项目一 单片机学习仪电源电路印刷电路板设计与制作

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1、项目一 单片机学习仪电源电路印刷电路板设计与制作1项目一项目一 单片机学习仪电源电路印刷电路板设计与制作单片机学习仪电源电路印刷电路板设计与制作项目情境创设项目情境创设 本课程以单片机学习仪印刷电路板的设计与制作为项目载体，贯彻整个教学过程，本 着由浅到深的原则，将该学习仪的电源电路抽取出来组成一个最简单的电子产品，以该产 品的设计制作按照工作流程构成项目一的教学内容。通过项目一的学习，让学生初步了解 印刷电路板设计制作的工作流程，为后续项目学习打下良好的基础。第一部分第一部分 项目任务书项目任务书任务一任务一 设计任务受理（含原理图输入）设计任务受理（含原理图输入）（1）需求分析 需求分析活

2、动是和客户交流，正确引导客户能够将自己的实际需求用较为适当的技术 语言进行表达（或者由相关技术人员帮助表达）以明确项目目的的过程。这个过程中包含 了对要设计的印刷电路板基本电路功能和模块电路的确立和设计制作活动。填写需求分析 表，以下表单片机学习仪电源电路印刷电路板需求分析表为例。单片机学习仪电源电路印刷电路板需求分析表单片机学习仪电源电路印刷电路板需求分析表基本电 路功能外部电源适配器提供的 8V 以上电压经插座 J2 引入电源电路，通过 D1 隔离， 经 C5、C6、U3、D2、C7 及 C8 构成的稳压电路输出 5V 稳定电压。J3 为 5V 电压 引出插座，为外部电路提供电源供给，U3

3、 为中功率三端稳压集成电路，外部电 路的供电电流需求因控制在 3A 以下。SW1 为电路电源开关，主要对后续单片机 电路供电进行控制。R4 及 LED 为电源指示灯电路，当 SW1 闭合，LED1 指示灯亮， 指示灯电路通过网络标号 VCC 与 SW1 的输出端相连。模块电 路划分电源电路结构简单，可将其看出一个模块，在元器件布局时注意相关联元 器件应该尽量放到一起，如 R4 及 LED1。表 1-1 单片机学习仪电源电路印刷电路板需求分析表 （2）印刷电路板设计申请（含原理图输入） PCB 设计投板申请表中提出投板申请，申请表包含的资料： 1、经过评审的，完全正确的原理图，包括纸质文件和电子

4、件； 原理图输入包含对硬件设计人员的原理图的导入或者草图的重新绘制。本项目中要求 应用 Protel 软件绘制如图 1-1-1 所示的单片机学习仪电源电路原理图，通过绘制过程 了解该软件设计文档管理方法及原理图编辑器各类菜单及工具的简单操作方法。112247uFC 510uFC 7IN12O U T3G N DU 3L M 7805D 21N 4001D 11N 40010.1uFC 8 0.1uFC 612J35VV C CR 41KL ED 13m mV C C112233445566SW 1SW -D PD T123J2供供供供供供图 1-1-1 单片机学习仪电源电路原理图项目一 单片机

5、学习仪电源电路印刷电路板设计与制作2关于原理图的输入是任务一的重点与难点，涉及大量设计软件 Protel 的操作， 具体方法在第二部分项目学习指导中有详细介绍。 2、带有元件编码的正式的 BOM（Bill of Material,物料清单） ，如下表为例；元器件元器件 标号标号实物图实物图元器件元器件 标号标号实物图实物图J2D1J3LED1C5C7C6SW1U3表 1-1-2 单片机学习仪电源电路物料清单 3、PCB 结构图，应标明外形尺寸、安装孔大小及定位尺寸、接插件定位尺寸、禁止布 线区等相关尺寸，以； 图 1-1-2 单片机学习仪电源电路 PCB 结构图项目一 单片机学习仪电源电路印刷

