PCB課程設(shè)計(jì)報(bào)告(張學(xué)文)

課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：用ProtelDXP設(shè)計(jì)印刷電路板及PCB實(shí)驗(yàn)室制作專業(yè)班級(jí)：2013級(jí)通信工程1班學(xué)生姓名：張學(xué)文指導(dǎo)教師：王玉梅設(shè)計(jì)時(shí)間：2015.6.26

用ProtelDXP設(shè)計(jì)印刷電路板及PCB實(shí)驗(yàn)室制作課程設(shè)計(jì)目的:1）掌握DXP的創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)、新建文件、文件的導(dǎo)入導(dǎo)出、文件的拷貝剪切粘貼、文件的更名、文件的刪除、設(shè)置多窗口的顯示方式等操作。

2）掌握原理圖圖紙尺寸、圖紙邊框、圖紙顏色、標(biāo)題欄格式、網(wǎng)格尺寸、光標(biāo)形狀、系統(tǒng)字符字體等的設(shè)置方法。

3）電路原理圖的繪制方法和高級(jí)繪圖工具繪制電路原理圖的方法。掌握根據(jù)原理圖生成各種報(bào)表的操作方法和打印原理圖的方法。掌握原理圖元件庫(kù)元件的編輯方法。

4）掌握繪制印刷線路板的環(huán)境設(shè)置,掌握繪制印刷線路板的基本操作。

5）集中將以上技能通過一個(gè)完整的電路充分的反映出來(lái),以實(shí)現(xiàn)電路原理圖的繪制,

印刷線路板的繪制,設(shè)計(jì)布局,布線規(guī)則等。

二、課程設(shè)計(jì)題目（問題）描述和要求題目：設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的鍵盤數(shù)碼管顯示控制模塊。該模塊由數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)及鍵盤控制芯片CH451、8個(gè)共陰極數(shù)碼管、16個(gè)限流匹配電阻、幾片退耦電容及連接插座構(gòu)成，與CPU通過簡(jiǎn)單的SPI串行接口通信。要求：按題目要求繪制原理圖，將其網(wǎng)絡(luò)表和封裝導(dǎo)入到PCB文件中，并設(shè)置好設(shè)計(jì)環(huán)境，完成PCB的繪制。保存設(shè)計(jì)項(xiàng)目。填寫電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告。將設(shè)計(jì)項(xiàng)目及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告保存，并提交到指導(dǎo)教師處。系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)（1）在Protel中繪制電路原理圖的步驟：?jiǎn)?dòng)原理圖編輯器，新建電路原理圖文件。設(shè)置原理圖的相關(guān)參數(shù)，如圖紙的大小、版面及環(huán)境參數(shù)等。加載元件庫(kù)，在圖紙上放置需要的各種元器件。編輯元器件的屬性，并對(duì)元器件進(jìn)行合理的布局調(diào)整。使用導(dǎo)線或網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽對(duì)所有的元器件進(jìn)行電氣意義上的連接。對(duì)電路原理圖進(jìn)行整體的編輯、調(diào)整。保存文檔，打印輸出。繪制元件庫(kù)：為繪制原理圖做補(bǔ)充。