电子测量计数器

1、摘要摘要科学技术的发展与电子计数技术的发展是密切相关的，现代化电子计数手段所具有的准确性、灵敏性、稳定性在很大程度上决定了科学技术的发展水平。电子计数器是电子测量领域中最常见的测量仪器之一，它可以测量方波和正弦波的频率、周期和脉冲宽度以及脉冲的个数等参数。精准的计数技术是以确定被测对象数值为目的的一系列操作，精准的计数技术能够帮助人们获得所关注的事物的定性认识和定量信息，本课题介绍了CD40110模块在电子测量计数中的应用，设计基于CD40110模块的计数系统。 基于CD40110模块的计数技术在实际中应用广泛，由于期间器件的高集成，简化电路，有效提高整个系统的准确性。给硬件设计工作带来了极大

2、地方便并且缩短了开发周期。关键词： CD40110 电子计数器 脉冲 ABSTRACT The development of science and technology and electronic counting the development of technology is closely related, modern electronic counting means is the accuracy, agility, stability to a great extent determine the development of science and technology l

3、evel. Electronic counter is electronic field of measurement of one of the most common measurement instrument, it can measure square wave and the frequency of the sine wave, cycle and pulse width and pulse of number of parameters. Accurate count technology is sure the tested object for the purpose of

4、 a series of numerical operation, precise count technology to be able to help people get the attention of the qualitative and quantitative understanding things information, the subject CD40110 module introduces the application in electronic measurement count, design based on the CD40110 modules of t

5、he counting system. CD40110 module based on the count of technology application in practice widely, because of the device during high integration, simplify the circuit, effectively improve the accuracy of the whole system. The design of hardware to bring greatly convenient and shorten the developmen

6、t cycle.Key words: CD40110 electronic counter pulse目录i目 录第一章绪论1第二章 总体方案设计32.1方案设计32.1.1 方案一32.1.2方案二32.2方案比较52.3方案选择5第三章 系统硬件电路设计73.1系统硬件原理图73.2主要器件介绍73.2.1 555定时器的介绍73.2.2CD40110的介绍以及功能分析103.2.3七段数码管133.3 系统原理图各部分电路的分析153.3.1供电电路153.3.2时钟产生电路173.3.3计数显示电路17第四章 相关软件介绍194.1 Proteus软件介绍194.2 Protel软件的

7、介绍224.3 PCB板的介绍24第五章 焊接及调试295.1电路的焊接295.1.1焊接工艺295.2.2硬件电路焊接过程中遇到的问题及解决方法335.2调试34总 结35致 谢37参考文献39附录41附录A PCB板制图41附录B 仿真电路图42第一章 绪论1第一章 绪论 随着计数技术的不断发展与进步，计数器的种类越来越多，应用的范围越来越广泛，随之而来的竞争也越来越来激烈。过硬的技术也成为众多生产厂商竞争的焦点之一。厂商为了在竞争中处于不败之地，从而不断的改进技术，增加产品的种类。电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已有30多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再

8、加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计数器的技术水平，决定电子计数器价格高低的主要依据，目前这些技术日臻成熟、完善。应用现代技术可以轻松地将电子计数器的测频上限扩展到微波频段。现在电子计数器的特点是：（1）使用单片机智能控制，无须换档就可以对20HZ-100HZ信号进行测量，其结果可以自动装换单位；（2）可测量电信号的周期、频率、脉宽、占空比，测量精确度高（误差小于0.001%）。可广泛应用于电子实验室、电子企业以及科研场所。 由于微电子技术和计算机技术的发展，电子计数器也都在不断的进步着，灵敏度不断的提高、频率范围不断扩大、功能不断的增加。随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提

9、出了新的要求。对于中档产品，则要求有高分辨率、高精确度、高稳定度、高测量速率，除通常计数器所具有的功能外，还有数据处理功能、统计分析功能、时域分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。随着大规模集成电路技术的发展以及电子产品市场运作节奏进一步加快，涉及诸如计算机的应用、通信、智能仪表、医用设备、军事、民用电器等领域的现代电子设计技术已经迈入一个全新的阶段。 在电子测量中，频率的测量精确度是非常高的。利用计数法测量频率具有精度高、使用方便、容易实现测量过程自动化等一系列突

