第10章 單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)PCB板制作

1、電子CADProtel DXP 2004 SP2 電路設(shè)計（第二版） 劉彥忠劉彥忠 編編 著著電子教案電子教案第十章單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)PCB板制作本章學(xué)習(xí)目標本章以制作單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)PCB板為例，介紹雙面板的制作技巧和編輯修改方法，以達到以下學(xué)習(xí)目標：知識目標u 了解手工繪制電路板邊框的方法。技能目標u掌握自制元件庫的添加和自制封裝元件的調(diào)用方法。u掌握補淚滴操作方法。u掌握PCB制板技能的綜合應(yīng)用，提高實際制板能力。本章內(nèi)容介紹 本章將綜合前面各章所學(xué)知識和技能，以實例形式講解PCB雙面板制作的完整過程，包括從原理圖制作出發(fā)，一直到PCB板最終制作完成。要求在原理圖中調(diào)用自己制作的原

2、理圖元件，在PCB板中使用自己制作的元件引腳封裝，是對前面各章節(jié)知識和技能的一次綜合和演練。 10.1 確定和添加元件封裝根據(jù)前面項目的介紹，并結(jié)合元件的實際外形和管腳排列情況，在常用集成元件庫Miscellaneous Devices.IntLib、Miscellaneous Connectors.IntLib和雙列直插封裝庫Dual-In-Line Package.PcbLib中，確定合適的元件封裝如表所示。表10.1單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)元件封裝表10.2 引用自制PCB元件引腳封裝 10.2.1 單個元件引用自制單個元件引用自制PCB元件引腳封裝元件引腳封裝 1. 打開原理圖元件屬性設(shè)

3、置對話框。單擊【追加】添加按鈕 選擇添加新模型類型 彈出如圖所示選擇新模型類型對話框，在模型類型【模型類型】下拉列表框中選擇【Footprint】，添加引腳封裝模型，點擊【確認】按鈕。 3. 瀏覽封裝庫 封裝庫瀏覽 選擇數(shù)碼管封裝庫和需要的引腳封裝4. 選定新封裝 數(shù)碼管已經(jīng)修改為自制的引腳封裝“ZZDIP10” 10.2.2 利用全局修改功能修改多個元件引腳封裝 如果要同時修改很多元件的引腳封裝，再采取以上方法逐個進行修改，勢必速度很慢，效率不高。此時我們可以利用DXP 2004提供的全局修改功能，一次性修改同一類元件的引腳封裝。DXP 2004提供的全局修改功能可以先選取具有某些特征的同一

4、類元件，然后對選取的元件進行某些參數(shù)的修改。此處我們利用全局修改功能同時修改三極管的引腳封裝，方法如下。 1. 選中某個元件1.打開原理圖文件，單擊其中的一個三極管（如Q1），使其處于點擊選中狀態(tài)，如圖所示。執(zhí)行 【查找相似對象】菜單命令 單擊鼠標右鍵，將彈出浮動菜單，如圖所示，執(zhí)行 【查找相似對象】菜單命令 彈出查找相似對象設(shè)置對話框 在圖中設(shè)置欲查找對象的特征，如此處想查找所有的PNP三極管，所以我們將庫參考名稱Library Reference項設(shè)置為【Same】相同的，表示將查找所有的PNP三極管 3. 進行全局查找 點擊【確認】按鈕，進行全局查找后，所有PNP型三極管處于選中狀態(tài)，被

5、突出顯示，而其它元件被蒙板覆蓋，如圖所示，以便于后面的修改操作。 4.修改三極管封裝 在當(dāng)前封裝【Current Footprint】欄中輸入自制的三極管封裝“ZZBCY1”，然后按回車鍵進行修改操作。 封裝已經(jīng)全部修改 關(guān)閉Inspect對話框，雙擊圖中任一三極管（如Q4），彈出如圖屬性對話框，可以看到封裝已經(jīng)全部修改為自制的引腳封裝“ZZBCY1”。 6. 取消其它元件的蒙板覆蓋狀態(tài)。 單擊【清除】清除按鈕，取消其它元件的蒙板覆蓋狀態(tài)。 注意：利用全局修改功能修改元件的引腳封裝后，必須將元件引腳封裝所在的庫文件添加到當(dāng)前庫中，否則在后面更新PCB板時無法調(diào)入該元件的引腳封裝。 10.3.1

6、 新建新建PCB文件文件 根據(jù)元件的數(shù)量和體積，可以大約估算電路板的面積，確定電路的長、高尺寸，經(jīng)過分析，確定本電路板長、高參考尺寸為：80140mm?？梢岳们懊娼榻B的向?qū)Х椒ㄐ陆≒CB文件和規(guī)劃電路板尺寸。 10.3 載入PCB引腳封裝和網(wǎng)絡(luò)10.3.2 載入元件引腳封裝與網(wǎng)絡(luò) 1. 打開已經(jīng)繪制好電路板邊框的PCB文件，執(zhí)行如圖所示的菜單命令【設(shè)計】/【Improt Changes From】，彈出如圖11.20所示的導(dǎo)入工程變化對話框。導(dǎo)入原理圖變化對話框 執(zhí)行更新載入各封裝元件和網(wǎng)絡(luò)連接 載入電路板的PCB引腳封裝 10.4 元件布局 元件載入PCB板后，就可以根據(jù)元件的布局規(guī)律仔細

