第7 章PCB板设计VIP

1、第第7 7 章章PCBPCB板设计板设计7.1 确定元件封装确定元件封装7.1.1 绘制原理图绘制原理图单片机实验板的原理图如图7-1、7-2、7-3所示图图7-1 单片机实验板原理图总图单片机实验板原理图总图图图7-2 单片机实验板原理图子图单片机实验板原理图子图图图7-2 单片机实验板原理图子图单片机实验板原理图子图7.1.2 确定合适的元件封装确定合适的元件封装对于单片机实验板中各元件的管脚封装，我们综合考虑如下。24C00C采用贴片式元件封装，焊盘个数为7个，焊盘水平间距为244mil，垂直间距为50mil，如图7-3所示。图图7-3 24C00C贴片式元件封装贴片式元件封装74HC5

2、73采用贴片式元件封装，焊盘个数为20个，焊盘水平间距为393mil，垂直间距为50mil，如图7-4所示。图图7-4 74HC573贴片式元件封装贴片式元件封装ADC0704采用贴片式元件封装，焊盘个数为20个，焊盘水平间距为420mil，垂直间距为50mil，如图7-5所示。图图7-5 ADC0704贴片式元件封装贴片式元件封装DAC0732采用贴片式元件封装，焊盘个数为20个，焊盘水平间距为420mil，垂直间距为50mil，如图7-6所示。图图7-6 DAC0732贴片式元件封装贴片式元件封装DS17B20采用直插式元件封装，焊盘个数为3个，焊盘水平间距为100mil，如图7-7所示。

3、图图7-7 DS17B20直插式元件封装直插式元件封装电阻、电容都将采用贴片式元件封装，焊盘个数为2个，焊盘水平间距为90mil，如图7-7所示。图图7-7 电阻、电容贴片式元件封装电阻、电容贴片式元件封装发光二极管将采用贴片式元件封装，焊盘个数为2个，焊盘水平间距为130mil，如图7-9所示。图图7-9 发光二极管贴片式元件封装发光二极管贴片式元件封装MAX232将采用直插式元件封装，焊盘个数为16个，焊盘水平间距为300mil，垂直间距为100mil,如图7-10所示。图图7-10 MAX232直插式元件封装直插式元件封装PL2303将采用贴片式元件封装，焊盘个数为27个，焊盘水平间距为

4、322mil，垂直间距为25.5mil,如图7-11所示。图图7-11 PL2303贴片式元件封装贴片式元件封装七段数码管将采用直插式元件封装，焊盘个数为10个，焊盘水平间距为100mil，垂直间距为600mil,如图7-12所示。图图7-12 七段数码管直插式元件封装七段数码管直插式元件封装按键将采用四角按键直插式元件封装，焊盘个数为4个，焊盘水平间距为250mil，垂直间距为175mil,如图7-13所示。图图7-13 四角按键直插式元件封装四角按键直插式元件封装USB插座将采用直插式元件封装，焊盘个数为6个，5号焊盘和6号焊盘水平间距为550mil，1号焊盘和2号焊盘水平间距为100mi

5、l，1号焊盘和6号焊盘水平间距为130mil,1号焊盘和6号焊盘垂直间距为120mil,如图7-14所示。图图7-14 USB插座直插式元件封装插座直插式元件封装晶振将采用直插式元件封装，焊盘个数为2个，焊盘水平间距为200mil，如图7-15所示。图图7-15 晶振直插式元件封装晶振直插式元件封装7.1.3 更改元件引脚封装更改元件引脚封装下面以MAX232为例，说明如何更改元件引脚封装 1.打开元件属性对话框。打开原理图文件，双击MAX232元件，打开MAX232元件属性对话框，如图7-16所示，选中图中的【Modles for U1-Component1】模型栏中的“Footprint”

6、封装模型，然后单击【添加】按钮。图图 7-16 更改更改MAX232元件封装元件封装 2. 选择添加新模型类型。单击【添加】按钮，弹出如图7-17所示添加新模型类型选择对话框，在【模型类型】下拉列表框中选择“Footprint”，表示需要添加新封装模型。单击【确定】按钮。图图7-17 添加新封装模型对话框添加新封装模型对话框 3.浏览封装库。单击【确定】按钮，弹出如图7-17所示添加封装对话框，单击【浏览】按钮，弹出封装库浏览对话框，如图7-19所示，在【库】下拉列表中选择“单片机实验板.IntLib”,浏览并选择MAX232的封装。图图 7-17 添加新封装添加新封装对话框对话框图图7-19

