新编电子单片机数据采集系统PCB板制作

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1、单片机数据采集系统PCB板制作本项目学习目标本项目以制作单片机多路数据采集系统PCB板为例，介绍双 面板的制作技巧和编辑修改方法，以达到以下学习目标：知识目标u 了解手工绘制电路板边框的方法。技能目标u掌握自制元件库的添加和自制封装元件的调用方法。u掌握补泪滴操作方法。u掌握PCB制板技能的综合应用，提高实际制板能力。本项目内容介绍本项目将综合前面各章所学知识和技能 ，以实例形式讲解PCB双面板制作的完 整过程，包括从原理图制作出发，一直 到PCB板最终制作完成。要求在原理图 中调用自己制作的原理图元件，在PCB 板中使用自己制作的元件引脚封装，是 对前面各章节知识和技能的一次综合和 演练。

2、任务二 引用自制PCB元件引脚封装 一、单个元件引用自制PCB元件引脚封装 1. 打开原理图元件属性设置对话框。单击【追加 】添加按钮 选择添加新模型类型 弹出如图所示选择 新模型类型对话框 ，在模型类型【模 型类型】下拉列表 框中选择【 Footprint】，添加 引脚封装模型，点 击【确认】按钮。 3. 浏览封装库 封装库浏览 选择数码管封装库和需要的引脚封装4. 选定新封装 数码管已经修改为自制的引脚封装“ZZDIP10” 二、 利用全局修改功能修改多个 元件引脚封装 如果要同时修改很多元件的引脚封装，再采 取以上方法逐个进行修改，势必速度很慢， 效率不高。此时我们可以利用 2004提

3、供的全局修改功能，一次性修改同一类元件 的引脚封装。 2004提供的全局修改功能可以先选取 具有某些特征的同一类元件，然后对选取的 元件进行某些参数的修改。此处我们利用全 局修改功能同时修改三极管的引脚封装，方 法如下。 1. 选中某个元件1.打开原理图文件，单击其中的一个三极管（ 如Q1），使其处于点击选中状态，如图所示 。执行 【查找相似对象】菜单命令单击鼠标右键，将 弹出浮动菜单，如 图所示，执行 【查 找相似对象】菜 单命令 弹出查找相似对象设置对话框 在图中设置欲查找 对象的特征，如此 处想查找所有的 PNP三极管，所以 我们将库参考名称 Library Reference项 设置为

4、【Same】相 同的，表示将查找 所有的PNP三极管 3. 进行全局查找 点击【确认】按钮，进行全局查找后，所有PNP型 三极管处于选中状态，被突出显示，而其它元件 被蒙板覆盖，如图所示，以便于后面的修改操作 。 4.修改三极管封装 在当前封装【 Current Footprint】栏中 输入自制的三极 管封装 “ZZBCY1”，然 后按回车键进行 修改操作。 封装已经全部修改 关闭Inspect对话框，双击图中任一三极管（如Q4 ），弹出如图属性对话框，可以看到封装已经全 部修改为自制的引脚封装“ZZBCY1”。 6. 取消其它元件的蒙板覆盖状态。 单击【清除】清除按钮，取消其它元件 的蒙板

5、覆盖状态。 注意：利用全局修改功能修改元件的引 脚封装后，必须将元件引脚封装所在的 库文件添加到当前库中，否则在后面更 新PCB板时无法调入该元件的引脚封装 。 一、新建PCB文件 根据元件的数量和体积，可以大约估算电路板的面 积，确定电路的长、高尺寸，经过分析，确定本电 路板长、高参考尺寸为：80140mm。可以利用前 面介绍的向导方法新建PCB文件和规划电路板尺寸 。 任务三 产生网络表、载入PCB引脚封装 二、 载入元件引脚封装与网络 1. 打开已经绘制好电路板边框的PCB文件，执行如 图所示的菜单命令【设计】/【Improt Changes From】，弹出如图11.20所示的导入工程

