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1、设计说明书内容一、设计要求和条件1.1设计要求(1)掌握印制电路板布线流程。(2)掌握印制电路板设计的基本原则。(3)根据已有的PCB实物板，抄画出PCB图。(4)设计中所用到的元件封装必须符合实际的元件尺寸。(5)绘制PCB图时，要求将信号线、电源线、地线的宽度区分开。(6)要求两引脚之间的连线最短。(7)要求使用双面板布线。(8)要求PCB图布局布线美观，抗干扰性能强。(9)PCB图绘制成功后，要求将原理图画出。1.2设计条件(1)使用万用表辅助查找元件引脚之间的连接。(2)在制作出网络表的前提下进行设计。(3)使用Protel 专业软件进行设计。二、设计目的(1)理解别人的设计思路，提高
2、自身的看图能力。(2)学会绘制元件封装。(3)掌握实物板中所用元器件的基本功能。(4)学会制作网络表以及添加网络连接。(5)在保证一定质量的前提下，能够快速的绘制出PCB图。三、设计方案论证3.1设计思路对于学生而言，抄画PCB板无非有两种方法，一种是先画出原理图，再画出PCB；另一种直接画出PCB图。在刚得知设计任务的时候，我的脑子也一直思维定势的认为肯定要先画出原理图，才能进一步的绘制PCB图。后来经过老师的指导，我才知道，依据实物板中元件的走线，可以给元件封装添加网络连接，能省去绘制原理图这一步骤，也简化了设计的难度。当然这两种方法都是值得尝试的。3.2设计方案方案一：根据实物板理解其原
3、理，制作出库中没有的元件，将其调出并绘制出原理图，再导入PCB进行布局布线。方案二：利用Protel 软件直接建立PCB文件，并将板子中用到的元件封装画出，再在库中调出，放置在合适的位置、添加网络标号、布局、布线。3.3设计流程图(1)方案一的设计流程：根据实物板制作元件绘制出电路原理图根据实物制作封装导入PCB绘制印制板DRC检测完成(2)方案二的设计流程：根据实物板制作元件封装在PCB下调出封装添加网络连接绘制PCB图DRC检测完成两种方案经过一番对比之后，我发现方案一能使人更好的理解其布线原理，且绘制流程符合标准流程，对初学者来说是一种很好的学习方法，但是需要花费大量的时间去研究元件引脚
4、的连接问题。而方案二的流程很简单，跳过了对原理图的绘制，能够节约大量时间。由于此设计的重点是得到PCB图，所以我认为应该直接从元件的封装入手，然后将其调出，添加网络标号，只要细心观察实物板的连线，精心布局，此方案定能达到事半功倍的目的。故我选择了方案二。3.4布线方案方案一:采用自动布线法。将元件的位置摆放好后，便可使用系统内部的自动布线功能，几秒内就可将一个庞大的复杂的电路布线成功，但可惜的是，布出来的PCB图效果极差，导线的走线极不平滑，会有尖角产生，两个相距很近的连接在一块儿的焊盘，也可能会被绕了一大圈后才能连上，这也是用机器布线的一大弊端。方案二:采用手动布线法。此方法的每一个环节都需
5、要人为操作，要想布出一个既美观又实用的PCB图，那是需要耗费大量的时间和精力的。但就目前的技术而言，以质量为前提条件，手动布线是最常用的一种方法，因此，我选择方案二。 3.5实物板中用到的特殊元件(1)ATmega1280(2)FT232RL(3)LM2576(4)LM298N3.6 封装的绘制绘制封装的第一步是设置好图纸参数，由于我国主要使用公制单位毫米(Metric)，所以要将软件默认的英制单位(Imperial)改为公制单位，并在“PCB板选择项”中将其相关参数进行修改，具体修改为何值因人而异。修改完毕后就可以开始绘制封装了。当我们测量完元件引脚间距及其相关参数后，在放置焊盘的过程中经常