7、 封装库浏览对话框封装库浏览对话框4.选定新封装。通过浏览，确定MAX232的封装，单击【确定】按钮，回到如图7-20所示的添加封装封装对话框，可以看到对话框中已经添加了新的封装“MAX232”。图图 7-20 添加新封装对话框添加新封装对话框5.返回设置属性对话框。在图7-20所示的添加封装对话框中。单击【OK】按钮，回到如图7-21所示的属性设置对话框，可以按到MAX232的封装已经更改为“MAX232”，可以单击【OK】按钮完成设置。图图7-21 MAX232封装已经更改封装已经更改7.2 产生并检查网络表产生并检查网络表执行【设计】【工程的网络表】【Protel】菜单命令，如图7-22

8、所示，将生成网络表（在本项目中网络表内容太多，下面就不展示）“51单片机实验板.NET”图图7-22 创建网络表菜单创建网络表菜单需要注意的是，在Altium Designer 中创建的网络表并不会自行打开，而是位于工程栏中，如果设计者要查看，必须自己打开该文件。7.3 规划电路板并新建规划电路板并新建PCB文件文件1.单击【Files】标签，将出现如图7-23所示的文件面板，选择【PCB Board Wizard.】选项，弹出图7-24所示的PCB板向导欢迎界面。图图7-23 选择选择PCB板向导板向导图图7-24 PCB板向导欢迎界面板向导欢迎界面2.单击【下一步】按钮，进入如图7-25所

9、示的尺寸单位选择对话框，有英制（mil）和公制（mm）两种选择，读者可以根据兴趣选择尺寸类型。本列选择公制单位mm。图图7-25 尺寸单位选择对话框尺寸单位选择对话框3.单击【下一步】按钮，进入如图7-26所示的PCB板类型选择对话框，该框中有许多较为复杂的版型可供选择，本列采用Custom（用户定义）类型，自己定义板型和尺寸。图图7-26 PCB板类型选择对话框板类型选择对话框4.单击【下一步】按钮，出现如图7-27所示的PCB用户自定义对话框，先选择电路形状为矩形；再根据前面选择的尺寸单位输入电路板尺寸。图图7-27 PCB板用户自定义对话框板用户自定义对话框5.单击【下一步】按钮，出现如

10、图7-27所示的信号层、内电源层选择对话框，其中【信号层】默认为2层，可以不必修改，而【内电源层】默认为2层。本列中不必使用内电源层，将其修改为0。图图7-27 信号层、电源层选择对话框信号层、电源层选择对话框6.单击【下一步】按钮，弹出如图7-29所示的过孔类型选择对话框，选择“仅通孔的过孔”默认项，因为没有内电源/接地层，所以不使用盲孔和埋孔。图图7-29 选择过孔类型对话框选择过孔类型对话框7.单击【下一步】按钮，进入下一步，在如图7-30所示的元件类型选择对话框中，在“板主要部分”选择“通孔元件”。因为51单片机实验板使用的元件大部分为穿孔式封装；在“临近焊盘两边线数量”选择“一个轨迹

11、”。图图7-30 元件类型选择对话框元件类型选择对话框7.单击【下一步】按钮，进入下一步，在如图7-31所示的导线、过孔、安全距离设置对话框中，选择默认参数。导线的最小尺寸、最小过孔参数采用默认值，一般厂家都可满足要求；最小清除指的是不同网络间导线、焊盘之间的最小距离，它可防止不同网络导线。焊盘之间靠的太近而导致打火或短路。由于51单片机的电源供电电压不高，采用默认值即可。图图7-31 导线、过孔、最小清除设置对话框导线、过孔、最小清除设置对话框9.单击【下一步】按钮，进入下一步，弹出如单击【下一步】按钮，进入下一步，弹出如图图7-32所示的所示的PCB板向导结板向导结束对话框。束对话框。图图

12、7-32 PCB板向导完成对话框板向导完成对话框10.在如图7-32所示的PCB板向导完成对话框中，单击【完成】按钮，将出现一个有PCB板向导制作完成的电路板，如图7-33所示。图图7-33所示所示 PCB板向导制作完成的电路板板向导制作完成的电路板7.4载入元件封装与网络载入元件封装与网络1.打开原理图文件，如图7-34所示，执行【设计】【Update PCB Document PCB1.PcbDoc】菜单命令，更新PCB文件PCB1.PcbDoc。图图7-34 载入网络表菜单载入网络表菜单出现如图7-35所示的更新PCB文件对话框，主要由“Add Components”（添加管脚封装）和“

13、Add Nets”(添加网络连接)两部分构成。图图 7-35 更新更新PCB文件对话框文件对话框2.在如图7-35所示的更新PCB文件对话框中，单击【使更改生效】按钮，操作过程中将在“状况”状态栏中的“检查”列中显示各个操作是否能正确执行，其中正确的为绿色的“”，错误的为红色的“”，如图7-36所示。图图 7-36 检查更新是否有效检查更新是否有效3.在如图7-36中所示的元件更新对话框中，如果有效更新标志全部正确，说明PCB编辑器中可以在PCB封装库中找到所有元件的管脚封装，网络连接也正确。可单击【执行更改】按钮，执行更新，软件将自动转到打开向导新建的PCB文件，将各封装元件和网络连接载入P

