PCB课程设计报告(张学文)

课程设计报告设计课题：用ProtelDXP设计印刷电路板及PCB实验室制作专业班级：2013级通信工程1班学生姓名：张学文指导教师：王玉梅设计时间：2015.6.26

用ProtelDXP设计印刷电路板及PCB实验室制作课程设计目的:1）掌握DXP的创建数据库、新建文件、文件的导入导出、文件的拷贝剪切粘贴、文件的更名、文件的删除、设置多窗口的显示方式等操作。

2）掌握原理图图纸尺寸、图纸边框、图纸颜色、标题栏格式、网格尺寸、光标形状、系统字符字体等的设置方法。

3）电路原理图的绘制方法和高级绘图工具绘制电路原理图的方法。掌握根据原理图生成各种报表的操作方法和打印原理图的方法。掌握原理图元件库元件的编辑方法。

4）掌握绘制印刷线路板的环境设置,掌握绘制印刷线路板的基本操作。

5）集中将以上技能通过一个完整的电路充分的反映出来,以实现电路原理图的绘制,

印刷线路板的绘制,设计布局,布线规则等。

二、课程设计题目（问题）描述和要求题目：设计一个简单的键盘数码管显示控制模块。该模块由数码管驱动及键盘控制芯片CH451、8个共阴极数码管、16个限流匹配电阻、几片退耦电容及连接插座构成，与CPU通过简单的SPI串行接口通信。要求：按题目要求绘制原理图，将其网络表和封装导入到PCB文件中，并设置好设计环境，完成PCB的绘制。保存设计项目。填写电子版实验报告。将设计项目及相应实验报告保存，并提交到指导教师处。系统分析与设计（1）在Protel中绘制电路原理图的步骤：启动原理图编辑器，新建电路原理图文件。设置原理图的相关参数，如图纸的大小、版面及环境参数等。加载元件库，在图纸上放置需要的各种元器件。编辑元器件的属性，并对元器件进行合理的布局调整。使用导线或网络标签对所有的元器件进行电气意义上的连接。对电路原理图进行整体的编辑、调整。保存文档，打印输出。绘制元件库：为绘制原理图做补充。有些元件在系统库文件里可能找不到，我们可以自己动手绘制一个能表示实际元件的图形，并将其添加到原理图中。建议大家从一开始就建立一个属于自己的元件库，以后每设计一次电路，当遇到没有的原件时，就往库里添加一个元件，日积月累，自己的元件库就会充实起来，以后绘制原理图时就会非常方便。绘制PCB封装：也是为设计原理图做补充。原理图上的元件仅仅是一个元件代号，我们可以随意改变其模样，但是PCB封装绝对不能随意改动。所谓封装，就是元件在PCB上的实际焊接点，如果焊接点与元件对应不上，那么这块板子就没用了。对原理图进行编译：执行【项目管理】→【CompileDocumentADAC.SCHDOC】，编译原理图文件。根据Massage面板中的错误和警告提示，修改原理图，直至编译通过，生成网络表。在PCB编辑器中，执行【设计】→【层堆栈管理器】命令，选择PCB板层结构；执行【设计】→【PCB板形状】→【重定义PCB板形状】定义PCB的外观尺寸，设置PCB文件的编辑环境。设置PCB的电气边界：在PCB编辑器中，单击【Keep-OutLayer】标签，执行【放置】→【禁止布线区】→【导线】设置PCB的电气边界。更新PCB文件：在原理图编辑器内，执行【设计】→【UpdatePCBDocumentADAC.PCBDOC】命令，生成【工程变化订单(ECO)】，在对话框内单击“使变化生效”按钮，再单击“执行变化”按钮，将网络表和元件封装载入到PCB文件中。设置布线规则：在PCB编辑器中，选择【设计】→【规则】命令，在弹出的【PCB规则和约束编辑器】对话框中，重点进行元件间距、导线间距、导线宽度、焊盘大小、孔径大小等规则设置。原件布局：自动布局（执行【工具】→【放置元件】→【自动布局】命令）和手工布局相结合，摆放元件到适当位置。（10）布线：计算机自动布线（执行【自动布线】→【全部对象】命令，并选择布线策略）或手工布线。（11）DRC（DesignRuleCheck设计规则检查）校验和违规项修改：执行【工具】→【设计规则检查】命令，在弹出的【设计规则检查器】对话框中，分别设置【ReportOptions】和【RulesToCheck】文件夹下的相关选项，然后单击“运行设计规则检查”按钮，运行批处理DRC。（12）敷铜：执行【放置】→【覆铜】命令，在弹出的对话框中设置覆铜属性，包括填充模式、导线宽度、网格尺寸、连接网络及删除死铜等。（13）文件保存，输出打印：保存、打印各种报表文件及PCB制作文件。（14）送去加工制作：将PCB制作文件送交加工单位。具体操作及原理图：CH451通过串行接口与单片机相连接U2（CH451S）向单片机U1（51系列89C2051）提供复位信号RESET和系统时钟信号SCLK，如果要求定时精确，单片机也可以用晶振获得系统时钟信号。CH451的段驱动引脚串接了电阻R1（200Ω），用以限制和均衡段驱动电流，在5V电源电压下，串接200Ω电阻通常对应段电流13mA。电容C2和C3布置于U2的电源引脚附近，用于电源退耦，减少驱动大电流产生的干扰。当不需要键盘功能时，还可以省去KEY信号线，只使用DCLK、DIN、LOAD三个信号线；当使用键盘功能时，CH451的DOUT引脚的KEY信号线可以连接到单片机的中断输入引脚，如果连接到普通I/O引脚，那么应该使用查询方式确定CH451是否检测到有效按键。由于标准MCS51单片机的部分I/O引脚是弱上拉的准双向口，所以在与CH451进行远距离连接的电路中，建议对DIN、DCLK、LOAD加上拉电阻以减少干扰，上拉电阻的阻值可以是1KΩ到10KΩ，近距离无需上拉电阻，距离越远则阻值应该越小。驱动数码管（上图）CH451可以动态驱动8个共阴数码管，所有数码管的相同段引脚（段A～段G以及小数点）并联后通过串接的限流电阻R1连接CH451的段驱动引脚SEG0～SEG7，各数码管的阴极分别由CH451的DIG0～DIG7引脚进行驱动。串接限流电阻R1的阻值越大则段驱动电流越小，数码管的显示亮度越低，R1的阻值一般在60Ω至1KΩ之间，在其它条件相同的情况下，应该优先选择较大的阻值。在数码管的面板布局上，建议数码管从左到右的顺序是N1靠左边，N8靠右边，以便匹配字左右移动命令和左右循环移动命令。8×8键盘扫描（下图）CH451具有64键的键盘扫描功能，如果应用中只需要很少的按键，则可以在8×8矩阵中任意去掉不用的按键。为了防止键被按下后在SEG信号线与DIG信号线之间形成短路，影响显示，一般应该在CH451的DIG0～DIG7引脚与键盘矩阵之间串接限流电阻R2，其阻值可以从1KΩ至10KΩ。原理图如上自己设计的原理图原件PCB图如下：四.系统调试过程中出现的主要问题

