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1、学习情境四 U盘的PCB板设计与制作,【教学目标】 任务1 PCB板的设计 任务2 制作PCB的准备工作 任务3 PCB板制作,学习情境四 U盘的PCB板设计与制作,【情境说明】 某职院的学生在大学学习期间，经常遇到要保存资料，而到电脑城购买U盘虽然是可以做到的，但该学院电子兴趣小组同学承接了此设计任务，按照要求设计并制作U盘，从而满足其他学生学习需求。 【任务要求】 （1）根据提供的参考资料，绘制详细原理图； （2）根据行业规范，设计45mm15mm双面PCB板，采用固定螺丝孔。 【教学目标】 （1）掌握原理图的绘制方法； （2）掌握PCB板的设计流程和设计方法； （3）掌握U盘PCB板的设
2、计方法； （4）掌握PCB板制作工艺。,返回,任务1 PCB板的设计,4.1.1 原理图设计 1U 盘供电模块的绘制 （1）按照从左到右的绘图顺序，从“Miscellaneous DevicesLib”库中分别选择普通电容元件和极性电容，双击鼠标。使用 【Tab】 键，在出现的对话框中，将 Value 分别改为相应的值，注意微法用来表示。 （2）选择“Libraries”面板，在自建库中选择供电模块 AT1201，双击该元件，将其放置在原理图中。 ,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,（3）单击 Wiring Tools工具栏中的电源和接地图标，分别放置电源和接地，其中电源需在浮动状态下按
3、【Tab】键或放置后双击该元件，将其属性对话框中的 Net 项改为 VUSB。而接地的名称注意要写上GND，其 “Show Net Name” 复选框要去掉，即隐藏该名称 （4）在工作区单击右键，在出现的对话框中选择 Place，再选择 Wire，光标变成十字形。单击鼠标左键确定导线的起点，在导线的终点处单击鼠标左键确定终点，分别将各个元件的导线连接。 绘制完成的 U盘供电模块电路如图4-1所示。,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,2U盘滤波电容电路的绘制 （1）在“Miscellaneous DevicesLib”库中分别选择一个电容元件，双击鼠标。使用 【Tab】 键，在出现的
4、对话框中，将 Value 改为 1uF。 （2）选中该电容，使用快捷键 【E/C】 或单击Schematic Standard 工具栏中复制按钮，选好元件的位置，执行快捷键 【E/P】 或单击菜单中“Edit/Smart Paste”命令，弹出 Smart Paste 对话框，在该对话框右侧勾选“Enable Paste Array”复选框，在下面的文本框中设置粘贴的个数为 5，即 Columns中的 Count的值为 5，水平间距为 30，即 Space为 30，Row 中 Count 的值为 1，Space 为 0。设置完成后，单击 【OK】。 ,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设
5、计,（3）单击 Wiring Tools工具栏中的电源和接地图标，分别放置电源和接地。 （4）执行快捷键 【P/W】，光标变成十字形。单击鼠标左键确定导线的起点，在导线的终点处单击鼠标左键确定终点，分别将各个电容的导线连接。 绘制完成的 U 盘滤波电容电路如图4-2 所示。,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,3U 盘存储模块的绘制 （1）选择“Libraries”面板，在自建库中选择存储模块K9F080U0B，单击 【place】，将其放置在原理图中。使用快捷键 【P/P】 或到“Miscellaneous DevicesLib”库中分别放置电容元件、电阻元件等。如需设置元件属性，
6、在放置状态使用 【Tab】键或放置到图纸上后双击要修改的元件，进行相应修改。 （2）元件布局，根据所给原理图，对元件进行布局。 ,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,（3）单击 Wiring Tools工具栏中的电源和接地图标，分别放置电源和接地，注意接地的名称要写上 GND。 （4）单击 Wiring Tools 工具栏中的连线图标，光标变成十字形。单击鼠标左键确定导线的起点，在导线的终点处单击鼠标左键确定终点，分别将 U 盘供电模块的导线连接，注意将需要放置网络标号的引脚用导线引出。 （5）单击 Wiring 工具栏中的Net图标，移动光标到需要放置网络标号的导线上，按 【Tab
7、】 键，在出现的对话框中的 Net 中填写 SMD-RDY，点击【OK】，当出现红色交叉标志时，单击完成放置。此时光标仍处于放置网络标号的状态，重复上述操作分别填写 SMD-RE 等内容，放置其他的网络标号，所有网络标号放置完毕后，右击退出。 绘制完成的 U 盘存储模块电路如图4-3 所示。,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,4U盘接口电路的绘制 本图采用先放置核心器件，再围绕核心器件按照从左至右、从上至下的顺序布局。 （1）在工作区执行快捷键 【P/P】，出现放置元件属性对话框。在该对话框的 Physical Component 中填写自建库 IC1114 的名称，分别填写流水号
8、 Designator 等。填写完毕后，单击【OK】。在图纸合适位置放置该元件，放置后再依次放置其他元件。 （2）根据所给原理图，对元件进行布局。 （3）单击 Wiring Tools工具栏中的电源和接地图标，分别放置电源和接地，其中电源需在浮动状态下按 【Tab】键或放置后双击该元件，将其属性对话框中的 Net 项改为 VUSB。而接地的名称注意要写上GND，其 “Show Net Name” 复选框要去掉，即隐藏该名称。 ,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,（4）执行快捷键 【P/W】，光标变成十字形。单击鼠标左键确定导线的起点,在导线终点处单击鼠标左键确定导线的终点。 （5）