6、会遇到距离控制不精确的问题，在这里有一种方法：首先放置一个焊盘并将其设置为圆心点。然后根据左下角的坐标轴放置接下来的焊盘，在移动焊盘的过程中我们还可以根据放置的距离对“捕获网格”进行修改，这样就能放置处精确的距离。在丝印层(Top Overlay)绘制封装的过程中应使其符合元件的实际大小，以保证能够顺利安装元件。完成元件绘制后应该将元件设置在中心点，设置方法如下：编辑设置参考点中心。因为在PCB的绘制过程中，各个元件都是以中心点为移动和旋转的参考点，如果元件偏离中心点太远可能会导致无法放置到想要的位置。所以这点非常重要，初学者很容易遗漏！和元件原理图一样，元件封装图也可以在软件自带元件封装库中
7、找到。由于元件封装的命名有通用标准，我们只要知道所需绘制元件的封装名即可在软件自带封装库中找到。本设计中所用到的元件封装如附录所示。3.7 PCB板绘制及布线规则电路板设计的流程中最后一步就是PCB板的绘制，也是最为重要的一步，它的好坏将直接影响其电路的好坏。其布线原则十分复杂，需要拥有多年的电路设计经验的人士才能熟练掌握的技巧，特别是在高频电路尤为重要。因此，在这里不做过多讨论，只对其基本原则进行讨论。(1)元件布局虽然 Protel 能够自动布局，但是实际上电路板的布局几乎都是手工完成的。要进行布局时，一般遵循如下规则：1、按照电路功能布局 如果没有特殊要求，尽可能按照原理图的元件安排对元
8、件进行布局，信号从左边进入、从右边输出，从上边输入、从下边输出。 按照电路流程，安排各个功能电路单元的位置，使信号流通更加顺畅和保持方向一致。 以每个功能电路为核心，围绕这个核心电路进行布局，元件安排应该均匀、整齐、紧凑，原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局。2、元件放置的顺序 首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件，如电源插座、指示灯、开关和连接插件等。 再放置特殊元件，例如发热元件、集成电路等。 最后放置小元件，例如电阻、电容、二极管等。(2)网络连接1、装载了网络表之后，在打开的PCB文件中执行DesignNetlistEdit nets命令，
9、系统将弹出“网络表管理器”对话框。2、此时，可以在NetinClass列表中选择需要连接的网络，然后双击该网络名或者单击下面的“Edit”按钮，系统将弹出EditNet编辑网络对话框，此时可以选择添加连接该网络的元件引脚。(3)布线的规则1、线长：铜膜线应尽可能短，在高频电路中更应该如此。铜膜线的不拐弯处应为圆角或斜角，而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。当双面板布线时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。2、线宽：铜膜线的宽度应以能满足电气特性要求而又便于生产为准则，它的最小值取决于流过它的电流，但是一般不宜小于 0.2mm。只要板面积
10、足够大，铜膜线宽度和间距最好选择 0.3mm。一般情况下，11.5mm 的线宽，允许流过 2A 的电流。例如地线和电源线最好选用大于 1mm 的线宽。3、线间距：相邻铜膜线之间的间距应该满足电气安全要求，同时为了便于生产，间距应该越宽越好。最小间距至少能够承受所加电压的峰值。4、大面积填充：电路板上的大面积填充的目的有两个，一个是散热，另一个是用屏蔽减少干扰，为避免焊接时产生的热使电路板产生的气体无处排放而使铜膜脱落，应该在大面积填充上开窗，后者使填充为网格状。使用敷铜也可以达到抗干扰的目的，而且敷铜可以自动绕过焊盘并可连接地线。5、地线：尽量加粗地线。若地线很细，接地电位会随电流的变化而变化
11、，导致电子系统的信号受到干扰，特别是模拟电路部分，因此地线应该尽量宽，一般以大于 1mm 为宜。(4)DRC检查规则当PCB板绘制完成后，要怎样检查其是否符合设计规格呢？这时就要用到“设计规则检查”这项功能。提供了自动查错功能，而其约束规则是由自己设定的。只要按照“布线规则”在“PCB规则和约束编辑器”中找到相应的规则修改即可。里面几乎包括了所有布线原则，如果在绘制的过程中违反了规则，系统将把错误的部分显示为绿色，这时你就要想办法将其修改。绿色导线即为不符合规则的导线。那么要如何将其改为正确的呢！答案很简单，只要在“PCB规则和约束编辑器”中找到导线宽度规则将其修改即可。具体操作如下：设计规则
