第12講 項(xiàng)目9 數(shù)碼管顯示電路的PCB設(shè)計(jì)2

1、項(xiàng)目項(xiàng)目9 數(shù)碼管顯示電路的數(shù)碼管顯示電路的PCB設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)l 任務(wù)描述l 在項(xiàng)目7完成了數(shù)碼管顯示電路的原理圖繪制后，本項(xiàng)目完成數(shù)碼管顯示電路的PCB板設(shè)計(jì)。在該P(yáng)CB板中，調(diào)用項(xiàng)目5建立的封裝庫(kù)內(nèi)的兩個(gè)器件：DIP-20(AT89C2051單片機(jī)的封裝)、LED-10(數(shù)碼管的封裝)。通過(guò)該P(yáng)CB圖驗(yàn)證建立的封裝庫(kù)內(nèi)的兩個(gè)器件的正確性，并進(jìn)行新知識(shí)的介紹。他將涵蓋以下主題：l 設(shè)置PCB板l 設(shè)計(jì)規(guī)則介紹l 自動(dòng)布線的多種方法l 數(shù)碼管顯示電路的PCB板設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)l 8.1 Altium Designer中的PCB設(shè)計(jì)環(huán)境簡(jiǎn)介l 8.2 PCB編輯環(huán)境設(shè)置l 8.3 PCB板設(shè)置l 8.3.1

2、 PCB板層介紹l 8.3.2 PCB板層設(shè)置l 8.3.3 PCB板層及顏色設(shè)置l 9.1 創(chuàng)建PCB板l 9.1.1 在工程中新建PCB文檔l 9.1.2 設(shè)置PCB板l 9.2 PCB 板布局l 9.2.1 導(dǎo)入元件l 9.2.2 元件布局 教學(xué)目的及要求：l 1.了解PCB的設(shè)計(jì)規(guī)則l 2.熟練掌握自動(dòng)布線、手動(dòng)調(diào)整布線l 3.驗(yàn)證PCB的設(shè)計(jì) l 教學(xué)重點(diǎn)：自動(dòng)布線、手動(dòng)調(diào)整布線l 教學(xué)難點(diǎn)：驗(yàn)證PCB的設(shè)計(jì) 9.3 設(shè)計(jì)規(guī)則介紹設(shè)計(jì)規(guī)則介紹l Altium Designer提供了內(nèi)容豐富、具體的設(shè)計(jì)規(guī)則，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則的適用范圍共分為如下10個(gè)類(lèi)別，下面把要經(jīng)常要使用的規(guī)則作簡(jiǎn)單介紹

3、。l Electrical電氣規(guī)則類(lèi)。l Routing布線規(guī)則類(lèi)。l SMTSMT元件規(guī)則類(lèi)。l Mask阻焊膜規(guī)則類(lèi)。l Plane內(nèi)部電源層規(guī)則類(lèi)。l Testpoint測(cè)試點(diǎn)規(guī)則類(lèi)。l Manufacturing制造規(guī)則類(lèi)。l High Speed高速電路規(guī)則類(lèi)。l Placement布局規(guī)則類(lèi)。l Signal Integrity信號(hào)完整性規(guī)則類(lèi)。9.3.1 Electrical規(guī)則類(lèi)規(guī)則類(lèi)9.3.2 Routing規(guī)則類(lèi)規(guī)則類(lèi)l 1Width設(shè)計(jì)規(guī)則l Width設(shè)計(jì)規(guī)則用于限定布線時(shí)的銅箔導(dǎo)線的寬度范圍。已在項(xiàng)目3介紹，在此將接地線（GND）的寬度設(shè)為：30mil，電源線（VCC

4、）的寬度設(shè)為：20mil，其它線的寬度：最小值（Min Width）10mil、首選寬度（Preferred Width）15 mil、最大值（Max Width）20mil。如圖9-12所示。l 注意：銅箔導(dǎo)線寬度的設(shè)定要依據(jù)PCB板的大小、元器件的多少、導(dǎo)線的疏密、印制板制造廠家的生產(chǎn)工藝等多種因素決定。9.4 PCB板布線板布線l 9.4.1 自動(dòng)布線l 在主菜單中執(zhí)行Auto RouteNet命令，光標(biāo)變成十字準(zhǔn)線，選中需要布線的網(wǎng)絡(luò)即完成所選網(wǎng)絡(luò)的布線，繼續(xù)選擇需要布線的其他網(wǎng)絡(luò)，即完成相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的布線按鼠標(biāo)右鍵或Esc鍵退出該模式。l 可以先布電源線，然后布其它線。先布電源線VCC的