9、执行快捷键 【P/N】，光标变成十字形且带有一个初始标号为“Net Label1”随光标浮动，按【Tab】 键，在出现的对话框中的 Net 中填写名称，点击 【OK】，当出现红色交叉标志时，单击完成放置。对于纵向的网络标号，按【空格】键可改变其方向，当出现红色交叉标志时，单击即可完成放置。此时光标仍处于放置网络标号的状态，重复操作即可放置其他的网络标号，右击即可退出。 绘制完成的 U 盘接口电路如图4-4所示。,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,5U盘连接器及开关电路的绘制 在“Miscellaneous DevicesLib”库中选择连接器 Header6 和开关元件 SW-SP
10、DT，双击鼠标，将该元件放置在图纸中，注意开关元件 SW-SPDT 需要进行浮动状态下的 Y镜像。 工作区执行快捷键 【P/P】， 连接导线， 完成相关设计， 绘制完成的 U 盘连接器及开关电路分别如图4-5 和图4-6 所示。 6合理布局各模块 如果图纸整体布局位置需要调整，可采用选取某一模块，整体移动或剪切粘贴。如图4-7所示，将鼠标放在选中的图形中央位置，按住左键，拖动鼠标即可整体移动。,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,7添加注释 （1）单击添加说明文字。 （2）当出现浮动的 Net1后，按 【Tab】 键，出现注释属性对话框，如图4-8 所示，在该图中将 Net1 改为“
11、U 盘电路原理图”。 点击该对话框中的 Change System Fonts 按钮，选择字体大小为 28，字体选默认值。点击 【OK】保存退出。 8保存 单击“file/save” ，保存原理图文件和项目文件。最后得到U盘整机原理设计图如图4-9所示。,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,4.1.2 PCB板设计 由于U盘体积非常小巧，电路板面积很小，因此电路板中的元件绝大部分采用SMD元件，以节省电路板面积。参考元件供应商提供的技术和封装参数，确定合适的元件封装。 一、元件封装的指定 U盘的电路原理图如图4-9所示，该电路主要有核心元件U1电压转换器、U2控制器、U3存储器和写保
12、护SW1组成，本产品元器件属性表见表4-1。,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,【封装说明】 1AT1201的封装 网上查询AT1201芯片的中文资料，得到如图4-10所示信息： 经过数据分析，得到AT1201的封装（封装名为SO-G5/Z3.6）。 2IC1114封装 网上查询IC1114芯片的中文资料，得到如图4-11所示信息： 经过数据分析，得到IC1114的封装（封装名为F-QFP7X7-G48/X3N）。 3USB接头J1 利用游标卡尺测量实物后，自制得到它的封装,如图4-12所示。,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,4写保护开关SW1 利用游标卡尺测量实物后
13、，自制得到它的封装图如图4-13所示。 5晶振Y1 该晶振为圆柱体，采用卧式封装，自制得到它的封装图如图4-14所示。 二、PCB尺寸形状确定 必须根据元件的多少、大小以及电路板的外壳限制等因素确定电路板的尺寸大小，除用户特殊要求外，电路板尺寸应尽量满足电路板外形尺寸国家标准GB 93161988的规定。,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,本电路板采用较为简单的第一种方法，操作步骤如下： （1）单击 【Next（下一步）】按钮，弹出 PCB 单位设置界面。这里采用英制单位，因为大多数元件封装的引脚都采用英制，这样的设置有利于元件的放置、引脚的测量等操作，后面的设定将都依此单位为依据
14、。 （2）单击 【Next（下一步）】按钮，弹出电路板配置文件界面。系统提供了一些标准电路板配置文件，以方便用户选用。在这里我们自行定义 PCB 规格，故选择 Custom（自定义）选项。 （3）单击 【Next（下一步）】按钮，弹出电路板详情界面。在该对话框中，Outline Shape（电路板外形）选项栏选择默认的 Rectangular（矩形）；Board Size（电路板尺寸）选项栏设置 Width（宽度）和 Height（高度）分别为2 000mil和 1 000mil。,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,（4）用户自定义类型设置完毕后，单击 【Next（下一步）】按钮，
15、弹出如图4-15所示的电路板层数设置界面，此处设置两个信号层和两个内部电源层。这里需要将两个电源层去除，仅使用两个信号层。 （5）单击【Next（下一步）】按钮，弹出过孔类型设置界面，选择 Thruhole Vias only 通孔单选钮。 （6）单击 【Next（下一步）】按钮，弹出选择元件和布线方法界面。这里选择表面贴装元件，不将元件放两面。 （7）单击 【Next（下一步）】按钮，弹出选择默认导线和过孔尺寸界面，PCB 走线最小线宽、最小过孔外径、最小孔径尺寸和最小的走线间距参数均选择默认值。 ,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,（8）单击【Next（下一步）】按钮，弹出电路
16、板设计向导完成界面。单击 【Finish（完成）】按钮，系统根据前面的设置已经创建了一个默认名为 PCB1PcbDoc 的文件，同时进入 PCB编辑环境中，在工作窗口中显示了PCB1 板形轮廓，如图4-16所示。该设置过程中所定义的各种规则适用于整个电路板，用户也可以在接下来的设计中对不满意之处进行修改。至此，利用 PCB 设计向导完成了 PCB 文件的创建。 （9）在左端 Project 区的 PCB1PcbDoc 上单击右键，并执行“file/save As” ，将新建的工程文件保存于任务1文件夹中，并命名为 U 盘电路设计。在 Project 面板中，项目文件名变为“U 盘电路设计.PcbDoc”。,上一页,下一页,返回,任务1 PCB板的设计,三、设置 PCB 参数和环境参数 执行【Design】（设计）/【Board Option