7、調(diào)整元件的位置了，一般采取先自動布局再手工調(diào)整的方法，但由于本章元件較多，自動布局的效果不理想，所以直接采取手工布局的方法分部分進行，先對顯示部分display塊進行布局。PCB板元件位置的調(diào)整方法和原理圖中元件位置的調(diào)整方法基本相同。 10.4.1 顯示部分元件布局 整體移動display塊刪除display塊符號 2. 核心元件的布局 對數(shù)碼管進行初步布局 元件對齊和均勻分布操作方法 （1） 初步調(diào)整元件的位置和排列順序。 全部選中要調(diào)整的元件，按鼠標右鍵彈出浮動菜單，如圖所示，執(zhí)行菜單命令【排列】/【排列】。 彈出對齊元件對話框執(zhí)行菜單命令【排列】/【排列】，將彈出如圖所示的元件排列對話

8、框，分別在水平和垂直方向設(shè)置操作命令。如本例中設(shè)置水平方向為【等距】，即均勻分布，垂直方向為【底】，即底部對齊數(shù)碼管排列效果 3. 鎖定元件 解除鎖定狀態(tài)提示：元件位置鎖定后，在工作區(qū)中對該元件的操作就不起作用了。如果用戶要再次移動該元件的位置，只有再次雙擊打開該元件的屬性對話框，將【鎖定】復(fù)選框不選中。顯示部分布局效果 元件編號調(diào)整后的效果 小技巧：自動調(diào)整元件文字位置。 元件編號和參數(shù)可以手工逐個調(diào)整，為了加快調(diào)整的速度，可以利用編輯器的自動調(diào)整元件文字位置功能進行快速調(diào)整，下面以調(diào)整圖中數(shù)碼管的編號為例講解具體方法。 選擇編號要放置于元件的位置先選中要調(diào)整編號的元件，如圖中的數(shù)碼管，右鍵

9、彈出浮動菜單,執(zhí)行【排列】/【定位元件文本位置】菜單命令，彈出如圖所示的調(diào)整元件文字位置對話框，選擇編號要放置于元件的位置 調(diào)整好的數(shù)碼管編號 10.4.2 其它方塊電路元件布局 10.5 自動布線 .1 設(shè)置布線參數(shù)設(shè)置布線參數(shù) 執(zhí)行執(zhí)行【設(shè)計】設(shè)計】/【規(guī)則【規(guī)則】菜單命令，菜單命令，設(shè)置各項參數(shù)。其中最關(guān)鍵的參數(shù)有設(shè)置各項參數(shù)。其中最關(guān)鍵的參數(shù)有【W(wǎng)idth】導(dǎo)線寬度和【】導(dǎo)線寬度和【Routing Layers】布線層面】布線層面，其它參數(shù)采用默，其它參數(shù)采用默認值即可。認值即可。 導(dǎo)線規(guī)則設(shè)置 導(dǎo)線寬度：一般導(dǎo)線寬度【W(wǎng)idth】選【全部對象】，設(shè)置寬度為8mil

10、；電源【VCC】和【GND】網(wǎng)絡(luò)設(shè)置較寬，為12mil設(shè)置雙面板的布線層 10.5.2 自動布線執(zhí)行菜單命令【自動布線】/【全部對象】菜單命令，將彈出自動布線策略選擇對話框，選用默認選項【Default 2 Layer Board】，點擊【Route All】 布所有導(dǎo)線按鈕，PCB板編輯器開始自動布線。自動布線結(jié)果 10.6 手工修改雙面板導(dǎo)線 由于自動布線時，系統(tǒng)片面地追求布通率，不可能考慮實際電路板電氣特性方面的要求，因此對于一個電路較為復(fù)雜、元件較多的電路板而言，自動布線后的結(jié)果總會存在一定的不足和缺陷，所以必須仔細的檢查和修改，從而使制作的電路板既美觀、又能滿足電氣特性的要求，同時便

11、于安裝和調(diào)試。如圖所示，電路板中雖然導(dǎo)線均已連接，但部分導(dǎo)線彎曲過多，繞行過遠，同時地線和電源線一般要求靠近電路板邊緣，修改如下。 10.6.1 調(diào)整顯示模式，分析自動布線結(jié)果 在默認情況下，PCB編輯器采用復(fù)合顯示模式顯示所有用到的層面，但在分析自動布線結(jié)果時，用戶希望將精力集中在布線層面上，而對于元件布局、編號、參數(shù)、元件外形等信息暫時不必考慮，可以隱藏起來，以便于更好的分析走線情況。 修改為單層顯示模式 如果希望單層顯示各層的信息，如頂層的布線效果，可以執(zhí)行【工具】/【優(yōu)先設(shè)定】菜單命令，彈出如圖所示的修改編輯器參數(shù)對話框，選擇顯示【Display】標簽，選中【單層模式】復(fù)選框，將PCB