5、電路如圖9-30所示。圖9-30 布電源線VCC的PCB板l 2單根布線l 在主菜單中執(zhí)行Auto RouteConnection命令，光標(biāo)變成十字準(zhǔn)線，選中某根線，即對(duì)選中的連線進(jìn)行布線，繼續(xù)選擇下一根線，則對(duì)選中的線自動(dòng)布線，要退出該模式，按鼠標(biāo)右鍵或Esc鍵。他與Net的區(qū)別是一個(gè)是單根線，一個(gè)是多跟線。l 3面積布線l 執(zhí)行Auto RouteArea命令，則對(duì)選中的面積進(jìn)行自動(dòng)布線。l 4元件布線l 執(zhí)行Auto RouteComponent命令，光標(biāo)變成十字準(zhǔn)線，選中某個(gè)元件，即對(duì)該元件管腳上所有連線自動(dòng)布線；繼續(xù)選擇下一個(gè)元件，即對(duì)選中的元件布線，要退出該模式，按鼠標(biāo)右鍵或Esc

6、鍵。l 5選中元件布線l 先選中一個(gè)或多個(gè)元件，執(zhí)行Auto RouteConnections On Selected Component命令，則對(duì)選中的元件進(jìn)行布線。l 6選中元件之間布線l 先選中一個(gè)或多個(gè)元件，執(zhí)行Auto RouteConnections Between Selected Component命令，則在選中的元件之間進(jìn)行布線，布線不會(huì)延伸到選中元件的外面。7自動(dòng)布線自動(dòng)布線l 在主菜單中選擇Auto RouteAll命令，打開(kāi)如圖9-31所示的Situs Routing Strategies對(duì)話框。l 在Situs Routing Strategies對(duì)話框內(nèi)的Avail

7、able Routing Strategies列表中選擇Default 2 Layer Board項(xiàng)，單擊Route All按鈕，啟動(dòng)Situs自動(dòng)布線器。圖9-31 Situs Routing Strategies對(duì)話框l 自動(dòng)布線結(jié)束后，系統(tǒng)彈出Message工作面板，顯示自動(dòng)布線過(guò)程中的信息，如圖9-32所示。 圖9-32 Messages工作面板l 本例，先布電源線VCC，然后再自動(dòng)布線后的PCB板圖如圖9-33所示。 圖9-33 自動(dòng)布線生成的PCB板圖從圖9-33看出，該P(yáng)CB板有綠色的高亮顯示，證明有違反設(shè)計(jì)規(guī)則的地方。把屏幕重新刷新一下，方法：View Refresh(快捷鍵V

8、，R或End鍵)，屏幕顯示還是這樣，就需要重新調(diào)整布局，重新布線。9.4.2 調(diào)整布線調(diào)整布線l 如果用戶(hù)覺(jué)得自動(dòng)布線的效果不令人滿意，可以重新調(diào)整元件的布局。如：仔細(xì)看數(shù)碼管DS1的元件封裝的底層（Bottom Layer）上放了一個(gè)元件U3，在DS1元件內(nèi)有5個(gè)過(guò)孔，U1元件內(nèi)的布線太多了，需要調(diào)整。l 如果想重新布線，方法：選擇主菜單Tools Un-Route All ，就把所有已布的線路全部撤銷(xiāo)，變成了飛線；如果選擇Tools Un-Route Net，就可用鼠標(biāo)點(diǎn)擊需要撤銷(xiāo)的網(wǎng)絡(luò)，這樣就可以撤銷(xiāo)選中的網(wǎng)絡(luò)；如果選擇Tools Connection，就可以撤銷(xiāo)選中的連線；如果選擇To