6、电路板设计与制作34、对于新器件，需要提供封装资料； 以上资料经指定的 PCB 设计部门审批合格并指定 PCB 设计者后方可开始 PCB 设计。 （3）理解设计要求并制定设计计划 1、仔细审读原理图，理解电路的工作条件。 2、理解板上的高速器件及其布线要求。 3、对原理图进行规范性审查。 4、对于原理图中不符合硬件原理图设计规范的地方，要明确指出，并积极协助原理 图设计者进行修改。 5、 在与原理图设计者交流的基础上制定出单板的 PCB 设计计划，填写设计记录表， 计划要包含设计过程中原理图输入、布局完成、布线完成、信号完整性分析、光绘完成等 关键检查点的时间要求。设计计划应由 PCB 设计师

7、和原理图设计者双方签字认可。关于 PCB 设计计划表可参考单片机学习仪电源电路 PCB 设计计划表，如下表 1-1-3。单片机学习仪电源电路 PCB 设计计划表设计过程完成时间原理图输入布局完成布线完成信号完整性分析光绘完成计划确认：表 1-1-3 单片机学习仪电源电路 PCB 设计计划表任务二任务二 设计过程的元器件封装准备设计过程的元器件封装准备为图 1-1-1 所示单片机学习仪电源电路中的元器件准备封装库，完成封装设置，具体 包括元器件封装清单（以表 1-1-4 单片机学习仪电源电路元器件封装清单为例）及设计电 路元器件封装库文件（具体方法参考任务二的学习引导） 。元件标号封装名称所在库

8、LED1LED1Power1.PcbLib（自建库）J2POW-INPower1.PcbLib（自建库）D2DIODE-0.4Power1.PcbLib（自建库）D1DIODE-0.4Power1.PcbLib（自建库）R4AXIAL-0.4Power1.PcbLib（自建库）C8CAP1Power1.PcbLib（自建库）C5CAP-47uFPower1.PcbLib（自建库）C7CAP-10uFPower1.PcbLib（自建库）J32PIN-LPower1.PcbLib（自建库）C6CAP1Power1.PcbLib（自建库）U3TO220-HPower1.PcbLib（自建库）SW1P

9、OW-DPDTPower1.PcbLib（自建库）表 1-1-4 单片机学习仪电源电路元器件封装清单 对能够在已有 PCB 封装库找到对应封装的元件，选用封装时应确认选用的封装与元器 件实物外形轮廓、引脚间距、通孔直径等严格一致。 对于在 PCB 封装库中找不到对应封装的元件，应根据器件资料建立元件封装，保证丝 印与实物相符合，特别是新建立的电磁元件、自制结构件元件库是否与元件的资料（承认项目一 单片机学习仪电源电路印刷电路板设计与制作4书、图纸）相符合，新器件的封装应能够满足不同工艺（回流焊、波峰焊、通孔回流焊） 的要求。 通过任务的实施使学生对常见元件的封装有一定的了解，学会元件封装的查找

10、，完成 单片机学习仪电源电路原理图封装设置。任务三任务三 设计过程的印刷电路板设计与自检设计过程的印刷电路板设计与自检为图 1-1-1 单片机学习仪电源电路设计印刷电路板，通过任务实施使学生了解印刷电 路板设计流程，能简单操作软件的 PCB 编辑器完成网络表创建及板型规划、电路板布局、 设置布线约束条件、布线前仿真、布线及设计项目自检等工作。 图 1-1-3（a）为单片机学习仪电源电路印刷电路板参考图，图 1-1-3（b）该印刷电路 板的 3D 效果图。（a） （b） 图 1-1-3 单片机学习仪电源电路印刷电路板图及 3D 效果图任务四任务四 单片机学习仪电源电路印刷电路板制作（热转印法）单