1.

手动布线的时候，导线是不能交叉的，解决这个问题的方法就是增添一个焊盘，然后分别在Top

layer和Button

layer两层布线通过焊盘将两端连起来。

2.

元件导入PCB时，如果某个元件不能完成封装，就要双击该元件查看，在出现的Component

Properties对话框中双击Footprint即可查看该元件是否封装，如果没有，就要在Library库中添加上该元件。

3.PCB封装时，最好不要在封装图上写标注，否则，此标注将和封装连为体，布线时，线不能通过此标注，这就给布线带来了麻烦，其实在原理图中可以直接对元件进行标注，双击某个元件就可以改名了。

4.如果线路较复杂应适当调整再使用自动布线，否则容易电脑死机了，所以在放置元器件时要特别注意，尽量按照原理图的位置摆放，先放大的元器件，再放置元器件周围的电容电阻，最后布线就方便快速多了。图五.系统运行报告与结论对本系统作一个全面的评价：包括有何特点、存在的问题、改进意见等。六.PCB实验室制作1、打印PCB。将绘制好的PCB用转印纸打印出来，注意滑的一面面向自己，一般打印两张PCB，即一张纸上打印两张PCB。在其中选择打印效果最好的制作电路板。2、裁剪覆铜板。覆铜板，也就是两面都覆有铜膜的电路板，将覆铜板裁成PCB的大小，不要过大，以节约材料。3、预处理覆铜板。用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以保证在转印PCB时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上，打磨好的标准是板面光亮，没有明显污渍。4、转印PCB。将打印好的PCB裁剪成合适大小，把印有PCB的一面贴在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证转印纸没有错位。一般来说经过2-3次转印，PCB就能很牢固的转印在覆铜板上。热转印机事先就已经预热，温度设定在160-200摄氏度，由于温度很高，操作时注意安全！5、腐蚀电路板。先检查一下PCB是否转印完整，若有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等电路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时，将电路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块电路板就腐蚀好了。腐蚀液的成分为浓盐酸、浓双氧水、水，比例为1：2：3，在配制腐蚀液时，先放水，再加浓盐酸、浓双氧水，若操作时浓盐酸、浓双氧水或腐蚀液不小心溅到皮肤或衣物上要及时用清水清洗，由于要使用强腐蚀性溶液，操作时一定注意安全！6、电路板钻孔。电路板上是要插入电子元件的，所以就要对电路板钻孔了。依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针，在使用钻机钻孔时，电路板一定要按稳，钻机速度不能开的过慢，操作钻机还是比较简单的，只要细心就能完成得很好。请仔细看操作人员操作。七.总结实验过程中产生的问题：

(1)连线超过元件器件的断点；

(2)连线的两部分有重复;

(3)原理图中未定义元件的封装形式；

(4)印刷电路板封装的名称不存在，致使在封装库中找不到；

(5)封装可以找到，单元件的管脚名称与印刷电路库中封装的管脚名称不一致。

问题解决方法：

(1)在元件端点处连线；

(2)元器件连线尽量一线连通;

(3)到网络表文档中查找未定义封装的元件，补上元件封装；

(4)确认印刷电路板元件封装库是否已调入，同时检查原理图中元件封装名称是否印刷电路板元件封装库中的名称一致；

(5)将印刷电路板元件封装中的修改成与原理图中定义一致。通过这次PCB设计作业，提高了我对ProtelDXP软件的认识，进一步巩固、加深和拓宽了所学的知识，树立了正确的设计思想，熟悉掌握了PCB设计的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力