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1、电气CAD和软件实用教程,第二篇 电子CAD制图与实训,3,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,9.1 学习要点 1、掌握层次原理图的概念和设计方法。 2、熟练应用原理图的高级编辑技巧。 3、进一步掌握PCB的设计。,4,9.2 项目描述 1、将图9-1所示的数据采集器的电路设计成层次电路，并设计出图9-2所示的双面PCB。 2、抄画图中的元件必须和样图一致，如果和标准库中的不一致或没有，要修改或新建。 3、选择合适的封装，如果和标准库中的不一致或没有时，要修改或新建。 4、将创建的元件库应用于制图文件中。 5、选择合适的电路板尺寸制作电路板，要求选择符合国家标准。,实训项目9 数据采集器P
2、CB板的设计,5,9.3 项目实施 任务：绘制数据采集器PCB板。,1、新建工程 新建PCB工程项目，命名为“数据采集器.Prjpcb”，并保存，如图9-3所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-3 新建PCB项目窗口,6,2、编辑子图文件 （1）绘制电源模块。选择【File】【new】【Schematic】命令，新建原理图文件，命名为“电源模块.SchDoc”并保存，在原理图上放置元件并连线，如图9-4所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-4 电源模块子图,7,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,（2）处理模块的绘制。选择【File】【new】【Schematic
3、】命令，新建原理图文件，命名为“处理模块.SchDoc”并保存，在原理图上放置元件并连线，如图9-5所示。,图9-5 处理模块,8,（3）用同样的方法绘制输入和显示模块的子图，分别如图9-6、图9-7所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-6 输入模块子图,9,（3）用同样的方法绘制输入和显示模块的子图，分别如图9-6、图9-7所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-7 显示模块子图,10,3、由子图文件生成方块电路 所有子图都画完后，在同一项目下新建原理图文件，命名为“母图.Schdoc”，并保存。 (1) 选择【Place】【Sheet Symbol】或在工具栏中点
4、击【Place Sheet Symbol】 按钮，如图9-8所示。点击左键确认右键取消。按下【Tab】键修改图纸符号属性，标示符和文件名改为“电源”，如图9-9所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-8 方块电路放置,图9-9 图纸符号属性对话框,11,（2）用同样的方式放置其他三个电路，如图9-10所示,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-10 放置所需图形符号,12,（3）放置图纸入口，选择【Place】【Sheet Entry】或在工具栏中点击【Place sheet entry】 按钮，如图9-11所示。按下【Tab】键修改图纸入口属性，改变名称，如图9-12所示。
5、,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-11 放置图纸入口,图 9-12 图纸入口属性对话框,13,（4）放置总线连接，选择【Place】【Bus】或在工具栏中点击【Place Bus】 按钮，如图9-13所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图 9-13 母图总线放置,14,（5）放置网络标签，选择【Place】【Net Label】或在工具栏中点击【Place Net label】 按钮，如图9-14所示。按下【Tab】键修改网络标签属性，如图9-15所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图 9-14 放置网络标签,图9-15 网络标签属性,15,（6）最后，调整端口
6、的位置，将相同名称的端口用导线或总线连接起来。端口为总线端口要用总线相连，并放置总线的网络标号。连线后的母图如图9-16所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-16连线后的母图,16,4、生成层次结构 （1）执行菜单命令【Project】【Compile PCB Project 数据采集器.PRJPCB】，编译项目，如图9-17所示，会弹出【Messages】窗口，如图9-18所示，按照前面章节所讲，修改错误。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图 9-17 编译项目对话框,图9-18 【Messages】窗口,17,（2）执行菜单命令【Reports】【Report Proj
7、ect Hierarchy】，系统就会生成设计层次报表数据采集器.REP文档，并自动添加到当前项目中。 （3）双击打开该文件，可打印该层次报表。 5、生成项目的网络表 打开母图，执行菜单命令【Design】【Netlist For Project】【Protel】，会在“Generated”文件下生成网络表文件“数据采集器.NET”，双击可以浏览本项目的网络表文件。 6、设计完成 最后保存所有文件及项目，层次原理图设计完成。 7、建立新模板 选择【File】【new】【PCB】命令，如图9-19所示。将PCB文件添加到PCB项目中。完成后保存PCB文件，命名为“数据采集器.PcbDoc”。如图
8、9-20所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,18,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-19新建PCB文件,图9-20 添加PCB文件到PCB项目,19,8、导入网络表 参照项目二导入网络表和元件加载到电路板中，如图9-21所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-21 载入网络表和元件后的PCB,20,9、元件手工布局及调整 （1）通过Room空间移动元件。执行菜单命令【Tools】【Component Placement】【Arrange Within Room】，移动光标至电源模块的Room空间内，单击鼠标左键，元件自动按类型整齐地排列在Room空间内，单击鼠标
