第17-18讲 第9章 数码管显示电路的PCB设计

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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,第9章 数码管显示电路的PCB设计,任务描述,在第,7,章完成了数码管显示电路的原理图绘制后，本章完成数码管显示电路的,PCB,板设计。在该,PCB,板中，调用第,5,章建立的封装库内的两个器件：,DIP20(AT89C2051,单片机的封装,),、,LED-10

2、(,数码管的封装,),。通过该,PCB,图验证建立的封装库内的两个器件的正确性，并进行新知识的介绍。他将涵盖以下主题：,设置,PCB,板,设计规则介绍,自动布线的多种方法,数码管显示电路的,PCB,板设计,教学目的及要求：,1.掌握在项目中新建PCB文档,2.熟练掌握设置PCB板,3.熟练掌握导入元件、元件布局,4.了解PCB的设计规则,5.熟练掌握检查绿色高亮显示,6.熟练掌握自动布线、验证PCB的设计,教学重点：导入元件、元件布局,教学难点：检查绿色高亮显示,9.1 创建PCB板,9.1.1,在项目中新建,PCB,文档,在第,3,章的,3.2,中介绍了用,PCB,向导产生空白,PCB,板子

3、轮廓的方法。本节将介绍另一种方法产生空白的,PCB,板。,（,1,）启动,Altium Designer,，打开“数码管显示电路,.PrjPCB”,的项目文件，再打开“数码管显示电路,.SchDoc”,的原理图。,（,2,）产生一个新的,PCB,文件。方法如下：选择主菜单中的“,File”“New”“PCB”,命令，在“数码管显示电路,.PrjPcb”,项目中新建一个名称为“,PCB1.PcbDoc”,的,PCB,文件。,（,3,）在新建的,PCB,文件上单击鼠标右键，在弹出的下拉菜单中选择“,Save”,命令，打开“,SavePCB1.PcbDocAs”,对话框。,（,4,）在“,SaveP

4、CB1.PcbDocAs”,对话框的“文件名”编辑框中输入“数码管显示电路”，单击“保存”按钮，将新建的,PCB,文档保存为“数码管显示电路,.PcbDoc”,文件。,9.1.2 设置PCB板,（,1,）在主菜单中选择“,Design”“Board Options”,命令，打开如图,9-1,所示的“,Board Options”,对话框。,图9-1 “Board Options”对话框,（2）在如图9-1所示的“Board Options”对话框的“Measurement Unit”区域中设置“Unit”为“Metric”；勾选“Sheet Position”区域中的“Display Shee

5、t”复选项，表示在PCB图中显示白色的图纸；设置Snap Grid X、Y：1mm，单击“OK”按钮。,（,3,）在主菜单中选择“,Design”“Board Sharp”“Redefine Board Sharp”,命令，重新定义,PCB,板的形状。,（,4,）移动光标按顺序分别在工作区内坐标为（,100 mm,，,30 mm,）、（,190 mm,，,30 mm,）、（,190 mm,，,106 mm,）和（,100 mm,，,106 mm,）的点上单击，最后单击鼠标右键，绘制一个矩形区域。重新定义的,PCB,板区域如图,9-2,所示。,图,9-2,重新定义的,PCB,板区域,（5）单击工

6、作区下部的“Keep-Out Layer”层标签，选择“Keep Out Layer”层，重新定义PCB板的边框。,（6）单击“Utilities”工具栏中的绘图工具按钮“”，在弹出的工具栏中选择线段工具按钮“”，移动光标按顺序连接工作区内坐标为（103，33）、（187，33）、（187，103）和（103，103）的四个点，然后光标回到（103，33）处，光标处出现一个小方框，按鼠标左键，即绘制“Keep Out”布线的矩形区域（如图9-3所示），按鼠标右键，退出布线状态。(单位：mm)。,图,9-3,绘制布线区域的,PCB,板,（,7,）在主菜单中选择“,Design”“Layer St

7、ack Manager”,命令，打开“,Layer Stack Manager”,对话框。,（,8,）在“,Layer Stack Manager”,对话框中勾选“,Top Dielectric”,复选项和“,Bottom Dielectric”,复选项，设置电路板为有阻焊层的双层板，单击“,Ok”,按钮。,至此，,PCB,板的形状、大小，布线区域和层数就设置完毕了。,9.2 PCB板布局,9.2.1,导入元件,（,1,）在原理图编辑器下，用封装管理器检查每个元件的封装是否正确（,3.3,节中已介绍），打开封装管理器,Tools Footprint Manager,。,（,2,）在主菜单中选择

8、“,Design”“Import Changes From,数码管显示电路,.PrjPcb”,命令，打开如图,9-4,所示的“,Engineering Change Order”,对话框。,图,9-4 “Engineering Change Order”,对话框,（,3,）单击“,Execute Changes”,按钮，应用所有已选择的更新，“,Engineering Change Order”,对话框内列表中的“,Status”,下的“,Check”,和“,Done”,列将显示检查更新和执行更新后的结果，如果执行过程中出现问题将会显示“”符号，若执行成功则会显示“”符号。如有错误检查错误，然

9、后从（,2,）开始重新执行，没有错误后，应用更新后的“,Engineering Change Order”,对话框如图,9-5,所示。,图,9-5,应用更新后的“,Engineering Change Order”,对话框,（,4,）单击“,Engineering Change Order”,对话框中的“,Close”,按钮，关闭该对话框，至此，原理图中的元件和连接关系就导入到,PCB,板中了。,图,9-6 PCB,工作区内容,导入原理图信息的,PCB,板文件的工作区如图,9-6,所示，此时,PCB,板文件的内容与原理图文件“数码管显示电路,.SchDoc”,就完全一致了。,9.2.2 元件布