10、出优点，已成为当前频率测量的重要方法。人们将许多参数的测量装换为频率量来测量和处理。 现在计数器的种类已增加到：电磁计数器、电子计数器、机械计数器（拉动机械计数器、转动机械计数器、按动机械计数器、测长机械计数器）、液晶计数器等。 计数器的应用范围也遍布印刷、纺织、印染、针织、电缆、电讯、军工、轻工、机械、开关、断路器、矿上、实行多班制的纺织行业的织布机、织带机、制线、制带、造纸、机械、仓库和码头的货运、行人以及车辆过往的数量计数、冶金、食品、国防、包装、配料、石油化工、发电、机床、仪表、自动化控制等行业。 第三章 系统硬件电路设计19第二章 总体方案设计2.1方案设计2.1.1 方案一我们可以

11、用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲，即输出周期为0.1秒的方波脉冲，将该方波脉冲信号送到加法计数器CD40110的CP加计数脉冲端,通过计数器把8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的电路。显示电路脉冲产生电路计数译码驱动电路控制电路 各部分的作用如下： (1)脉冲产生电路：用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲； (2)计数译码驱动电路：使用CD40110模块来实现；(3) 显示电路：两个各位的数码上显示管。2.1.2方案二我们可以用555时基

12、电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲，即输出周期为0.1秒的方波脉冲，将该方波脉冲信号送到计数器74LS192的CP加计数脉冲端,再通过译码器74LS48把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，显示十进制数，然后在适当的位置设置开关或控制电路即可实现计数器的直接清零，启动和暂停/连续、译码显示电路的显示。 脉冲发生电路脉冲发生电路计数译码驱动电路控制电路计数电路译码电路显示电路 各部分电路的具体实现如下 (1)脉冲发生电路：用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲，即输出周期为0.1秒的方波脉冲；(2)计数电路：计数

13、器74LS192的CP加计数脉冲端实现；(3)译码电路：通过译码器74LS48把输入的8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）；(4)显示电路：通过两位各位数码显示管显示。2.2方案比较所以经过初步的设计，可以确定该系统应包括脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路(简称控制电路)等4个部分构成。其中，方案一和方案二都是由计数器和控制电路组成是系统的主要部分。计数器完成计数功能，而控制电路具有直接控制计数器的启动计数、暂停、连续计数、译码显示电路的显示以及工作时间的调节。为了满足系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。对

14、比方案一和方案二可以发现，方案一太过复杂，方案二要用到多个集成块，而且对于集成块与集成块所组成的电路很容易产生较大的误差，如果结果没有出来，检查错误也好困难。所以比较方案。方案一容易出错，而方案二比较简单，实现方案比较简单，误差比较小，参数比较容易，简单。误差不会很大。2.3方案选择 从检查两种方案错误的简易程度、焊接程度以及控制的简易程度方面考虑，全面考虑，第二种方案由于第一种方案，所以选择第二种方案。第三章 系统硬件电路设计3.1系统硬件原理图此电路由CD40110模块的最小系统和数码管显示电路组成。其中CD40110模块的的最小系统由计数电路和译码电路组成。整个电路系统在计数计满时，采取

15、自动清零的方式来清零，是整个电路循环不停的计数。3.2主要器件介绍 3.2.1 555定时器的介绍 555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。图3.1是NE555的内部功能原理框图和内部管脚图图3.1 555管脚图（1）555管脚功能介绍 1脚为地； 2脚为触发输入端； 3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚控制；当触发器接受上比较器A从RESET脚出

16、入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平； 2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于1Ucc/3,此处3脚输出高电平； 6脚为阀值端，只对高电平器起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于2Ucc/3,称高触发端；3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于1Ucc/3时才有效，3脚在到点位接近电源电压Ucc，输出的电流最大可达到200mA； 4脚是复位端，当4脚电位小于0.4V时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚都输出低电平； 5脚是控制端； 7脚是放电端，与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输出电流，所以3脚称为实高（或低）、7脚称为虚

17、高。（2）用555定时器构成多谐振荡器 用555定时器构成多谐振荡器电路如图3.2(a)所示。电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。如此循环,振荡不停, 电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图3.2(b)所示。 图3.2 555构成的振荡电路及即波形输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计