有些元件在系統(tǒng)庫(kù)文件里可能找不到，我們可以自己動(dòng)手繪制一個(gè)能表示實(shí)際元件的圖形，并將其添加到原理圖中。建議大家從一開始就建立一個(gè)屬于自己的元件庫(kù)，以后每設(shè)計(jì)一次電路，當(dāng)遇到?jīng)]有的原件時(shí)，就往庫(kù)里添加一個(gè)元件，日積月累，自己的元件庫(kù)就會(huì)充實(shí)起來(lái)，以后繪制原理圖時(shí)就會(huì)非常方便。繪制PCB封裝：也是為設(shè)計(jì)原理圖做補(bǔ)充。原理圖上的元件僅僅是一個(gè)元件代號(hào)，我們可以隨意改變其模樣，但是PCB封裝絕對(duì)不能隨意改動(dòng)。所謂封裝，就是元件在PCB上的實(shí)際焊接點(diǎn)，如果焊接點(diǎn)與元件對(duì)應(yīng)不上，那么這塊板子就沒用了。對(duì)原理圖進(jìn)行編譯：執(zhí)行【項(xiàng)目管理】→【CompileDocumentADAC.SCHDOC】，編譯原理圖文件。根據(jù)Massage面板中的錯(cuò)誤和警告提示，修改原理圖，直至編譯通過，生成網(wǎng)絡(luò)表。在PCB編輯器中，執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【層堆棧管理器】命令，選擇PCB板層結(jié)構(gòu)；執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【PCB板形狀】→【重定義PCB板形狀】定義PCB的外觀尺寸，設(shè)置PCB文件的編輯環(huán)境。設(shè)置PCB的電氣邊界：在PCB編輯器中，單擊【Keep-OutLayer】標(biāo)簽，執(zhí)行【放置】→【禁止布線區(qū)】→【導(dǎo)線】設(shè)置PCB的電氣邊界。更新PCB文件：在原理圖編輯器內(nèi)，執(zhí)行【設(shè)計(jì)】→【UpdatePCBDocumentADAC.PCBDOC】命令，生成【工程變化訂單(ECO)】，在對(duì)話框內(nèi)單擊“使變化生效”按鈕，再單擊“執(zhí)行變化”按鈕，將網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝載入到PCB文件中。設(shè)置布線規(guī)則：在PCB編輯器中，選擇【設(shè)計(jì)】→【規(guī)則】命令，在彈出的【PCB規(guī)則和約束編輯器】對(duì)話框中，重點(diǎn)進(jìn)行元件間距、導(dǎo)線間距、導(dǎo)線寬度、焊盤大小、孔徑大小等規(guī)則設(shè)置。原件布局：自動(dòng)布局（執(zhí)行【工具】→【放置元件】→【自動(dòng)布局】命令）和手工布局相結(jié)合，擺放元件到適當(dāng)位置。（10）布線：計(jì)算機(jī)自動(dòng)布線（執(zhí)行【自動(dòng)布線】→【全部對(duì)象】命令，并選擇布線策略）或手工布線。（11）DRC（DesignRuleCheck設(shè)計(jì)規(guī)則檢查）校驗(yàn)和違規(guī)項(xiàng)修改：執(zhí)行【工具】→【設(shè)計(jì)規(guī)則檢查】命令，在彈出的【設(shè)計(jì)規(guī)則檢查器】對(duì)話框中，分別設(shè)置【ReportOptions】和【RulesToCheck】文件夾下的相關(guān)選項(xiàng)，然后單擊“運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查”按鈕，運(yùn)行批處理DRC。