电子音乐盒的CAD课程设计报告

1、电气与电子线路电气与电子线路 CADCAD课程设计（学年论文）课程设计（学年论文）说明书说明书课题名称：课题名称： 电子音乐电子音乐盒盒的设计的设计 学生学号：学生学号： 专业班级：专业班级： 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 3 班班 学生姓名：学生姓名： 学生成绩：学生成绩： 指导教师：指导教师： 课题工作时间：课题工作时间： 2015-12-21 至至 2015-12-27 武汉工程大学教务处 制填写说明：1. 一、二、三项由指导教师在课程设计（学年论文）开始前填写并交由学生保管；2. 第四项由学生在完成课程设计后填写，并将此表与课程设计说明书一同装订成册交给指导教师；3. 成绩评定

2、由指导教师按评定标准评分。4. 此表格填写好后与正文一同装订成册。一、课程设计任务和基本要求：1、设计任务 功能： 设计一种电子音乐盒，该音乐盒采用单片机控制单音喇叭发声，可通过按钮选择播放不同的音乐。可扩展 LCD 显示信息，如开机欢迎字符，播放显示歌曲序号和名称等功能。 任务：该设计要求根据功能要求提出电子音乐盒的设计方案，设计出系统原理图，并进行参数计算和元器件选择，了解电路的工作原理，绘出电子音乐盒的原理图及 PCB 图。2、基本要求 绘图设计要求： (1) 画出电子音乐盒完整的原理图。 (2) ERC 电气规则检测。 (3) 创建项目元件库文件，生产网络表及元件清单。 (4) 画出所

3、设计电路的 PCB 图,包括规划 PCB 板子大小、元器件布局以及布线，布线方法则可根据具体情况使用自动布线（手工调整）或者手工布线两种不同方式，生成项目元件封装库。 (5) 原理图中至少有 2 个自建元件符号，PCB 中至少有 2 个自建封装元件。 设计报告要求： (1) 纸质档设计报告，报告应包括以下内容：设计任务书、摘要、目录、正文、参考文献。(2) 电子档，包括自建原理图元件库、原理图、ERC、网络表、元件清单、自建元件封装库、PCB 图、DRC、项目元件封装库等。二、进度安排：12 月 21 号：下达设计任务。12 月 21 号12 月 22 号：设计原理图。12 月 23 号：确定

4、 PCB 板参数和元件封装类型。12 月 23 号12 月 24 号：设计 PCB 版图。12 月 25 号12 月 26 号：撰写报告12 月 27 号 ：答辩。三、主要参考资料及主要参考文献：1 邵群涛. 电气制图与电子线路 CADM.北京：机械工业出版社，20052 老虎工作室. 电路设计与制版-Protel99 入门与提高M.北京：人民邮电出版社,20013 老虎工作室. 电路设计与制板- Protel 99 SE 高级应用M.北京：人民邮电出版社,20014 谷树忠，刘文洲，姜航. Altium Designer 教程M.北京：电子工业出版社，2012四、答辩记录：1、在设计过程中遇

5、到的问题及解决方案（至少 2 个） 。问题一：由原理图生成 PCB 时，蜂鸣器未添加封装无法生成 PCB。解决方案：在封装库中找到蜂鸣器的封装并成功添加。问题二：在自动布线时晶振与单片机之间未能成功布线解决方案：改变晶振的封装模式，更换为短型晶振并且布局时将其放在离单片机较近的地方，最后成功布线。2、问一：在印刷电路板中，焊盘与过孔的作用有何不同？答：焊盘用于实现元件与 PCB 板的电气连接。焊盘的通孔用于焊接直插型元件的管脚。过孔用于布线过程中的层切换，以便实现所需的电气连通性。问二：为什么有时要对焊盘和过孔进行补泪滴操作？ 答：避免电路板受到巨大外力的冲撞时，导线与焊盘或者导线与导孔的接触