9、ols Un-Route Component，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊元件，相應(yīng)元件上的線就全部變?yōu)榉蔷€。l 現(xiàn)在執(zhí)行Tools Un-Route All命令，撤銷(xiāo)所有已布的線。然后移動(dòng)元件，調(diào)整元件布局后的電路如圖9-34所示。l 圖9-34 重新調(diào)整布局后的PCB板 圖9-35 重新自動(dòng)布線后的PCB板l 執(zhí)行Auto RouteAll命令，布線結(jié)果如圖9-35所示。l 從操作過(guò)程可以看出，PCB板的布局對(duì)自動(dòng)布線的影響很大，所以用戶(hù)在設(shè)計(jì)PCB板時(shí)一定要把元件的布局設(shè)置合理，這樣自動(dòng)布線的效果才理想。l 調(diào)整布線是在自動(dòng)布線的基礎(chǔ)上完成的，同時(shí)按Shift + S鍵，單層顯示PCB板上的布線，如圖9-

10、36所示。 圖9-36 單層顯示PCB板的頂層（top Layer）l 從圖9-36看出圓圈圈出部分之間的連線不是很好，如圖9-37a所示。用Place Interactive Routing命令重新繪線，如圖9-37b所示。 a.改動(dòng)前的布線 b.手動(dòng)改動(dòng)后的布線 圖9-37 手動(dòng)布線前后的布線 觀察自動(dòng)布線的結(jié)果可知，對(duì)于比較簡(jiǎn)單的電路，當(dāng)元件布局合理，布線規(guī)則設(shè)置完善時(shí)，Altium Designer中的Situs布線器的布線效果相當(dāng)令人滿意。單擊保存工具按鈕 ，保存PCB文件。9.4.3 驗(yàn)證驗(yàn)證PCB設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)l （1）在主菜單中選擇Tools Design Rule Check命令，

11、打開(kāi)如圖9-38所示的Design Rule Checker對(duì)話框。 圖9-38 Design Rule Checker對(duì)話框（2）單擊Run Design Rule Check按鈕，啟動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)則測(cè)試。設(shè)計(jì)規(guī)則測(cè)試結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)生成如圖9-39所示的檢查報(bào)告網(wǎng)頁(yè)文件。 圖9-39 檢查報(bào)告網(wǎng)頁(yè)l 從錯(cuò)誤報(bào)告看出有3個(gè)地方出錯(cuò)。l 第一處錯(cuò)誤：Minimum Annular Ring(Minimum=10mil)(All)問(wèn)題，鼠標(biāo)點(diǎn)擊該處，連接到具體出錯(cuò)的位置，如圖9-40所示。圖9-40 焊盤(pán)與通孔之間的最小環(huán)寬從圖9-40看出，電容C1、C2焊盤(pán)與通孔之間的最小環(huán)寬為9.842mil小于

12、10mi，晶體管Q1、Q2、Q3焊盤(pán)與通孔之間的最小環(huán)寬為1.968mil小于10mil，如果允許這個(gè)錯(cuò)誤，就把設(shè)計(jì)規(guī)則，如圖9-27所示的Minimum Annular Ring（X-Y）編輯框中設(shè)置最小環(huán)寬為1mil。再重新運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，就沒(méi)有這個(gè)錯(cuò)誤了。l 第二處錯(cuò)誤：Silk To Solder Mask(Clearance=10mil)(IsPad),(All)l 第三處錯(cuò)誤：Minimum Solder Mask Sliver（Gap=10mil）(All),(All)l 這兩處錯(cuò)誤屬于設(shè)置的規(guī)則較嚴(yán)，可以不進(jìn)行該兩項(xiàng)檢查，方法：從菜單選擇Design Rules（快捷鍵D，R）打開(kāi)PCB Rules and Constraints Editor 對(duì)話框，如圖9-41所示，雙擊Manufacturing類(lèi)在對(duì)話框的右邊顯示所有制造規(guī)則，找到Silk To Solder Mask Clearance和Minimum Solder Mask Sliver兩行，把Enabled欄的復(fù)選框的“”去掉即可,表示關(guān)閉這2個(gè)規(guī)則，不進(jìn)行該二項(xiàng)的規(guī)則檢查。圖9-41 PCB Rules and Constraints Editor 對(duì)話框l 再重新運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，就沒(méi)有這兩個(gè)