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1、 计算机绘图及电路设计 (项目式教学)Protel 99 SE电路原理图与印制电路板设计项目五: 555定时器应用电 路的印制电路板设计西安技师学院项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计认识印制电路板 1进入PCB编辑器工作环境及参数设置2印制电路板设计的基本操作 3创建PCB元器件 5555定时器应用电路的印制电路板设计4【任务目标分析】主要是明确设计印制电路板所必需的知识，如什 么是印制电路板、怎么样进行印制电路板设计；印 制电路板上组件的一些基本知识，如元件封装、铜 膜走线、焊盘、过孔、禁止布线层等。【基本讲解及指导】 一、印制电路板的结构和分类印制电路板的结构是由绝缘板和附着在其
2、上的导 电图形（如元件引脚焊盘、铜膜走线）以及说明性 文字（如元件轮廓、型号、参数）等构成。根据导 电图形的层数不同，印制电路板可以分为以下几类 。任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计v 1单面板：是由一面敷铜的绝缘板构成，其结构如图5-1(a) 所示，一般包括“焊接面”和“元件面”的丝印层两大部分。在 Protel 99SE PCB编辑器中“元件面”被称为“Top”顶层，“焊 接面”被称为“Bottom”底层。单面板的特点是结构简单，生产 成本低，对电路相对简单的电子产品一般采用单面板布线。 v 2双面板：是由两面敷铜的绝缘板构成，其结构如图5-1(b) 所示，
3、它包括底层（焊接面）和顶层（元件面）。由于可以两面 走线，布线相对容易，布通率高，对多数电子产品，如VCD机 、DVD机、单片机控制板等均采用双面板结构。双面板的特点 是价格适中，布线容易，是制作印制板比较理想的选择。 v 3多层板：是由数层绝缘板和数层导电铜膜压合而成，除了顶 层和底层之外，还包括中间层、内部电源层和接地层。在多层板 中，导电层的数目一般为4、6、8、10等，它主要适用于复杂 的高密度布线的场合，目前计算机设备，如主板、显示卡、声卡 等均采用4层或6层印制电路板。如图5-1(c)所示是一典型的4 层印制电路板结构图。任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路
4、板设计图5-1(a) 单面板结构图 图5-1(b) 双面板结构图任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计图5-1(c) 四层电路板结构图从图5-1(c)中可以看出，一个典型的4层印制电路板包括 ：顶层（Top）、两个中间层（Mid）和一个底层（Bottom） 。顶层和底层用于布置印制导线，中间层一般是由整片铜膜构成 的电源层或接地层，层与层之间是绝缘层，用于隔离各个板层， 使之不受干扰。多层板的特点是布线容易，但制作工艺复杂，产品合格率降 低，生产成本高。二、印制电路板上的组件1、元件封装（Footprint）元件封装就是指实际元器件焊接到电路板时，所指示的外观 形状
5、尺寸和焊盘位置。它是一个空间上的概念。因此，不同的元 器件可以共用同一个元件封装，另一方面，同类元器件也可以有 不同的封装形式，如电阻，它的封装形式有：AXIAL0.4 AXIAL0.5 AXIAL0.6等等，只有形状尺寸正确的元器件才能 安装并焊接在印制电路板上。元件封装有以下两大类：任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计(1) 插针式元件（直插式）封装，如图5-2所示。 此类元器件在焊接的时候需要先将元器件引脚插入焊盘 导孔中，然后再焊锡。由于插针式元件（直插式）封装 的焊盘导孔贯穿整个印制电路板，所以在焊盘的属性对 话框中，“板层（Layer）”属性必须设置为
6、“多层板（ MultiLayer）”。任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计图5-2 插针式元件封装实例 (2) 表面贴着式元件（SMD）封装，如图5-3 所示。此类元器件的焊盘只限于表面板层，所以在 焊盘的属性对话框中，“板层（Layer）” 属性必须 设置为单一表面，如“顶层（Top Layer）或“底层 （Bottom Layer）”。任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计图5-3 表面贴着式元件（SMD）封装实例 元件封装编号的一般规则是：元器件类型+焊盘 距离（或焊盘数）+元器件外型尺寸。我们可以根据 元件封装编号来判断封装的种
7、类。如DIP16表示双 列直插式封装，两排各8个引脚；AXIAL0.4表示此 封装为轴状的，两个焊盘间的距离为400mil， RB.2/.4表示有极性电容类封装，引脚距离为 200mil，器件直径为400mil。在Protel 99SE中，有许多常用的元器件并没 有定义元件封装形式，需要我们自己去指定，下面列 出了常用元件的封装形式说明（见表5-1）。任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计2、铜膜走线（Track）铜膜走线就是用于连接各个焊盘的导线，也简称走线。它是 印制电路板中最重要的部分，几乎所有
8、的印制电路板的设计工作 都是围绕如何走线进行的。一般铜膜走线在顶层走水平线，在底 层走垂直线。而顶层与底层走线之间的连接采用过孔连接。如图 5-4所示。任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计图5-4 铜膜走线（双面板）的实例 另外，还有一种与铜膜走线密切相关的线叫飞线， 如图5-5所示。飞线是系统在引入网络表以后，根据电 路原理图中网络的连接情况生成的用来指示布置铜膜走 线的一种连接。任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计图5-5 飞线的实例3、焊盘（Pad）： 焊盘的作用是放置焊锡，连接 铜膜走线和元器件引脚。其具体外型如图5-6所示。