10、局,Altium Designer,提供了自动布局功能。方法：选择主菜单,Tools Component Placement Auto Placer,弹出,Auto Place,对话框。在该对话框内可以选择,Cluster Placer,和,Statistical Placer,两种布局方式，目前这两种布局方式布局的效果不尽人意，所以用户最好还是采用手动布局。方法如下：,（,1,）单击,PCB,图中的元件，将其一一拖放到,PCB,板中的“,Keep-Out”,布线区域内。单击元件,U1,将它拖动到,PCB,板中靠左边靠上的区域；在拖动元件到,PCB,板中的“,Keep-Out”,布线区域时，可

11、以一次拖动多个元件，如选择,3,个元件,DS1-DS3,（鼠标单击,DS1,元件的左下角，然后单击,DS3,元件的右上角），按住鼠标左键将它拖动到,PCB,板中部用户需要的位置时放开鼠标左键；如图,9-7,所示。在导入元件的过程中，系统自动将元件布置到,PCB,板的顶层（,Top Layer,），如果需要将元件放置到,PCB,板的底层（,Bottom Layer,）按（,2,）步骤进行操作。,图,9-7,移动元器件,（,2,）双击元件“,U3”,，按,Tab,键，打开如图,9-8,所示的“,Component U3”,对话框。在“,Component U3”,对话框中“,Component P

12、roperties”,区域内的“,Layer”,下拉列表中选择“,Bottom Layer”,项，单击“,OK”,按钮，关闭该对话框。此时，元件“,U3”,连同其标志文字都被调整到,PCB,板的底层，把“,U3”,放在,DS1,元件位置的底层（,DS1,的元件放在顶层）。,图9-8 “Component U3”对话框,（,3,）放置其它元件布置到,PCB,板顶层，然后调整元件的位置。调整元件位置时，最好将光标设置成大光标，方法：单击鼠标右键，弹出菜单，选择,Options Preferences,，弹出,Preferences,对话框，光标类型（,Cursor Type,）处：选择,Large

13、 90,即可。,（,4,）放置元件时，选择于其它元件连线最短，交叉最少的原则，可以按,Space,键，让元件旋转到最佳位置，才放开鼠标左键。,（,5,）如果电阻,R2,、,R3,、,R10-R16,排列不整齐，可以选中这些元件，在工具栏上按“”图标，弹出下拉工具，选“”图标，再选“”图标后，即可把电阻布置整齐。,(6),在放置元件的过程中，可以按,G,键，设置元件的,Snap Grid,以及,Component Grid,，以方便元件摆放整齐。也可以设置,PCB,板是采用公制（,Metric,）或英制,(Imperial),单位，最好采用英制单位。布置完成后的,PCB,板如图,9-9,所示。,

14、图,9-9,手动布局完成后的,PCB,板,至此，元件布局完毕。,（,7,）单击工作区中的名称为“数码管显示电路”的,room,框，按键盘的“,del”,键，将其删除。,room,框用于限制单元电路的位置，即某一个单元电路中的所有元件将被限制在由,room,框所限定的,PCB,范围内，便于,PCB,电路板的布局规范，减少干扰，通常用于层次化的模块设计和多通道设计中。由于本项目未使用层次设计，不需要使用到,room,边框的功能，为了方便元件布局，可以先将该,room,框删除。,9.2.3 检查绿色高亮显示,运行设计规则检查：,ToolsDesign Rule Check,给出错误报告如图,9-10

15、,所示。,图,9-10,设计规则检查后的错误报告,从错误报告看出有2个地方出错：Silkscreen Over Component Pads与Minimum Solder Mask Sliver。,可以用第3章介绍的方法，从菜单选择Design Rules（快捷键D，R）打开PCB Rules and Constraints Editor 对话框。双击Manufacturing类在对话框的右边显示所有制造规则，找到Silkscreen Over Component Pads和Minimum Solder Mask Sliver两行，把Enabled栏的复选框的“”去掉即可,表示关闭这2个规则，

16、不进行该2项的规则检查。,现在,PCB,板上就没有绿色的高亮显示了，如图,9-15,所示。,图,9-15,清除了绿色高亮的,PCB,板,9.2.4 更改元件封装,由于图,9-15,所示,PCB,板上元器件的封装用的是绘制原理图时放元器件的缺省值，,C1-C4,的元件封装与实际元件有差异，所以需要修改这,4,个元件的封装。用第,3,章介绍的方法将,C1,、,C2,元件的封装修改为：,RAD-0.1,，,C3,元件的封装修改为：,CAPPR5-5X5,，,C4,元件的封装修改为：,RB5-10.5,。修改封装后的,PCB,板如图,9-16,所示。,图9-16 修改封装后的PCB板,9.3 设计规则介绍,AltiumDesigner,提供了内容丰富、具体的设计规则，根据设计规则的适用范围共分为如下,10,个类别，下面把要经常要使用的规则作简单介绍。,“,Electrical”,电气规则类。,“,Routing”,布线规则类。,“,SMT”SMT,元件规则类。,“,Mask”,阻焊膜规则类。,“,Plane”,内部电源层规则类。,“,Testpoint”,测试点规则类。,“,Manufactu