6、变化对话框。导入原理图变化对话框 执行更新载入各封装元件和网络连接 载入电路板的PCB引脚封装 任务四 元件布局 元件载入PCB板后，就可以根据元件的 布局规律仔细调整元件的位置了，一 般采取先自动布局再手工调整的方法 ，但由于本项目元件较多，自动布局 的效果不理想，所以直接采取手工布 局的方法分部分进行，先对显示部分 display块进行布局。PCB板元件位置的 调整方法和原理图中元件位置的调整 方法基本相同。 一、显示部分元件布局 整体移动display块删除display块符号 2. 核心元件的布局 对数码管进行初步布局 元件对齐和均匀分布操作方法 （1） 初步调整元件的位置和排列顺序。

7、 全部选中要调整的元件，按鼠标右键弹出浮 动菜单，如图所示，执行菜单命令【排列 】/【排列】。 弹出对齐元件对话框执行菜单命令【排列】/【排 列】，将弹出如图所示 的元件排列对话框，分别 在水平和垂直方向设置操 作命令。如本例中设置水 平方向为【等距】，即均 匀分布，垂直方向为【底 】，即底部对齐数码管排列效果 3. 锁定元件 解除锁定状态提示：元件位置锁定后，在工作区中对该 元件的操作就不起作用了。如果用户要 再次移动该元件的位置，只有再次双击 打开该元件的属性对话框，将【锁定】 复选框不选中。显示部分布局效果 元件编号调整后的效果 小技巧：自动调整元件文字位置。元件编号和参数可以手工逐个调

8、整，为了加快调整 的速度，可以利用编辑器的自动调整元件文字位 置功能进行快速调整，下面以调整图中数码管的 编号为例讲解具体方法。 选择编号要放置于元件的位置先选中要调整编号的 元件，如图中的数码 管，右键弹出浮动菜 单,执行【排列】/【定 位元件文本位置】菜 单命令，弹出如图所 示的调整元件文字位 置对话框，选择编号 要放置于元件的位置 调整好的数码管编号 二、其它方块电路元件布局 任务五自动布线 一、设置布线参数执行【设计】/【规则】菜单命令， 设置各项参数。其中最关键的参数有 【Width】导线宽度和【Routing Layers】布线层面，其它参数采用默 认值即可。 导线规则设置 导线宽

9、度：一般导线宽度【Width】选【全部对象】 ，设置宽度为8mil；电源【VCC】和【GND】网络 设置较宽，为12mil设置双面板的布线层 二、 自动布线 执行菜单命令【自动布线】/【全部对象】菜单命令 ，将弹出自动布线策略选择对话框，选用默认选项 【Default 2 Layer Board】，点击【Route All】 布所 有导线按钮，PCB板编辑器开始自动布线。自 动 布 线 结 果 任务六 手工修改双面板导线 由于自动布线时，系统片面地追求布通率， 不可能考虑实际电路板电气特性方面的要求 ，因此对于一个电路较为复杂、元件较多的 电路板而言，自动布线后的结果总会存在一 定的不足和缺陷

10、，所以必须仔细的检查和修 改，从而使制作的电路板既美观、又能满足 电气特性的要求，同时便于安装和调试。 如图所示，电路板中虽然导线均已连接，但 部分导线弯曲过多，绕行过远，同时地线和 电源线一般要求靠近电路板边缘，修改如下 。 一、 调整显示模式，分析自动布线结果 在默认情况下，PCB编辑器采用复合显 示模式显示所有用到的层面，但在分析 自动布线结果时，用户希望将精力集中 在布线层面上，而对于元件布局、编号 、参数、元件外形等信息暂时不必考虑 ，可以隐藏起来，以便于更好的分析走 线情况。 修改为单层显示模式 如果希望单层显示各 层的信息，如顶层 的布线效果，可以 执行【工具】/【优 先设定】菜