9、右键结束操作，如图9-22所示。其余三模块同理。最后，执行菜单命令【View】【Refresh】。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-22 拖动Room空间图,21,（2）手工布局调整。元件调入Room空间后，删除Room空间，开始手工布局调整。用鼠标左键点住元件不放，拖动鼠标可以移动元件，移动中按“空格”键可以旋转元件，按照布局原则完成布局。布局后，调整元件标识信息的位置，使之不要在焊盘、过孔和元件下面。 选择所有元件，执行【Edit】【Align】【Move All Components Origin to Grid】命令，将元件移动到网络点上。 10、调整机械边框的大小。 选择
10、100mm130mm。最后手工调整好的PCB板如图9-23所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-23 手工调整好的PCB板,22,11、PCB布线规则设置 （1）线宽选择：+5V和GND网络的线宽为60mil，+12V和-12V网络的线宽为30mil，其余信号线线宽为10mil。 （2）对于晶振电路，禁止在晶振电路周围以及对层走信号线，在对层设置覆铜。 （3）执行【Design】【Rules】命令，弹出PCB规则和约束编辑器【PCB Rules and Constraints Editor】，将【Clearance】设为“8mil”；如图9-24所示。在【Routing】【Wid
11、th】中新建GND、+5V、+12V、-12V网络的线宽，并设定GND的优先级最高，+5V、+12V、-12V依次降低，其余信号线优先级最低；如图9-25所示。 12、自动布线 执行菜单命令【Auto Route】【All】屏幕弹出【Situs Routing Strategies】对话框，选中对话框下方的【Lock All Pre-routes】复选框，锁定全部预布线，单击【Route ALL】按钮进行自动布线，如图9-26所示。 【Messages】提示框中显示有自动布线的状态信息，从中看出电路布通率为100。此时的PCB板自动布线结果如图9-27所示。手工布线调整后的PCB图，如图928
12、所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,23,13、设计规则检查（DRC） 执行【Tools】【Design Rule Check】命令，屏幕弹出【Design Rule Checker】对话框，单击【Run Design Rule Check】按钮进行检测，如图9-29所示。系统弹出【Messages】窗口，如果有错误将在窗口中显示错误信息，同时在PCB上高亮显示违规的对象，并生成一个报告文件。有错误时，需要修改。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-29 【Design Rule Checker】对话框,24,14、泪滴化焊盘 执行菜单命令【Tools】【Teardrop】，
13、单击【OK】按钮，系统自动添加泪滴,如图9- 30所示。添加泪滴的PCB板如图9-31所示。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图9-30 泪滴焊盘对话框,25,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,图931 添加泪滴的PCB,26,9.4 相关知识点 9.4.1层次电路设计概念,1、层次原理图的概念 为了解决大型电路原理图没法画下来的问题，可采用层次原理图的设计思想，层次原理图的设计方法代表了当前电路设计的潮流，Protel 提供了强大的层次原理图功能。层次原理图的设计思想是将整张大图按功能分割成若干较小的子图，子图还可以向下细分。同一个项目中，可以包含多个分层的多张原理图。 因此，层次
14、电路原理图设计又被称为化整为零、聚零为整的设计方法。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,27,9.4 相关知识点 9.4.1层次电路设计概念,2、层次电路的构成 （1）子图。该原理图中包含与其他原理图建立电气连接的输入/输出端口。 （2）母图。母图中包含代表各子图的图纸符号，各子图之间的连接通过各模块电路的端口来实现。通过母图，可以很清楚地看出整个电路系统的结构。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,28,9.4.2层次电路的设计方法,层次电路的设计主要有自上而下和自下而上两种设计方法，也可混合使用两种方法。其中自下而上的设计方法比较直观。 1、自上而下设计层次电路 层次原理的自上而下设
15、计方法是指将电路方块电路生成电路原理图，在绘制原理图之前对电路的模块划分比较清楚。在设计时首先设计出包含各电路方块电路的母图，然后再由母图中的各方块电路图创建与之对应的子电路图。 设计思想：新建PCB工程项目绘制母图从方块电路生成子图编辑子图生成层次结构。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,29,9.4.2层次电路的设计方法,1）建立母图“*.Sch DOC”：在主菜单中选择【Place】【Sheet Symbol】命令，单击键盘上的“Tab”键，改变“Sheet Symbol”的属性，放置母图中所需的子图符号；再选择【Place】【Add Sheet Entry】，按“Tab”键修改端口
16、属性，按要求放置；最后连线完成母图。 2）由子图符号建立子图“*.Sch DOC”：在主菜单中选择【Design】【Create Sheet From Sheet Symbol】命令，单击某个子图符号，系统自动在项目中新建一个名为“*.Sch DOC”的原理图文件置于母图文件下层。在子图文件中自动布置与母图中相关子图符号一致的端口。最后在新建的子图中绘制完整的原理图。,实训项目9 数据采集器PCB板的设计,30,9.4.2层次电路的设计方法,2、自下而上设计层次电路 自下而上设计方法中，首先设计出下层基本模块的子原理图，子原理图设计和常规原理图设计方法相同，然后在母图中放置由这些子原理图产生的方块电路，层层向上组织，最后生成总图