18、算公式如下:tW10.7(R1R2)CtW20.7R2CTtW1tW20.7(R12R2)C 根据要求，该系统中要使555构成的多谐振荡电路产生10Hz的脉冲，因此我们可以令R1= 1k，R2= 4.7k，C= 100uF，得到周期T=0.70.101s，即按照图3.3连接的电路就可以产生10Hz的方波脉冲。 图3.3 555定时器构成的多系振荡电路 3.2.2CD40110的介绍以及功能分析CD40110为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能, 通常将具有这样功能的电路集称为“四合一电路”此类集式电路功能较强，采用这样的电路有利于缩小

19、整体的体积，减小装置的连线，使故障率降低。（1）CD40110的工作原理 CD40110内部按“二十”进制加减计数方式工作，如果使CD40110工作在计数方式，其计数部分与CD451118相同，CPU与CPD为加减计数方式的输入端，通过其内部计数预处理及控制单元，实现按“二十”进制加减计数方式。计数器的输出通过所存器送给译码器，转换成可供显示的七段等，并经驱动电路输出。ag为驱动器的输出端和七段共阴极，LED显示器可直接相连。不必加限流电阻。/TE端为使能端，高电平有效，QCO与QBO为进位和借位输出端，供多级连接使用。 CD40110 有2 个计数时钟输入端CPU 和CPD 分别用作加计数时

20、钟输入和减计数时钟输入。由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑，因此当一个时钟输入端计数作时，另一个时钟输入端可以是任意状态。 CD40110 的进位输出CO 和借位输出BO 一般为高电平，当计数器从09 时，BO 输出负脉冲;从90 时CO 输出负脉冲。在多片级联时，只需要将CO 和BO分别接至下级CD40110的CPU和CPD 端，就可组成多位计数器。 3.4 CD40110逻辑图（2）引出端符号BO 借位输出端 CO 进位输出端 CPD 减计数器时钟输入端CPU 加计数器时钟输入端 CR 清除端 /CT 计数允许端 /LE 锁存器预置端 VDD 正电源 Vss 地 Ya6g 锁存译码输出端

21、 3.5CD40110引脚图（3）推荐工作条件电源电压范围3V18V 输入电压范围0VVDD 工作温度范围 M类55125 E类.4085极限值： 电源电压.0.5V18V 输入电压0.5VVDD+0.5V 输入电流.±10mA 储存稳定651503.6 CD40110功能图3.2.3七段数码管 1、七段简要说明 由7个发光二极管构成七段字形，它是将电信号转换为光信号的固体显示器件，通常由磷砷化镓（GaAsP）半导体材料制成。故又称为GaAsP七段数码管，其最大工作电流为10mA或15mA分共阴和共阳两类品种。常用共阴型号有BS201，BS202 ，BS207，LCS011-11等。

22、共阳型号有BS204，BS206， LA5011-11等。下图分别是共阴显示器，共阳显示器的引脚排列图。（1）性能指标以及参数 LED数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有12 mA，最大极限电流也只有1030 mA，所以它的输入端在5 V电源或高于TTL高电平(3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。（2）数码管的内部结构以及相关图片（以共阴极为主）图3.7数码管的内部结构以及相关图片（3）数码管图片展示图4-9 数码管图片（4）数码管使用条件 a-g段

23、及小数点上加限流电阻，使用电压：+5V+6V，使用电流：静态总电流80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA。2数码管使用事项说明数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；焊接温度：度；焊接时间：MS，数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类a.静态驱动显示 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动

24、5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 b.动态驱动显示数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要

25、显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余晖效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.3 系统原理图各部分电路的分析3.3.1供电电路此系统采用电脑的USB供电，USB接口的电压就是5V，USB系统供电能提供500mV的直流电，能够满足绝大多数的供电要

26、求。USB供电电路的电路简单易懂，与自制的变压器产生的5V供电电路相比，USB供电电压为5V，更加安全，并且制作过程要比变压器5V供电系统容易的多。 （1）电路中使用的元器件： USB母口 10uF电容 6脚自锁开关 红色发光二极管 1K电阻 （2）使用期间的相关说明：USB母口用于和电脑的USB相连接，提供电源，使用时可以用一天公-公的USB延长线相连接;10uF电容起到滤波的作用；6脚开关的引脚分两组，两组的连接特性相同。没有按下时每一组中有两个引脚是连通的，按下自锁开关之后原来连通的引脚断开，换成另外两个引脚相连，使用时可以用万用表测试一下确定之后再使用。LED串联一个电阻之后可以用于指