6、点断开，也可使 PCB 板更加美观。焊接上，可以保护焊盘，避免多次焊接使焊盘脱落，生产时可以避免蚀刻不均，过孔偏位出现的裂缝等。 2015 年 月 日课程设计评审标准（指导教师用）课程设计评审标准（指导教师用）评价内容具 体 要 求权重调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。0.1实践能力能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究工作。如装置安装、调试、操作。0.2分析解决问题能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。0.2工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务

7、，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。0.2质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。0.2创新工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解。0.1摘摘 要要本次电子音乐盒的设计主要由复位电路，晶振电路，键盘电路，蜂鸣器组成。通过键盘电路确定键值选择歌曲，蜂鸣器根据事先导入到单片机的歌曲代码确定音调和节拍发声。在进行了仿真设计和调试之后，就应利用 altium designer 软件进行原理图和 PCB 的绘制。熟悉 altium

8、 designer 环境，创建原理图文件，通过自建的元件库和已有的元件库绘制原理图，再通过检测和修改，生成 PCB 板，然后通过自动布线和手动布线不断完善 PCB 板，最后保存工程。关键词：altium designer；元件库；原理图；PCB目目 录录1 方案论证方案论证.11.1 电气电子线路 CAD 设计步骤.11.2 系统方案设计.12 项目元件库项目元件库.22.1 建立元件库的步骤.22.2 自建的元件库.33 原理图设计原理图设计.43.1 原理图设计步骤.43.2 ERC 电气规格检测.53.3 生成网络表和元件清单.54 PCB 图设计图设计.84.1 PCB 电路板设计步骤

9、要点.84.2 规划电路板.84.3 装入网络表及元件.84.4 布局与布线.95 结论结论.10参考文献参考文献.11附录附录 1 系统原理图系统原理图.12附录附录 2 系统系统 PCB 图图.13附录附录 3 自建库图形自建库图形.1401 方案论证方案论证1.11.1 电气电子线路电气电子线路 CADCAD 设计步骤设计步骤开始创建工程与文档建立元件库绘制原理图添加或修改封装ERC检测是否有错误？生成PCB自动或手动布线保存工程结束否是图 1.1CAD 设计步骤1.21.2 系统方案设计系统方案设计 单片机微控制器是在一块芯片中集成了 CPU（中央处理器） 、RAM（数据存储器） 、R

10、OM（程序存储器） 、定时器/计数器和多种功能的 I/O（输入和输出）接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能，所以采用 51 单片机设计电子音乐盒的电路。电路设计完成后用 proteus 进行仿真，用 keil 进行编程，将程序导入 proteus 进行调试，完成软件部分的测试。然后用 altium designer 进行硬件电路的绘制，先绘制原理图再通过 ERC 测试生成 PCB。要点：1.建立新工程打开工程为工程添加文档保存工程建立文档。2.可利用自建和已有的元件库查找器件。3.绘制原理图时一定要注意元件的封装，可能需要多次修改。4.生成 PCB

11、，注意器件布局和摆放，利用自动布线和手动布线美化 PCB 板。12 项目元件库项目元件库2.12.1 建立元件库的步骤建立元件库的步骤1.新建一个元件库（1）执行 File/New/Project/Integrated Library 菜单命令。（2）执行完命令，就会自动新建一个元件库，并自动保存在相应的工程下面，保存名为 Integrated_Library.LibPkg。2.新建一个原理图库（1）执行 File/New/Library/Schematic Library 菜单命令。执行完命令，就会新建一个原理图库编辑环境并保存。（2）在原理图库编辑环境中编辑元件。3.新建一个元器件（1）打

12、开添加元器件对话框。（2）添加元器件名称。（3）设置编辑环境的参数。（4）绘制元器件图。（5）添加引脚。（6）放置引脚。（7）设置引脚属性。（8）编辑元器件属性。4.绘制元器件 PCB 封装模型（1）执行 Tools/New Blank Component 菜单命令。（2）绘制 PCB 元器件封装外形图。（3）添加焊点。（4）设置焊点属性。5.利用向导制作元器件 PCB 封装模型6.向元器件库中添加封装模型22.22.2 自建的元件库自建的元件库1. 51 单片机元件库R ST9XTAL218XTAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11