11、片机学习仪电源电路印刷电路板制作（热转印法）通过热转印法制作自己设计的单片机学习仪电源电路印刷电路板，通过任务的实施使 学生了解并掌握转印法制作印刷电路板的工艺流程，通过制作成功的成就感，培养学生对 本课程的学习兴趣。任务五任务五 印刷电路板的维护与技术文档编写印刷电路板的维护与技术文档编写印制电路板的维护工作是定期或不定期的对印刷电路板进行测试。技术文档编写阶段 的主要工作是将各个过程中技术文档按电路板设计与制作组织结构的要求组合起来，形成 一个完整技术文档系统；最后编写单片机学习仪电源电路印刷电路板设计与制作说明书 、 技术参数文件和帮助文件 。项目一 单片机学习仪电源电路印刷电路板设计与

12、制作5第二部分第二部分 项目学习引导项目学习引导任务一学习引导任务一学习引导 设计任务受理（含原理图输入）引导设计任务受理（含原理图输入）引导任务一的学习引导重点讲解设计任务受理过程中的与原理图输入相关的知识点，通过 本引导可以完成单片机学习仪电源电路原理图导入和绘制，单片机学习仪电源电路原理图 如图 1-2-1 所示。112247uFC 510uFC 7IN12O U T3G N DU 3L M 7805D 21N 4001D 11N 40010.1uFC 8 0.1uFC 612J35VV C CR 41KL ED 13m mV C C112233445566SW 1SW -D PD T1

13、23J2供供供供供供图1-2-1 单片机学习仪电源电路原理图知识点一知识点一 新建设计文档和设置图纸尺寸及版面新建设计文档和设置图纸尺寸及版面1.新建新建设计文档设计文档 使用 Protel 进行设计之前，可以先创建项目文档，然后可以在该项目下新建各种 设计文档，或添加已存在的设计文档。下面以单片机学习仪电源电路 PCB 项目为例，创建 一个文件名为“Power.PrjPCB”空项目文档。 1）新建单片机学习仪电源电路 PCB 项目文档方法一：如图 1-2-2 所示，在 Home 窗口的“Pick a Task”区中单击“Create a new Board Level Design Proj

14、ect” ，此时将显现如图 1-2-3 所示的项目管理面板“Projects” 。图1-2-2 创建一个新的PCB项目 图1-2-3 项目管理面板方法二：执行菜单命令【File】【New】【Project】【PCB Project】 ，操作过 程如图所示，也将显现如图 1-2-3 所示的项目管理面板“Projects” 。 图 1-2-4 菜单命令建立 PCB 项目文档项目一 单片机学习仪电源电路印刷电路板设计与制作6在图 1-2-3 所示的“Projects”面板中，系统会自动添加一个新的项目文件，默认文件 名为“PCB Project1.PrjPCB” ，并在该项目文件下列出“No Doc

15、uments Added”文件夹。执行菜单命令【File】【Save Project As】 ，则显示另存为对话框，如图 1-2-5 所示。在图 1-2-5 中将该项目保存的默认位置该为指定的位置，即修改系统参数设置时所指 定的文件夹。然后在文件名输入栏内输入文件名为“Power.PrjPCB” ，最后单击按 钮保存，并退出当前对话框。保存完成后的项目管理面板如图 1-2-6 所示。图1-2-5 项目保存对话框 图1-2-6 保存后的项目管理面板PCB 项目文档创建完成以后，就可以在该项目下来设计原理图或 PCB 线路板。 2）新建单片机学习仪电源电路原理图文档 原理图文档（*.schdoc

16、或*.sch）是 Protel 系统下的最基本文档，文档图标是。 无论是进行 PCB 设计，还是进行 PLD（包括 FPGA）设计，都是先从创建原理图文档开始。 可按照以下步骤来创建一个新的原理图图纸： 执行菜单命令【File】【New】【Schematic Sheet】 ，一个名为 “Sheet1.SchDoc”的原理图图纸即出现在设计窗口中，并且原理图文件夹也自动地添加 （链接）到项目。例如，在“Power.PrjPcb”项目下新建一个原理图文档，则该文档自动 列在“Power.PrjPCB”项目的“Source Documents”文件夹下，如图 1-2-7 所示。 执行菜单命令【File】【Save】 ，则显现文件另存为对话框，类似图 1-2-5。将 文件保存到与项目文件相同的文件夹中