27、示电源是否接通，不能直接把LED接入电路中，这样会将LED烧毁。为了增加亮度，电路可以选用330欧姆，一般不直接选择比330欧姆更小的电阻。 （3）注意事项 本电路选择的是将A型USB接口的母口焊接在电路板上，连接时应该注意USB供电时的正负极，可以用万用表的直流电压测量一下。 USB供电时的电流大约为550uA左右，能满足一般器件的供电要求，但是对于大功率的元器件就不能满足了，对于像点阵一类的大功率的原件在不使用的时候可以从电路板上拔下来，减下功率； 6脚自锁开关使用的时候可以用万用表测量一下引脚的电气连接方式，不能接反了。用于指示的LED连接时要注意正负极，不要接反了。电阻在选择的时候应慎

28、重，不要太小，这样会烧坏LED，也不要太大，这样LED的亮度太低，可以选择1K或者330欧姆的电阻。3.3.2时钟产生电路 根据3.2.1得到脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:tW10.7(R1R2)CtW20.7R2CTtW1tW20.7(R12R2)C 根据要求，该系统中要使555构成的多谐振荡电路产生10Hz的脉冲，因此我们可以令R1= 1k，R2= 4.7k，C= 100uF，得到周期T=0.70.101s，就可以产生10Hz的方波脉冲。3.3.3计数显示电路 计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以

29、及其他特定的逻辑功能。本次课程设计中选用CD40110来实现要求的加法计数功能此处的电路是为了获取所要计数的脉冲，要主要接口的准确性，以及显示模块的光线要稳定，计数与显示器之间的电阻要适当，不要过大，否则会使数码管的光线比较模糊，不易于辨别。 第四章 相关软件介绍29第四章 相关软件介绍4.1 Proteus软件介绍Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为（广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单

30、片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 一、功

31、能特点Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是： 1原理布图 2PCB自动或人工布线 3SPICE电路仿真 二、革命性的特点 1互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 2仿真处理器及其外围电路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型 上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。 三、功能模块（1）智能原理图设计（ISI

32、S）丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件； 智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件； 智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间； 支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰； 可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。 （2）完善的电路仿真功能（Prospice）ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真； 超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labce

33、nter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件； 多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入； 丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等； 生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动； 高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以

34、精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅里叶频谱分析等，还可以进行一致性分析； （3）独特的单片机协同仿真功能（VSM）支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器； 支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口

35、物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行同信； 实时仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真； 编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试； （4）实用的PCB设计平台原理图到PCB的快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计； 先进的自动布局/布线功

36、能：支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理； 完整的PCB设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D 可视化预览； 多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括Gerber 文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。 4.2 Protel软件的介绍早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制

37、板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关

38、PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。 2005年年底，protel软件的原厂商Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。Altium Designer 6.0，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化PCB 设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB

39、和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。这款最新高端版本Altium Designer 6.除了全面继承包括99SE，Protel2004在内的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能。Altium Designer 6.0拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计以及嵌入式设计集成在一起。 软件特色 Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。以下介绍

40、一些Protel99SE的部分最新功能： a.在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中； b.同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络 c.既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性； d.满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）； * 方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）； e.支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件； * PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层； 强大的“规

41、则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查； f.智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺； g.提供大量的工业化标准电路板做为设计模版； h.放置汉字功能； i.可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换； j.智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）； k.方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果； l.独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果； m.强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等； n.经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；

42、 o.反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合； p.可生成30多种格式的电气连接网络表； q.强大的全局编辑功能。 4.3 PCB板的介绍PCB，中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。 简介根据电路层数分类：单面板、双面板和多面板。常见的多面板一般为4层板或6面板，复杂的多面板可以达到十几层。 1 概述 本文档的目的在于说明使用PADS的印制板设计软件PowerPCB进行印制板设计的流程和一些注意事项，为一个工作组的设计人员提供设计规范，方便设计人

