课程设计（论文）
课程名称电子线路CAD设计 题目名称51简单系统板 学生学院信息工程学院 专业班级应用电子技术 学 号31140024 学生姓名吴升佳 指导教师罗思杰老师
2015 年 11 月 05 日
一、电路设计任务与要求。
1.熟悉原理图编辑器的功能与使用方法；掌握原理图元件及元件库的使用，元件的放置与编辑、电路原理图的设计以及报表、原理图输出等技巧与方法。
2.熟悉印制电路板的设计流程，掌握元件封装库的使用和元件封装的放置方法。
3.掌握PCB绘图工具的操作使用方法和PCB设计规则。 4.掌握布局和布线等印制电路板的设计知识。 5.掌握PCB报表的生成和PCB图打印输出方法。 6.掌握印刷电路板的设计流程。
7.要求电路满足：包含IC芯片4个(每个IC的管脚不少与8个)以上；电容不少于10个；电阻不少于10个；连接器1~3个；其它元器件若干。（设计PCB板时要考虑的问题：电路板的形状、大小尺寸，单面板还是双面板；IC要考虑封装形式（如DIP/SDIP/SOP），放置IC时要考虑位置、方向；电路板的电源及接线形式等等。具体见附件PCB布局技巧）。 二、1.电路原理图简述。
本原理图是一个STC系列的简单系统板。 1 ○
其中处理器为STCC52，其具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STCC52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。同时连接了一个12MHz晶体振荡电路和一个电阻电容复位电路。 2 ○
USB端口集供电、通讯一体，可通过CH340T转接芯片进行MCU与PC的通讯。CH340是一个USB总线的转接芯片，实现USB转串口；进而实现PC端给单片机下载程序。同时连接了一个12M晶体振荡电路和线性稳压电路（LM1117）。 3 ○
DS1302是具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片，其可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。DS1302连接有+3V的备用电源，在主电源关闭的情况下也能保持时钟的持续运行。 4 ○
128液晶显示模块是128×点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及X256点阵显示RAM（GDRAM）。与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。具有
多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。 5此外还有电源滤波电路。 ○
2.PCB图设计主要步骤。
1创建Integrated library，并在其库下分别创建Schematic ○
library和PCB library且保存；利用元器件设计工具绘画元器件并保存在之前创建的元器件库里；绘制完所有所需元器件后，绘制PCB封装图，绘制封装图需严格对照实物尺寸，因此可上立创商城或者上网下载常用的封装库进行copy；打开Model Manager对元器件和封装进行一一对应；生成集成库并导入library。
2创建PCB Project，并在其目录下创建Schematic和PCB；利用原○
理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表；将Schematic更新到PCB.PcbDoc。
3进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，○包括设置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值；规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。在绘制电路版地边框前，要将当前层设置成Keep Out层，即禁止布线层。
4对元器件进行手动布局。零件布局，应当从机械结构散热、电磁干○
扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。先布置与机械尺寸有关的器件，并锁定这些器件，然后是大的占位置的器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。
5布线。设置布线的各个规范(使用层面、各组线宽、过孔间距、布○
线的拓朴结构等部分规则) ，即布线规则；进行手动布线。 3. 敷铜、焊盘处理的操作过程。
1完成了布线之后，○因为走线较细，在线与焊盘之间的连接比较脆弱，一般会在这个过渡段增加一个泪滴状的过渡，避免PCB板在加工钻孔的时候，该位置容易出现应力集中面撕裂。Tools –TeadropsOptioms–OK。
2为了增加系统的抗干扰能力，○一般最后往往会在底层把铜膜与地相连，即敷铜。Place – Polygon Pour –选择Solid、层为Bottom Layer、Net为GND – GND – 选择敷铜范围。 3、功能分析。
本原理图可通过下载程序实现对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，并且利用液晶显示；同时模块相对，理论上不受硬件连接的，且主芯片留有插针，自由度高，可以能过连接外设实现强大整体功能。 三．问题与讨论
1.试述PCB图的设计流程。在设计电路原理图和PCB设计时需注意的哪些问题和细节？
1规划电路板:单击“Keep-Out Layer”（1）PCB图设计流程的简述：○
层，该层为禁止布线层，一般用于设置电路板的电气边界。画出PCB2加载图的大体边界（摆放好元件封装后需要进一步的调整边界）。○3手动原理图元件封装：执行Design----Import Changes From命令。○4自动/手动布线：执行Auto Route前，需添加布线规布局元器件。○
则，改变布线规则可以点进入Routing Rules。在Width里添加VCC和GND规则，线宽比一般导线大一些。设计顶面和底面的走线方向，点Rout All开始自动布线。自动布线还需手工调整布线：将不满意的布线删除，然后手动布线，修改后对布线通与否进行检查。
（2）设计PCB时需注意的问题：在选择元件封装时应注意该封装是否已过时；按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开；布局时应将发热大和需要外接输入与输出的元件靠边放；所有IC元件单边对齐，封装方向一致，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向，出现两个方向时，两个方向互相垂直；注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线。
2.电路的元件自动布局要做那些准备工作？执行自动布局的命令有
那些？元件自动布局有那些局限性？
（1）布局好原理图，连好电源线以及自动布局参数设置；Tools—Component Placer—Auto Placer。（2）自动布局方式有两种:“Cluster Placer”(成组布局方式)和“StatisticalPlacer”(统计布局方式)。执行自动布局菜单命令；“Cluster Placer”是成组布局方式。这种方式按照电气连接关系将元件分成组，并连接成元件串，最后在规划好的布局区域内，虽然可以加快元件的自动布局速度,但对电路的优化工作很少。这种方式适用于元件较少的电路，且前面所设置的自动布局参数，只有在这种方式下才有效。 “Statistical Placer”是基于统计的布局方式。其原则是保证连线的长度最短。（3）自动布局完成后，我们发现自动布局往往不如人意，有时系统在自动布局时没有充分利用布局区域的空间，而且元件布置不太合理，有的区域太密等，根本不符合电路的工作要求，我们不能完全依赖程序的自动布局，往往需要重新对元件布局进行手工调整。尤其是在单面板的设计中，元件布局的合理性将直接影响到布线工作是否能够完成，同时也涉及到电路是否能正常工作和电路的抗干扰等问题，因此对元件布局进行手工调整是十分必要的。
3.电路的自动布线要做那些准备工作？执行自动布线的命令有那些？自动布线有那些局限性？若需局部手动布线,应如何操作?