9、任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计图5-6 焊盘的类型4、过孔（也称为金属化孔）过孔（Via）的作用是用于连接不同板层间的铜 摸走线。过孔有三种类型：即穿透式过孔、半隐藏式过孔 和隐藏式过孔，如图5-7所示。任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计图5-7 过孔的种类5禁止布线层（Keep Out Layer）禁止布线层用于确定电路板的尺寸和布线的范围 。6丝印层（Overlay）丝印层用于书写文字、元件参数说明等。丝印层 又分为顶层丝印层（Top Overlay）和底层丝印层 （Bottom Overlay）。7机械层（Mechani
10、cal）机械层用于放置指示性文字，如电路板尺寸。任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计三、如何设计印制电路板在计算机上利用Protel 99来设计印制电路板有以 下两种方法：1、手工布线法： （1）进入（PCB）编辑环境，人工确定电路板的层 面和尺寸； （2）人工放置元件的封装； （3）调整元件封装的布局； （4）根据原理图，人工放置铜膜走线和标注； （5）存盘或打印文件。任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计2、自动布线法（利用原理图自动设计印制电路板）（1）使用原理图编辑器设计电路原理图，产生网 络表（Netlist）； （2）进入（
11、PCB）编辑器，确定电路板的层数、 尺寸等参数； （3）加载网络表； （4）自动布局元件与人工调整元件相结合，将元 件合理地分布在电路板上； （5）设置自动布线规则，进行自动布线； （6）手工修改走线以及调整元件标注；（7）存盘或打印文件。 任务一 认识印制电路板项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计【任务目标分析】主要对PCB编辑器界面有了一个基本的认识， 掌握了如何设置PCB编辑器工作环境，例如窗口的 缩放、印制电路板板层和栅格的设置、环境参数对 话框的设置等。【基本操作讲解及指导】 一、进入PCB编辑器工作环境在Protel 99状态下，单击“File”菜单下的 “New”命令，在
12、出现的对话框中，用鼠标左键双击 “PCB Document”文件图标，即可创建新的PCB 文件，打开该文件即可进入印制电路板（PCB）编 辑器。如图5-8所示，该界面主要由以下几部分构成 。任务二 进入PCB编辑器工作环境及参数设置项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计任务二 进入PCB编辑器工作环境及参数设置项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计图5-8 印制电路板（PCB）编辑器窗口v 1菜单栏：包含了“File”（文件）、“Edit”（编辑 ）、“View”（浏览）、“Place”（放置）、 “Design”（设计）、“Tools”（工具）、“Auto Route”（自动布线
13、）等菜单。 v 2主工具栏：与原理图编辑器相似，在印制电路板 编辑、设计过程中，除了可以使用菜单命令操作外， PCB编辑器也将一系列常用的菜单命令以工具按钮形 式罗列在“主工具栏”内，用鼠标单击“主工具栏”上的 某一“工具”按钮，即可迅速执行相应的操作。 v 3、 PCB管理器（Browse PCB）该管理器用于电 路板中元件封装库（Library）、网络（Nets）、 网络分类（Net Classes）、元件、元件分类（ Component Classes）的管理。任务二 进入PCB编辑器工作环境及参数设置项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计v 4放置工具栏：放置工具栏内的工具名称如
14、图5- 9所示 任务二 进入PCB编辑器工作环境及参数设置项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计图5-9 放置工具栏内的工具v 5、板层切换标签：在编辑区下方显示了目前已打开的工作层和当 前所处的工作层（用鼠标单击板层切换标签可以切换 板层）。 v 6印制板编辑区：印制板编辑区内显示的栅格线是第二栅格线， 大小为1000mil，即25.4mm。在Protel 99SE PCB编辑器中，可以选择英制（单位为mil）或公制 （单位为mm）两种长度计量单位，彼此之间的换算 关系如下：1mil=0.0254mm 10mil=0.254mm100mil=2.54mm 1000mil(1英寸)=25
15、.4mm任务二 进入PCB编辑器工作环境及参数设置项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计二、电路板参数的设置1、电路板板层和栅格的设置使用Design/Options菜单命令进入电路板板层和栅格的 设置，如图5-10所示。任务二 进入PCB编辑器工作环境及参数设置项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计图5-10 Design/Options菜单中的Layers页面 （1）Layers页面：该页面主要是用于电路板板层的设置，在此 页面中可进行以下几个部份的设置。1) Signal Layer：信号层。 2) Internal Plane：内部电源/接地层。 3) Mechanical
16、 Layer：机械层。 4) Masks: 掩膜。包括有 Solder Mark： 阻焊层和Paste Mark：锡膏层。 5) Silkscreen：丝印层。 6) Others（其它层），包括有以下各层：Keep Out Layer：禁止布线层。Multi Layer：多层。 Drill Layer：钻孔位置层。7) System（系统设置）： 任务二 进入PCB编辑器工作环境及参数设置项目五 555定时器应用电路的印制电路板设计（2）Options页面：该页面主要是用于栅格的设置 。执行Design/Options菜单命令，在调出如图 5-10所示的对话框中按“Options”标签，打开 Options页面设置对话框（如图5-11所示）。 任务二