43、员之间进行交流和相互检查。 2 设计流程 PCB的设计流程分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六个步骤. （1） 网表输入 网表输入有两种方法，一种是使用PowerLogic的OLE PowerPCB Connection功能，选择Send Netlist，应用OLE功能，可以随时保持原理图和PCB图的一致，尽量减少出错的可能。另一种方法是直接在PowerPCB中装载网表，选择File->Import，将原理图生成的网表输入进来。 （2） 规则设置 如果在原理图设计阶段就已经把PCB的设计规则设置好的话，就不用再进行设置这些规则了，因为输入网表时，设计规则已随网表输

44、入进PowerPCB了。如果修改了设计规则，必须同步原理图，保证原理图和PCB的一致。除了设计规则和层定义外，还有一些规则需要设置，比如Pad Stacks，需要修改标准过孔的大小。如果设计者新建了一个焊盘或过孔，一定要加上Layer 25。 注意：PCB设计规则、层定义、过孔设置、CAM输出设置已经作成缺省启动文件，名称为Default.stp，网表输入进来以后，按照设计的实际情况，把电源网络和地分配给电源层和地层，并设置其它高级规则。在所有的规则都设置好以后，在PowerLogic中，使用OLE PowerPCB Connection的Rules From PCB功能，更新原理图中的规则设

45、置，保证原理图和PCB图的规则一致。 （3）元器件布局 网表输入以后，所有的元器件都会放在工作区的零点，重叠在一起，下一步的工作就是把这些元器件分开，按照一些规则摆放整齐，即元器件布局。PowerPCB提供了两种方法，手工布局和自动布局。 a.手工布局 工具印制板的结构尺寸画出板边（Board Outline）。 将元器件分散（Disperse Components），元器件会排列在板边的周围。 把元器件一个一个地移动、旋转，放到板边以内，按照一定的规则摆放整齐。b.自动布局：PowerPCB提供了自动布局和自动的局部簇布局，但对大多数的设计来说，效果并不理想，不推荐使用。 c.注意事项 布局

46、的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起数字器件和模拟器件要分开，尽量远离去耦电容尽量靠近器件的VCC 放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集 多使用软件提供的Array和Union功能，提高布局的效率 (4)布线：布线的方式也有两种，手工布线和自动布线。PowerPCB提供的手工布线功能十分强大，包括自动推挤、在线设计规则检查（DRC），自动布线由Specctra的布线引擎进行，通常这两种方法配合使用，常用的步骤是手工自动手工。 a.手工布线 自动布线前，先用手工布一些重要的网络，比如高频时钟、主电源等，这些网络往往对走线距离、线宽、线间距、屏蔽等有

47、特殊的要求；另外一些特殊封装，如BGA，自动布线很难布得有规则，也要用手工布线。 b.自动布线以后，还要用手工布线对PCB的走线进行调整。 自动布线 ，手工布线结束以后，剩下的网络就交给自动布线器来自布。选择Tools->SPECCTRA，启动Specctra布线器的接口，设置好DO文件，按Continue就启动了Specctra布线器自动布线，结束后如果布通率为100%，那么就可以进行手工调整布线了；如果不到100%，说明布局或手工布线有问题，需要调整布局或手工布线，直至全部布通为止。 c.注意事项 电源线和地线尽量加粗 去耦电容尽量与VCC直接连接 设置Specctra的DO文件时，

48、首先添加Protect all wires命令，保护手工布的线不被自动布线器重布 如果有混合电源层，应该将该层定义为Split/mixed Plane，在布线之前将其分割，布完线之后，使用Pour Manager的Plane Connect进行覆铜 将所有的器件管脚设置为热焊盘方式，做法是将Filter设为Pins，选中所有的管脚，修改属性，在Thermal选项前打勾 手动布线时把DRC选项打开，使用动态布线（Dynamic Route） (5)检查:检查的项目有间距（Clearance）、连接性（Connectivity）、高速规则（High Speed）和电源层（Plane），这些项目可以

49、选择Tools->Verify Design进行。如果设置了高速规则，必须检查，否则可以跳过这一项。检查出错误，必须修改布局和布线。 注意： 有些错误可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。 (6)复查:复查根据“PCB检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置；还要重点复查器件布局的合理性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。复查不合格，设计者要修改布局和布线，合格之后，复查者和设计者分别签字。 (7)设计输出：PCB设计可以输出到打印机或输出