（12）敷銅：執(zhí)行【放置】→【覆銅】命令，在彈出的對(duì)話框中設(shè)置覆銅屬性，包括填充模式、導(dǎo)線寬度、網(wǎng)格尺寸、連接網(wǎng)絡(luò)及刪除死銅等。（13）文件保存，輸出打?。罕４?、打印各種報(bào)表文件及PCB制作文件。（14）送去加工制作：將PCB制作文件送交加工單位。具體操作及原理圖：CH451通過串行接口與單片機(jī)相連接U2（CH451S）向單片機(jī)U1（51系列89C2051）提供復(fù)位信號(hào)RESET和系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)SCLK，如果要求定時(shí)精確，單片機(jī)也可以用晶振獲得系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。CH451的段驅(qū)動(dòng)引腳串接了電阻R1（200Ω），用以限制和均衡段驅(qū)動(dòng)電流，在5V電源電壓下，串接200Ω電阻通常對(duì)應(yīng)段電流13mA。電容C2和C3布置于U2的電源引腳附近，用于電源退耦，減少驅(qū)動(dòng)大電流產(chǎn)生的干擾。當(dāng)不需要鍵盤功能時(shí)，還可以省去KEY信號(hào)線，只使用DCLK、DIN、LOAD三個(gè)信號(hào)線；當(dāng)使用鍵盤功能時(shí)，CH451的DOUT引腳的KEY信號(hào)線可以連接到單片機(jī)的中斷輸入引腳，如果連接到普通I/O引腳，那么應(yīng)該使用查詢方式確定CH451是否檢測(cè)到有效按鍵。由于標(biāo)準(zhǔn)MCS51單片機(jī)的部分I/O引腳是弱上拉的準(zhǔn)雙向口，所以在與CH451進(jìn)行遠(yuǎn)距離連接的電路中，建議對(duì)DIN、DCLK、LOAD加上拉電阻以減少干擾，上拉電阻的阻值可以是1KΩ到10KΩ，近距離無(wú)需上拉電阻，距離越遠(yuǎn)則阻值應(yīng)該越小。驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管（上圖）CH451可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)8個(gè)共陰數(shù)碼管，所有數(shù)碼管的相同段引腳（段A～段G以及小數(shù)點(diǎn)）并聯(lián)后通過串接的限流電阻R1連接CH451的段驅(qū)動(dòng)引腳SEG0～SEG7，各數(shù)碼管的陰極分別由CH451的DIG0～DIG7引腳進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。串接限流電阻R1的阻值越大則段驅(qū)動(dòng)電流越小，數(shù)碼管的顯示亮度越低，R1的阻值一般在60Ω至1KΩ之間，在其它條件相同的情況下，應(yīng)該優(yōu)先選擇較大的阻值。在數(shù)碼管的面板布局上，建議數(shù)碼管從左到右的順序是N1靠左邊，N8靠右邊，以便匹配字左右移動(dòng)命令和左右循環(huán)移動(dòng)命令。8×8鍵盤掃描（下圖）CH451具有64鍵的鍵盤掃描功能，如果應(yīng)用中只需要很少的按鍵，則可以在8×8矩陣中任意去掉不用的按鍵。為了防止鍵被按下后在SEG信號(hào)線與DIG信號(hào)線之間形成短路，影響顯示，一般應(yīng)該在CH451的DIG0～DIG7引腳與鍵盤矩陣之間串接限流電阻R2，其阻值可以從1KΩ至10KΩ。原理圖如上自己設(shè)計(jì)的原理圖原件PCB圖如下：四.系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)的主要問題