12、，打开“PCB规则和约束编辑器”找到Design RulesRoutingwidth。将其最小线宽和最大线宽做相应的修改即可解除错误。因此，规则是十分重要的，必须熟悉“PCB规则和约束编辑器”中的各项参数的含义。(5)补泪滴设置一切工作做完之后，便可对整个PCB图补泪滴以加固焊盘。可以通过执行选项命令工具泪滴来进行设置。四、设计结果与分析4.1设计结果(1)PCB图(2)原理图4.2结果分析由PCB图可以看出，PCB板的长为110mm，宽为73mm，采用的是双面板布线，顶层为红线，底层为蓝线，图中的走线几乎都是以芯片ATmega1280为核心，从始至终都围绕着它进行布局布线，所以这些地方打的过
13、孔也比较多，图中有些元件相距较远，导致两个焊盘之间的距离较远，所以有些导线拉的很长，但在布线时，也已尽最大的努力来避免类似的情况发生。图中的另一个特点是走线的粗细不同，即地线电源线信号线。这种关系牵涉到一个很重要的问题，既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源线、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以我们对电源线、地线的布线非常慎重，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：通常信号线宽为：0.20.3mm,最细宽度可达0.050.07mm,电源线为12.5 mm，以使电源线、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证板子的
14、质量。PCB图画出之后，原理图的绘制问题也就迎刃而解，总体来看，本设计所用到的元件并不多，主要有ATmega1280、FT232RL、L298N、FT232RT等。在绘制原理图时，可以用网络标号代替导线，将整个电路模块化，这里将其分为5个模块，显得简单、明了。五、设计体会刚刚拿到板子的那一刻起，给我的第一印象就是全是密密麻麻的走线，脑子里一团雾水，仔细一看板子，发现上面的元器件大部分都标着名称，于是我们就以这个线索为着眼点，开始搜集相关的信息。比如ATmega1280、FT232RT、LM2576、L298N，这些元器件都是我们在课堂上没有接触过的，如果不把这些芯片的管脚功能及个数弄清楚，在布
15、局布线时很容易出错。当我们把陌生的元件资料搜集好之后，便开始利用Protel 软件建立元件库和封装库，封装的尺寸可用尺子在PCB板子上测量出来，元件库中所画元件的尺寸，能保证和原理图中的其他元件相匹配就可以了。有些元件的封装在库中也能找到，但是我们还是要以实物为准，建立一个属于自己的库，只有这样，才能为后续的布线工作做好充分的准备。基础工作做好之后，我们就进入了一个非常重要的一个环节添加元件和网络连接，这是一项很艰巨的任务，需要对板子进行仔仔细细的观察，不可放过和漏掉一条走线，由于要抄画的板子是双面板，所以两面都有走线，这也为设计增添了不少障碍，只考人眼是不行的，这时万用表便成了不可或缺的工具。确定了两个元件之间的连接关系后，我们要人为的添加网络连接，这一点老师在课堂上是强调过的，但是由于隔的时间比较久，我们都有些生疏了，幸亏课本上有相关步骤和方法，我们这才一步步的做出了所有元件的网络连接。整个设计中最关键的一块儿要数布线了，双面板与单面板相比要容易一些，这其中少不了的是过孔，它的作用是连通各层之间的线路，当从顶层过度到底层时，一定不能忘记放过孔。虽然双面板布线容易些，但是由于元件较多，也会出现阶梯状走线，无法保证短距离连线，这使得布局就没那么美观了。整个设计下来，确实花费了我