13、)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PR OG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39VC C40P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0(R XD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(W R )16P3.7(R O)1789

14、C 51 图 2.1 单片机原理图 2.蜂鸣器元件库U1B UZZER 图 2.2 单片机封装图图 2.3 蜂鸣器原理图图 2.4 蜂鸣器封装图33 原理图设计原理图设计3.13.1 原理图设计步骤原理图设计步骤开始建立项目文件（*.PrjPCB）创建原理图文件（*.SchDoc）设置绘图环境在绘图页放置元件元件制作？创建原理图文件（*.Lib）特殊元件设计原理图连线编辑与调整ERC检查并生成网络表存盘结束否是图 3.1 绘制电路原理图流程图将已完成的电子设计方案呈现出来的最好的方法就是绘制出清晰、简洁、正确的电路原理图。根据设计需要选择合适的元器件，并把所选用的元器件和相互之间的连接关系明确

15、地表达出来，这就是原理图的设计过程。绘制电路原理图时应当注意，应该保证电路原理图的电气连接正确，信号流向清晰；其次，应该使元器件的整体布局合理、完美、精简。电路原理图的绘制如上图所示。43.23.2 ERCERC 电气规格检测电气规格检测（1）打开需要进行电气检测的*PcbDoc 文件，执行以下步骤：Step1:运行 Design-Rules,根据产品需求设置设计规则；Step2:运行 Tools-Design Rule Check 命令；进行设计规则检测；Step3:根据检查结果修改制版图中不满足设计规则的地方。（2）放置忽略电气规则（ERC）检查符号: 在电路设计过程中系统进行电气规则检测

16、时，有时会产生一些非错误的错误报告，如电路设计中并不是所有引脚都需要连接，而在 ERC 检测时，认为悬空引脚是错误的，会给出错误报告，并在悬空引脚处放置一个错误标志。为了避免查找这种错误而浪费资源，可以使用忽略 ERC 检查符号，让系统对此处的电气规则检测。3.33.3 生成网络表和元件清单生成网络表和元件清单出于存档、检查和交流等目的，设计者常常需要从原理图中提取各种数据，例如生成反映设计中所有元件的元件报表、工程组织机构报表等内容。网络表主要有以下两种作用：(1)网络表文件可支持印刷电路板的自动布线及仿真程序。 （2）可以和最后从电路图中得到的另一个网络表文件进行比较，进行差错核对。生成网

17、络表的操作步骤：（1）设置网络表选项。 （2）生成网络表。 （3）比较网络表。生成元件报表清单步骤：（1）打开需要生成元件报表的工程或原理图源文件，执行 Reports/Bill of Materials 菜单命令。 （2）执行完命令，就会生成 BOM报表。(3)设置元器件报表。 （4）生成元件报表。下面将给出生成的网络表和元件报表。51 1. .网络表网络表DIP4089C5130pFL0805C330pFR0805C2C1C4X410uFR1R02041kR2R02041kS1SW2-3SW-PBS2SW2-3SW-PBS3SW2-3SW-PBS4SW2-3SW-PBU1ABSM-1574

18、BUZZERX149/S_N12MHZ(GND-2030pF-130pF-1R2-1S1-1S2-1S3-1S4-1U1-2)(Net_1-1S1-2)(Net_2-2S2-2)(Net_3-3S3-2)(Net_4-4S4-2)(Net_9-9C1-2R2-2)(Net_18-1830pF-2X1-2)(Net_19-1930pF-2X1-1)U1-1)(NetC1_1C1-1R1-2)(VCC-31R1-1)62 元件清单元件清单 表 3.2 元件清单表 3.1 网络表74 PCB 图设计图设计4.14.1 PCBPCB 电路板设计步骤要点电路板设计步骤要点1.创建 PCB 文件用于用户调