1.

手動(dòng)布線的時(shí)候，導(dǎo)線是不能交叉的，解決這個(gè)問題的方法就是增添一個(gè)焊盤，然后分別在Top

layer和Button

layer兩層布線通過焊盤將兩端連起來(lái)。

2.

元件導(dǎo)入PCB時(shí)，如果某個(gè)元件不能完成封裝，就要雙擊該元件查看，在出現(xiàn)的Component

Properties對(duì)話框中雙擊Footprint即可查看該元件是否封裝，如果沒有，就要在Library庫(kù)中添加上該元件。

3.PCB封裝時(shí)，最好不要在封裝圖上寫標(biāo)注，否則，此標(biāo)注將和封裝連為體，布線時(shí)，線不能通過此標(biāo)注，這就給布線帶來(lái)了麻煩，其實(shí)在原理圖中可以直接對(duì)元件進(jìn)行標(biāo)注，雙擊某個(gè)元件就可以改名了。

4.如果線路較復(fù)雜應(yīng)適當(dāng)調(diào)整再使用自動(dòng)布線，否則容易電腦死機(jī)了，所以在放置元器件時(shí)要特別注意，盡量按照原理圖的位置擺放，先放大的元器件，再放置元器件周圍的電容電阻，最后布線就方便快速多了。圖五.系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)告與結(jié)論對(duì)本系統(tǒng)作一個(gè)全面的評(píng)價(jià)：包括有何特點(diǎn)、存在的問題、改進(jìn)意見等。六.PCB實(shí)驗(yàn)室制作1、打印PCB。將繪制好的PCB用轉(zhuǎn)印紙打印出來(lái)，注意滑的一面面向自己，一般打印兩張PCB，即一張紙上打印兩張PCB。在其中選擇打印效果最好的制作電路板。2、裁剪覆銅板。覆銅板，也就是兩面都覆有銅膜的電路板，將覆銅板裁成PCB的大小，不要過大，以節(jié)約材料。3、預(yù)處理覆銅板。用細(xì)砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉，以保證在轉(zhuǎn)印PCB時(shí)，熱轉(zhuǎn)印紙上的碳粉能牢固的印在覆銅板上，打磨好的標(biāo)準(zhǔn)是板面光亮，沒有明顯污漬。4、轉(zhuǎn)印PCB。將打印好的PCB裁剪成合適大小，把印有PCB的一面貼在覆銅板上，對(duì)齊好后把覆銅板放入熱轉(zhuǎn)印機(jī)，放入時(shí)一定要保證轉(zhuǎn)印紙沒有錯(cuò)位。一般來(lái)說(shuō)經(jīng)過2-3次轉(zhuǎn)印，PCB就能很牢固的轉(zhuǎn)印在覆銅板上。熱轉(zhuǎn)印機(jī)事先就已經(jīng)預(yù)熱，溫度設(shè)定在160-200攝氏度，由于溫度很高，操作時(shí)注意安全！5、腐蝕電路板。先檢查一下PCB是否轉(zhuǎn)印完整，若有少數(shù)沒有轉(zhuǎn)印好的地方可以用黑色油性筆修補(bǔ)。然后就可以腐蝕了，等電路板上暴露的銅膜完全被腐蝕掉時(shí)，將電路板從腐蝕液中取出清洗干凈，這樣一塊電路板就腐蝕好了。腐蝕液的成分為濃鹽酸、濃雙氧水、水，比例為1：2：3，在配制腐蝕液時(shí)，先放水，再加濃鹽酸、濃雙氧水，若操作時(shí)濃鹽酸、濃雙氧水或腐蝕液不小心濺到皮膚或衣物上要及時(shí)用清水清洗，由于要使用強(qiáng)腐蝕性溶液，操作時(shí)一定注意安全！6、電路板鉆孔。電路板上是要插入電子元件的，所以就要對(duì)電路板鉆孔了。依據(jù)電子元件管腳的粗細(xì)選擇不同的鉆針，在使用鉆機(jī)鉆孔時(shí)，電路板一定要按穩(wěn)，鉆機(jī)速度不能開的過慢，操作鉆機(jī)還是比較簡(jiǎn)單的，只要細(xì)心就能完成得很好。請(qǐng)仔細(xì)看操作人員操作。七.總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的問題：

(1)連線超過元件器件的斷點(diǎn)；

(2)連線的兩部分有重復(fù);

(3)原理圖中未定義元件的封裝形式；

(4)印刷電路板封裝的名稱不存在，致使在封裝庫(kù)中找不到；

(5)封裝可以找到，單元件的管腳名稱與印刷電路庫(kù)中封裝的管腳名稱不一致。

問題解決方法：

(1)在元件端點(diǎn)處連線；

(2)元器件連線盡量一線連通;

(3)到網(wǎng)絡(luò)表文檔中查找未定義封裝的元件，補(bǔ)上元件封裝；

(4)確認(rèn)印刷電路板元件封裝庫(kù)是否已調(diào)入，同時(shí)檢查原理圖中元件封裝名稱是否印刷電路板元件封裝庫(kù)中的名稱一致；

(5)將印刷電路板元件封裝中的修改成與原理圖中定義一致。通過這次PCB設(shè)計(jì)作業(yè)，提高了我對(duì)ProtelDXP軟件的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬了所學(xué)的知識(shí)，樹立了正確的設(shè)計(jì)思想，熟悉掌握了PCB設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，也培養(yǎng)了分析和解決問題的能力