14、CB文件中。操作过程中，将在“状况”栏中的“完成”执行列中显示各操作是否已经正确执行，如图7-37所示。完成后单击【关闭】按钮，关闭。可以看到PCB编辑器中已经载入了各个封装元件以及它们之间的网络连接，如图7-37所示。图图 7-37 执行更新载入各封装元件和网络连接执行更新载入各封装元件和网络连接图图 7-37 装入电路板的装入电路板的PCB封装元件封装元件7.5 元件布局元件布局PCB板元件布局的原则1.一般性原则为了便于自动焊接，每边要留出3.5mm的传送边，如不够，要考虑加工艺传送边。在通常情况下，所有的元器件均应布局在PCB板的顶层，当顶层元器件过密时，可以考虑将一些高度较小发热量小

15、的器件，如贴片电阻、电容等，放置在底层。元器件在整个板面上应紧凑的分布，尽量缩短元器件间的布线长度。将可调整的元器件布置在易调节的位置。某些元器件或导线之间可能存在较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电击穿引起意外短路。带高压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。在保证电气性能的前提下，元器件在整个板面上应均匀、整齐排列，疏密一致，讲究美观。2.其它原则信号流向布局原则：按照信号的流向放置电路各个功能单元的位置；元件的布局应便于信号的流通，使信号尽可能保持一致的方向。抑制热干扰原则：发热元件应安排在有利于散热的位置，必要时可以单独设置散热器，以降低温度和减少对临近元器件的影响；将发

16、热较高的元器件分散开，使单位面积热量减少。抑制电磁干扰原则：对干扰源及对电磁感应较灵敏的元件进行屏蔽或滤波，屏蔽罩应良好接地；加大干扰源与对电磁感应较灵敏元件之间的距离；尽量避免高低压器件相互混杂，避免强弱信号器件交错在一起；尽可能缩短高频元件和大电流元件之间的连线，设法减少分布参数的影响；对于高频电路，输入和输出元件应尽量远离；在采用数字逻辑电路时，在满足使用要求的前提下，尽可能选用低速元件；在PCB板中有接触器、继电器、按钮等元件时，操作它们时均为产生较大火花放电，必须采用RC浪涌吸收电路来吸收放电电流；CMOS元件的输入阻抗很高，且易受感应，因此对不使用的端口要进行接地或接正电源处理。提

17、高机械强度原则：应留出固定支架、安装螺孔、定位螺孔、连接插座等的位置；电路板的最佳形状是矩形（长宽比为3：2或4：3），当板面尺寸大于200mm*150mm时，应考虑板所受的机械强度。 7.5.1 自动布局自动布局1.执行【工具】【器件布局】【自动布局】菜单命令2. 选择“成群的放置项”，以组群方式布局元件，单击【确定】按钮，启动自动布局过程。自动布局完成后必须进行手工调整。7.5.2 手工调整元件布局手工调整元件布局1.选取元件【编辑】【选择】2.释放选取对象【编辑】【取消选择】3.移动元件【编辑】【移动】 4.旋转元件【编辑】【移动】【旋转选择】一种方法是选取对象，然后执行菜单命令【编辑】

18、【移动】【旋转选择】，弹出旋转角度对话框，输入要旋转的角度，单击确定按钮，再单击鼠标确定旋转中心，完成旋转操作。旋转角度对话框如下图所示。另外一种方法是，在拖动元件状态，按空格键，每次旋转90，此方法在实际应用中更为方便。5.排列元件【编辑】【对齐】6.剪贴复制元件简单粘贴复制：可以采用主工具栏提供的剪切、复制、粘贴实现，也可以选用菜单命令【编辑】【剪切】、【编辑】【复制】、【编辑】【粘贴】等实现。特殊性粘贴：选取某元件后复制，执行菜单命令【编辑】【特殊粘贴】7.删除元件删除元件可以执行菜单命令【编辑】【删除】，然后单击要删除的元件，或选择元件，再执行【编辑】【清除】命令，也可以直接选取要删除的元件，按【Del】键。7.6 设置自动布线规则设置自动布线规则【设计】【规则】1.布线安全距离，用于设置铜膜走线与其它对象间的最小间距，在设计规则对话框中的“Electrical”根目录下的“Clearance”选项中，设置最小间隙（最小安全距离），在此我们设定为0.25mm，单击确认即可。 2.设置布线宽度，布线宽度在布线规则设置对话框中Routing根目录下的Width选项。 3.布线工作层设置，用于设置放置铜膜导线的板层，在布线规则设置对话框中Routing根目录下的Ro