11、单命 令，弹出如图所示 的修改编辑器参数 对话框，选择显示 【Display】标签， 选中【单层模式】 复选框，将PCB编辑 器显示模式修改为 单层模式。 分 析 顶 层 导 线 绕行过远弯曲不美观绕行过远分 析 底 层 导 线 绕行过远绕行过远绕行过远尖角弯曲二、调整显示层面，规划修改方案 虽然单层显示模式下，可以单独对各布 线层进行分析，找出要修改的导线，但 对于双面板而言，导线修改时要同时兼 顾顶层和底层的导线，才能确定修改方 案，所以我们采取调整显示层面的方法 ，同时显示顶层和底层的走线，而将顶 层丝印层隐藏起来。 1. 将显示模式恢复为多层复合显示模式 ，即取消【单层模式】复选框的选

12、中状 态。 隐藏顶层丝印层 隐藏顶层丝印层后的显示效果 三、 修改导线 分析需修改的导线在导线修改过程中，某 些导线如果仅在同一层 面上走线，可能因为同 层面其它导线的阻挡而 不便或无法布通导线， 如图中的导线1。因此在 必要的地方还需添加过 孔，改变导线的层面避 开同层导线，以便于弯 曲导线的修改。 要修改的弯 曲导线1 同一层阻挡其 走线的导线2 （1）撤销原导线1 在该处放置过孔 ，但位置太窄 将导线3外移， 并修改弯曲处 （1）撤销原导线1。执 行【工具】/【取消布线 】/【连接】命令，出现 十字光标，将其对准导 线1，点击鼠标左键即 可撤销该导线，如图所 示 (2)规划导线修改方案重

13、新绘制导线3 修改好的导 线3放置过孔 新放置的过孔设置过孔的网络属性 绘制底层导线 新绘制的底层导线绘制顶层导线 新绘制的顶 层导线2. 走线过程中改变导线层面 导线1和导线2位于同一层面 同层导线2 导线1导线1在走线过程中遇到同顶层导线2，为了继续 走线，必须改变层面，可以在绘制过程中需要 改变导线层面的位置，按Tap键，弹出如图所示 的【交互式布线】交互式走线对话框。 光标中心出现过孔 导线1改变层面，穿过导线2 修改好的导线 任务七 补泪滴 在电路板中，为了提高布通率，许多导线 的宽度较小，而焊盘的面积却较大，如果 以等宽度导线进入焊盘或过孔，势必造成 电路板在元件焊接、装配、维修过

14、程中， 应力集中于焊盘和导线的连接处，极易形 成裂纹和焊盘翘起，影响电路板的焊接质 量，形成虚焊。该现象在单面板中尤为突 出，为了在加工和焊接时分散应力，我们 可以在窄导线进入焊盘和过孔时，逐步加 大导线宽度，形成泪滴状，从而有效的分 散应力，防止焊盘脱落虚焊。制作泪滴状 导线的操作就称为补泪滴。具体方法如下 ： 1. 选择对象 选择要补泪滴的导线或网络，可以 根据导线的粗细，选择需要补泪滴 的导线。执行【编辑】/【选择】选 择菜单下的各子菜单命令，进行各 种不同的选择操作，如果是对所有 焊盘和过孔都进行补泪滴操作，则 可以不用选择对象。 2.补泪滴 执行菜单命令【工具】/【泪滴焊盘】 ，弹出

15、 如图所示的补泪滴选择对话框，左边选择操作 的对象，右边选择操作动作和泪滴类型。 补泪滴效果 任务八覆铜一、添加电源、接地端、安装孔并覆铜为了便于电源的输入，可以添加电源、接地焊盘， 并连接到相应网络，为了电路板的固定和安装，可 以添加安装孔。同时为了进一步提高电路板的抗干 扰、导电能力，以及导线对电路板的粘附力，对电 路板中的大面积无导线区域和对干扰较敏感的区域 进行地线和电源线覆铜，具体方法请参考项目九， 最终效果如图所示。 10.9.2 添加电 源、接地端 、安装孔并 覆铜 安装孔接地端GND覆铜VCC覆铜本项目小结 本项目综合前面各项目所学知识点和技能，讲 解制作单片机多路数据采集系统PCB板的全部 过程，重点介绍了如何添加、引用PCB引脚封 装，双面板导线的手工修改方法，补泪滴操作 等，本项目是对前面各项目知识和技能的一次 综合演练。