12、編輯器顯示模式修改為單層模式。 分析頂層導(dǎo)線 繞行過遠彎曲不美觀繞行過遠分析底層導(dǎo)線 繞行過遠繞行過遠繞行過遠尖角彎曲10.6.2 調(diào)整顯示層面，規(guī)劃修改方案 雖然單層顯示模式下，可以單獨對各布線層進行分析，找出要修改的導(dǎo)線，但對于雙面板而言，導(dǎo)線修改時要同時兼顧頂層和底層的導(dǎo)線，才能確定修改方案，所以我們采取調(diào)整顯示層面的方法，同時顯示頂層和底層的走線，而將頂層絲印層隱藏起來。1. 將顯示模式恢復(fù)為多層復(fù)合顯示模式，即取消【單層模式】復(fù)選框的選中狀態(tài)。 隱藏頂層絲印層 隱藏頂層絲印層后的顯示效果 10.6.3 修改導(dǎo)線 分析需修改的導(dǎo)線 在導(dǎo)線修改過程中，某些導(dǎo)線如果僅在同一層面上走線，可能

13、因為同層面其它導(dǎo)線的阻擋而不便或無法布通導(dǎo)線，如圖中的導(dǎo)線1。因此在必要的地方還需添加過孔，改變導(dǎo)線的層面避開同層導(dǎo)線，以便于彎曲導(dǎo)線的修改。 要修改的彎曲導(dǎo)線1同一層阻擋其走線的導(dǎo)線2 （1）撤銷原導(dǎo)線1 在該處放置過孔，但位置太窄 將導(dǎo)線3外移，并修改彎曲處 （1）撤銷原導(dǎo)線1。執(zhí)行【工具】/【取消布線】/【連接】命令，出現(xiàn)十字光標，將其對準導(dǎo)線1，點擊鼠標左鍵即可撤銷該導(dǎo)線，如圖所示 (2)規(guī)劃導(dǎo)線修改方案重新繪制導(dǎo)線3 修改好的導(dǎo)線3放置過孔 新放置的過孔設(shè)置過孔的網(wǎng)絡(luò)屬性 繪制底層導(dǎo)線 新繪制的底層導(dǎo)線繪制頂層導(dǎo)線 新繪制的頂層導(dǎo)線2. 走線過程中改變導(dǎo)線層面 導(dǎo)線1和導(dǎo)線2位于同一

14、層面 同層導(dǎo)線2 導(dǎo)線1 導(dǎo)線1在走線過程中遇到同頂層導(dǎo)線2，為了繼續(xù)走線，必須改變層面，可以在繪制過程中需要改變導(dǎo)線層面的位置，按Tap鍵，彈出如圖所示的【交互式布線】交互式走線對話框。 光標中心出現(xiàn)過孔 導(dǎo)線1改變層面，穿過導(dǎo)線2 修改好的導(dǎo)線 10.7 補淚滴 在電路板中，為了提高布通率，許多導(dǎo)線的寬度較小，而焊盤的面積卻較大，如果以等寬度導(dǎo)線進入焊盤或過孔，勢必造成電路板在元件焊接、裝配、維修過程中，應(yīng)力集中于焊盤和導(dǎo)線的連接處，極易形成裂紋和焊盤翹起，影響電路板的焊接質(zhì)量，形成虛焊。該現(xiàn)象在單面板中尤為突出，為了在加工和焊接時分散應(yīng)力，我們可以在窄導(dǎo)線進入焊盤和過孔時，逐步加大導(dǎo)線寬

15、度，形成淚滴狀，從而有效的分散應(yīng)力，防止焊盤脫落虛焊。制作淚滴狀導(dǎo)線的操作就稱為補淚滴。具體方法如下： 1. 選擇對象 選擇要補淚滴的導(dǎo)線或網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)導(dǎo)線的粗細，選擇需要補淚滴的導(dǎo)線。執(zhí)行【編輯】/【選擇】選擇菜單下的各子菜單命令，進行各種不同的選擇操作，如果是對所有焊盤和過孔都進行補淚滴操作，則可以不用選擇對象。 2.補淚滴 執(zhí)行菜單命令【工具】/【淚滴焊盤】 ，彈出如圖所示的補淚滴選擇對話框，左邊選擇操作的對象，右邊選擇操作動作和淚滴類型。 補淚滴效果 10.8添加電源、接地端、安裝孔并覆銅一、添加電源、接地端、安裝孔并覆銅一、添加電源、接地端、安裝孔并覆銅為了便于電源的輸入，可以添加電源、接地焊盤，并連接到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，為了電路板的固定和安裝，可以添