50、光绘文件。打印机可以把PCB分层打印，便于设计者和复查者检查；光绘文件交给制板厂家，生产印制板。光绘文件的输出十分重要，关系到这次设计的成败，下面将着重说明输出光绘文件的注意事项。 a.需要输出的层有布线层（包括顶层、底层、中间布线层）、电源层（包括VCC层和GND层）、丝印层（包括顶层丝印、底层丝印）、阻焊层（包括顶层阻焊和底层阻焊），另外还要生成钻孔文件（NC Drill） b. 如果电源层设置为Split/Mixed，那么在Add Document窗口的Document项选择Routing，并且每次输出光绘文件之前，都要对PCB图使用Pour Manager的Plane Connect进

51、行覆铜；如果设置为CAM Plane，则选择Plane，在设置Layer项的时候，要把Layer25加上，在Layer25层中选择Pads和Vias c. 在设备设置窗口（按Device Setup），将Aperture的值改为199 d. 在设置每层的Layer时，将Board Outline选上 e. 设置丝印层的Layer时，不要选择Part Type，选择顶层（底层）和丝印层的Outline、Text、Line f. 设置阻焊层的Layer时，选择过孔表示过孔上不加阻焊，不选过孔表示家阻焊，视具体情况确定 g. 生成钻孔文件时，使用PowerPCB的缺省设置，不要作任何改动 h. 所有

52、光绘文件输出以后，用CAM350打开并打印，由设计者和复查者根据“PCB检查表”检查。第五章 焊接及调试35第五章 焊接及调试5.1电路的焊接5.1.1焊接工艺 为使印制电路板有良好性能，耐振、防霉，确保使用质量，有以下规定： 印制电路板一律采用敷铜箔玻璃纤维（基本）层压板（单面或双面）。铜箔面镀银层，出脚处镀金。铜箔线条宽度原则上不得小于1mm（特殊线路除外）。双面板需采用金属化孔工艺。铜箔面需喷涂松香溶液。 外观检查：线条无剥离和锯齿状，不应存有腐蚀麻点，标志要凄楚，元器件安装孔必须钻在焊接点中心处。元器件的排列与焊接 元器件的排列： 元器件排列原则上采用卧式排列，高度尽量一致整齐，按印制

53、板尺寸对元器件进行弯脚及整形，弯角半径大于0.5 mm，元器件型号及数值应放在可见位置。 电子元器件必须经过老化处理，电解电容器存放年限从出厂时间计算，若超过三年者不能使用（在装配过程中允许超期两个月）。 各元器件引线需经过搪锡处理（离开元器件应大于5 mm，防止元器件过热而损坏）。 一律采用裸头焊接形式，以防止虚焊、漏焊、脱焊，焊接后焊点不能留有助焊剂。 严禁使用焊锡膏焊接。 电子元器件引脚分别由保护塑料套管（GB/T26811981），电极“+”为棕色，“”为蓝色，接地中线为淡蓝色。 数字电路焊接的要求如下所述： 焊接数字电路元器件应存放在金属（铝、铜等）做的屏蔽箱内。 焊接用工作台应是金

54、属（铝板等）面板，并有良好接地。 搪锡、整形等使用的工具，使用时不能带有静电荷（场）。 数字电路元器件焊接时，应该先安装公共接地脚。 焊接好电路板，要插上短接的插座，然后存放在金属屏蔽箱内。 其余参照元器件排列图焊接。 印制板在调试结束后，两面均喷涂清漆，固定可调部分点上喷涂珠光红色漆。 其他要求： （1）搪锡机（缸）的外壳一定要有良好的接地。 （2）焊接时采用20w内热式电烙铁，并应有良好的接地装置，在焊接数字电路中，必要时可采用断电焊接技术。 （3）所有金属工具，均不能带有强磁性或静电荷（场）。 （4）助焊剂应采用松香酒精溶液，即中性焊接液。 （5）采用振动台进行振动试验。 （6）立式金属化电容器、电解电容器，均必须垫有防振保护套。三极管及运算放大器等，原则上也应垫又保护套。元器件焊接过程 焊前准备 （1）焊锡丝 焊