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1、制作人: 黄明亮,电子CAD (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,四川仪表工业学校,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
2、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,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。 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，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
3、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。 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
4、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：AX
5、IAL0.4 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“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
6、（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
7、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
8、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。,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
9、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（Mechanical） 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
10、 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（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
11、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）
12、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,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）等菜单。 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
13、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。 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,4放置工具栏：放置工具栏内的工具名称如图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,5、板层切换标签：
14、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）。 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=0.254mm 100mil=2.54mm 1000mil(1英寸)=25.4mm,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Des
15、ign/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 Layer：机械层。 4) Masks: 掩膜。包括有 Solder Mark：阻焊层和Paste Mark：锡膏层。 5) Silkscre
16、en：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 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5-11 Options页面,在图5-11“Grids”栏中设置栅格尺寸，有捕捉栅格尺寸和元件放置时使用的栅格尺寸设置。 在图5-11“Electrical Grid”栏中的设置有：(1)电气栅格搜索半径；(2)栅格类型分为L
