。因此，電路板的規(guī)劃也成為 PCB 制版中需要首先解決的問題。電路板的規(guī)劃也就是確定電路板的板邊，并且確定電路板的電氣邊界。規(guī)劃 PCB 有兩種方法：一種是手動規(guī)劃電路板，另一種是利用 Altium Designer 的向?qū)А?.34.3 裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件 加載網(wǎng)絡(luò)表，即將原理圖中元件的相互關(guān)系及元件封裝尺寸數(shù)據(jù)輸入到PCB 編輯器中，實現(xiàn)原理圖向 PCB 的轉(zhuǎn)化，以便進(jìn)

21、一步制板。要將原理圖中的設(shè)計信息轉(zhuǎn)換到新的空白 PCB 文件中，首先應(yīng)完成如下項目的準(zhǔn)備工作:（1）8對項目中所繪制的電路原理圖進(jìn)行編譯檢查，驗證設(shè)計，確保電氣連接的正確性和元器件封裝的正確性。 （2）確認(rèn)與電路原理圖和 PCB 文件相關(guān)聯(lián)的所有庫均已加載，保證原理圖文件中所指定的封裝形式在可用庫文件中都能找到并可以使用。PCB元器件庫的加載和原理圖元件庫的加載方法完全相同。 （3）將新建的 PCB 空白文件添加到與原理圖相同的項目中。然后裝入網(wǎng)絡(luò)與元器件封裝:Altium Designer 系統(tǒng)為用戶提供了以下兩種裝入網(wǎng)絡(luò)與元器件封裝的方法。 （1）在原理圖編輯環(huán)境中使用設(shè)計同步器。 （2）

22、在 PCB 編輯環(huán)境中執(zhí)行【設(shè)計】-【Import Changes From PCB_Project.PrjPcb】命令。這兩種方法的本質(zhì)是相同的，都是通過啟動工程變化訂單來完成的。 4.44.4 布局與布線布局與布線 元器件擺放稱為布局，要考慮散熱通風(fēng)、查找方便、檢修容易，置換簡單、協(xié)調(diào)美觀等因素。在 PCB 設(shè)計中用到很多不同的對象，其中大多數(shù)是需要定義銅箔區(qū)域或空隙區(qū)域的 ，這些對象不僅包括電氣對象(如導(dǎo)線和焊盤)，還包括非電氣對象（如文本和尺寸標(biāo)注） 。因此，設(shè)計時注意設(shè)計對象的布局位置，走線寬度和對象所在的層是非常重要的。 布線分為自動布線和手動布線。布線是在板上用走線將器件引腳、焊

23、盤、過孔連接的過程。對比較復(fù)雜的板子，軟件可以進(jìn)行自動布線。自動布線器除了圓角的設(shè)計規(guī)則需另行定義之外，支持所有的電氣特性并且按照設(shè)計規(guī)則布線。Altium Designer 提供先進(jìn)的交互式布線工具和拓?fù)渥詣硬季€器，利用拓?fù)溥壿嬙陔娐钒迳嫌嬎悴季€路徑，可自動跟蹤已存在的連接、推擠和繞開障礙，使得布線得以直觀簡潔、高效靈活。這些功能都是基于設(shè)計規(guī)則進(jìn)行的。手動布線更為靈活，但對于大量的布線則稍嫌費事。通?？刹捎米詣硬季€加手工調(diào)整的方法。 95 結(jié)論結(jié)論電子 CAD 是一門考驗動手能力的課程。正像大家所說，電子線路 CAD 是我們從事這一行業(yè)必須掌握的一門重要的基本工具，其重要性不言而 C 喻。既然如此的重要，對我們來說，其要求肯定也不是掌握一點理論知識、書本經(jīng)驗，而是提升其實際應(yīng)用時的動手能力。只有真正的動手操作，才可以將理論與實際聯(lián)系起來，將課本上的理論知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。電子 CAD 是一門考驗大家耐心和細(xì)心的課程。在實習(xí)的過程中，我們被要求認(rèn)真細(xì)致地完成實踐課程，這為我們以后從事這一方面的工作打下了良好的基礎(chǔ)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)審慎的科學(xué)態(tài)度。例如最簡單的電氣連接的檢驗，雖然是基礎(chǔ)問題，卻是我們必須注意的問題。通過這次課程設(shè)計讓我明白了自己原來所學(xué)的那點知識是非常欠缺的，要學(xué)習(xí)的東西還有很多。通過這次課程設(shè)計，我明白