（1）自动布线之前要进行自动布线规则的设定。自动布线的规则主有Clearance Constraint（安全间距），Routing Corners（布线转角），Routing Layers（布线板层），Routing Priority（布线次序），Routing Topology（布线的拓朴结构），Routing Via Style（导孔型式）， SMD Neck-Down Constraint(SMD焊盘颈状收缩)，SMD To Corner
Constraint(SMD焊点)，SMD To Plane Constraint(SMD到内部电源层的间距)，Width Constraint（走线线宽）。（2）自动布线方式既可以进行全局布线，也可以对用户指定的区域、网络、元件甚至是连接进行布线，用户可以根据需要选择最佳的布线方式。执行auto route——根据需要选择下面的命令布线：“All”方式表示系统完成所有的布线工作，无需用户中途干预;“Net”方式表示由用户指定逐个网络进行交互式的自动布线，每指定一个网络，就给该网络布线；
“Connection”方式表示由用户指定逐个连接进行交互式的自动布线，每指定一个连接关系，就给该连接布线;“Component”方式表示由用户指定元件来进行交互式的自动布线，每指定一个元件，就给该元件的所有引脚布线;“Area”方式表示由用户划定区域来进行交互式的自动布线，每选择一个区域，系统就给该区域的所有元件的引脚布线。（3）自动布线功能很强大，在布线环节上我们是省了很多功夫，但最后导致的结果是后面焊锡的时候但我们手工工艺达不到，在顶层器件引脚下的焊盘我们就焊不上，直接就导致整个制作失败。（4）手动布线：走线角度设为四十五度；顶层红线横走，底层蓝线竖走；边缘集中走线，红线蓝线不重叠；地线最后走，电源线尽可能粗；使用快捷键加过孔和后退。
4.简述敷铜的意义，在PCB图中如何放置敷铜？
PCB的敷铜一般都是连在地线上，增大地线面积，有利于地线阻抗降低，使电源和信号传输稳定，在高频的信号线附近敷铜，可大大减少电磁辐射干扰。总的来说增强了PCB的电磁兼容性，提高板子的抗干扰能力。
四、原PCB打印图
PCB修改图
元件网络报表。
Footprint BATTERY CAP Designator B1 C1, C2, C3, C4, C7, C8, C9, C10, C13, C14, C15 CAPPOL CAP POL CAP POL C5, C6, C11, C12 DIODE DIODE DIODE D1 PIN-W2/E2.8 Fuse 2 Fuse 2 F1 USB USB USB J1 RES1 RES1 RES1 R1, R4, R5, R6, R7, R8 RES3 RES3 RES3 R2 RESPACK RESPACK RESPACK R3 NPN9014 NPN9014 NPN9014 T1 CH340T CH340T CH340T U1 SIP20 128 SIP20 U2 STCC52 STCC52 STCC52 U3 DS1302 DS1302 DS1302 U5 LM1117_3.3 LM1117_3.3 LM1117_3.3 U6 XTAL12M XTAL12M XTAL12M X1,X3 XTAL32768 XTAL1 XTAL1 X2 Comment BATTERY CAP LibRef BATTERY CAP Quantity 1 11 4 1 1 1 6 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 36 四、心得体会。
本次课程设计名称为电子线路CAD设计，具体为设计一个符合要求的PCB板。对于这次实验我用的软件版本是Altium Designer 10.0。 通过绘制元器件、封装图，再到原理图、更新到PCB，再到布局、布线，我不断地熟悉这个软件，发现上手这个软件并不困难但却十分繁琐。它一次又一次地精神摧毁，让我几度迷茫；同时却也不断地激起我的好胜心，让我沉浸其中，只觉非把它做出来不可。经过三天的苦战，我终于做出了一个接近完整的作品，但其中也存在着我所不知的缺陷，以及诸多不如人意的地方。后来经过罗老师的验收，我做出了许多更正：在PCB板的四周添加了四个安装孔；将稳压芯片LM1117的封装由贴片改为直插式；布局做了修改，把各个晶振移动到其所对
应的芯片，大大减少晶振与芯片之间距离，减少干扰，以保证晶振能够正常起振；将其中一条电源线改画到芯片外围，避免其穿过芯片焊盘之间；改变备用3V电源的封装为纽扣电池形式的封装。在此，特地感谢罗思杰老师的精心与耐心指导，能够让我发现许多不足之处并及时做出纠正，也让我学到了更多知识。当然，由于我只是初学者，作品远远不够完美，因此我要学习的东西还有很多。在此次课程设计中，我不仅初步学习了Altium Designer 10这个软件，也涉略了部分电子电路知识，更重要的是我懂得了要养成严谨的科学态度，对于不懂的东西要抱着钻研的态度，不可将就。