19、用 PCB 服务器。2.元件制作用于创建 PCB 封装库中未包含的元件。3.规划电路板用于确定电路板的尺寸，确定 PCB 为单层板、双翅板或其他。4.参数设置是电路板设计中非常重要的步骤，可用于设置布线工作层、地线线宽、电源线线宽、信号线线宽等。5.装入元件库用于在 PCB 电路中放置对应的元件；而装入网络表用于实现原理图电路与 PCB 电路的对接。6.当网络表输入到 PCB 文件后，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，即元件布局。元件布局分为自动布局和手动布局，为了使布局更合理，多数设计者都采用手动布局。7.PCB 布线也分为自动

20、布线和手动布线，其中自动布线采用无网络、基于形状的对角线技术，只要设置相关系数，元件布局合理，自动布线的成功率几乎是100%。4.24.2 规划电路板规划电路板 对于要设计的电子产品，首先需要确定其电路板的尺寸。因此，电路板的规划也成为 PCB 制版中需要首先解决的问题。电路板的规划也就是确定电路板的板边，并且确定电路板的电气边界。规划 PCB 有两种方法：一种是手动规划电路板，另一种是利用 Altium Designer 的向导。4.34.3 装入网络表及元件装入网络表及元件 加载网络表，即将原理图中元件的相互关系及元件封装尺寸数据输入到PCB 编辑器中，实现原理图向 PCB 的转化，以便进

21、一步制板。要将原理图中的设计信息转换到新的空白 PCB 文件中，首先应完成如下项目的准备工作:（1）8对项目中所绘制的电路原理图进行编译检查，验证设计，确保电气连接的正确性和元器件封装的正确性。 （2）确认与电路原理图和 PCB 文件相关联的所有库均已加载，保证原理图文件中所指定的封装形式在可用库文件中都能找到并可以使用。PCB元器件库的加载和原理图元件库的加载方法完全相同。 （3）将新建的 PCB 空白文件添加到与原理图相同的项目中。然后装入网络与元器件封装:Altium Designer 系统为用户提供了以下两种装入网络与元器件封装的方法。 （1）在原理图编辑环境中使用设计同步器。 （2）

22、在 PCB 编辑环境中执行【设计】-【Import Changes From PCB_Project.PrjPcb】命令。这两种方法的本质是相同的，都是通过启动工程变化订单来完成的。 4.44.4 布局与布线布局与布线 元器件摆放称为布局，要考虑散热通风、查找方便、检修容易，置换简单、协调美观等因素。在 PCB 设计中用到很多不同的对象，其中大多数是需要定义铜箔区域或空隙区域的 ，这些对象不仅包括电气对象(如导线和焊盘)，还包括非电气对象（如文本和尺寸标注） 。因此，设计时注意设计对象的布局位置，走线宽度和对象所在的层是非常重要的。 布线分为自动布线和手动布线。布线是在板上用走线将器件引脚、焊

23、盘、过孔连接的过程。对比较复杂的板子，软件可以进行自动布线。自动布线器除了圆角的设计规则需另行定义之外，支持所有的电气特性并且按照设计规则布线。Altium Designer 提供先进的交互式布线工具和拓扑自动布线器，利用拓扑逻辑在电路板上计算布线路径，可自动跟踪已存在的连接、推挤和绕开障碍，使得布线得以直观简洁、高效灵活。这些功能都是基于设计规则进行的。手动布线更为灵活，但对于大量的布线则稍嫌费事。通常可采用自动布线加手工调整的方法。 95 结论结论电子 CAD 是一门考验动手能力的课程。正像大家所说，电子线路 CAD 是我们从事这一行业必须掌握的一门重要的基本工具，其重要性不言而 C 喻。既然如此的重要，对我们来说，其要求肯定也不是掌握一点理论知识、书本经验，而是提升其实际应用时的动手能力。只有真正的动手操作，才可以将理论与实际联系起来，将课本上的理论知识转化为生产力。电子 CAD 是一门考验大家耐心和细心的课程。在实习的过程中，我们被要求认真细致地完成实践课程，这为我们以后从事这一方面的工作打下了良好的基础，养成严谨审慎的科学态度。例如最简单的电气连接的检验，虽然是基础问题，却是我们必须注意的问题。通过这次课程设计让我明白了自己原来所学的那点知识是非常欠缺的，要学习的东西还有很多。通过这次课程设计，我明白