1、福州大学物理与信息工程学院印制电路板设计实践报告专业：电子科学与技术 班级： 2 班 姓名： 学号： 指导老师： 林培杰 2017 年 6 月目录一、 设计分析 1二、 本设计对应的毕业要求细化指标 .2三、 设计过程 33.1 元器件库建立 .33.2 规则设定 63.3 布局和布线分析 8四、心得体会 14一、 设计分析1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 2-Jun-2016 Shet of File: C:Documents and SetingsAdministrator下AA.DBrawn By:C1104
2、 C210u1 32V VGNDIN OUTU178L0530RP101 P12 P123P134 P145 P156P167 P178RESET9RXD10 TXD1INT012 INT113 T014 T115WR 16RD 17P0 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 3P07 32P20 21P21 2P2 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28X218 X119EA/VP31AT89S51U2AT89S51P0P01P02P03P04P05P06P07P20P21P2P23P24P25P26P27P30P31P32P3P3
3、4P36P37P3512345678J1CON812345678J2CON812345678J3CON8P0P01P10P02P1P03P12P04P13P05P14P06P15P07P16P17P20P21P2P23P24P25P26P27P10P1P12P13P14P15P16P17P30P31P32P3P34P35P36P3712345678 com9U3VCVCVCP0P01P02P03P04P05P06P0712345678 com9U10下下下下P10 P1 P12 P13P14P15P16P17R210kR310kR410kR510kR910KVCC330pC430pCRY12M
4、R81KVC +C510u下下RESETRESETVCBELR710K下下下P32RESETP17P15下下P16+C610uF+C710uF +C810uF+C910uFC1+1C1-3 C2+4C2-5VC 16V+ 2V- 6GND 15T2out7R2in8 R2out 9T2in 10U4下下下下P31P30AT24C02GNDSDASCLWPVCA0A1A2U5AT24C02R15.1KR105.1KVCCS1 SK2 DI3DO4 GND 5ORG 6DC 7VC 8U693C46R10 P37P36P35G19 DIR1A12 B1 18A23 B2 17A34 B3 16A4
5、5 B4 15A56 B5 14A67 B6 13A78 B7 12A89 B8 1U174LS245P0P01P02P03P04P05P06P07P0_outP01_outP02_outP03_outP04_outP05_outP06_outP07_outP0_outP01_outP02_outP03_outP04_outP05_outP06_out G5 F10 E1D2 C4 B7A1 1H122H9 3H8 4H6DP3 U13SMGP20_out P21_out P2_out P23_out下下下下 LCD下下下下下下下VCVC_SMGVC_LEDVC_LCDVC_BEPVC_LED
6、VC_LCDVC_KEYVC_BEP SPI下下VC_SPIVC_I2CVC_I2CVC_SPI123HONGWAICON3VC_HWVC_HWP312 34S112 34S512 34S912 34S1312 34S212 34S612 34S1012 34S1412 34S312 34S712 34S112 34S1512 34S4 12 34S12 12 34S16 12345678J4CON8VC_KEY1 122 LED11 122 LED21 122 LED31 122 LED41 122 LED51 122 LED61 122 LED71 122 LED811 2 2LED12
7、34S8P20P21P2P23P24P25P26P27VC1234567891011213141516J_LCDHEADER 16VCin162738495RS232DB91 23 45 67 89 10JSP1 23 45 67 89 101 1213 1415 16SHEADER 8X2123POWER-DYVCinP07_outRs20 12 34RESET12 34INTOVC12J6CON2VC_LCD下下下下下下下下下下下下下LED下Q2MBTA92Q3MBTA92Q4MBTA92Q5MBTA92RO31KRO21KRO11KRO41KP20P21P2P23P20_outP21_o
8、utP2_outP23_outVC_SMGP36P37Q1MBTA92R610K P10P1P12P13图 1 单片机系统原理图这是 51 单片机最小系统原理图，该系统采用 RS232 串口通信，图中还包含了 LCD 模块、LED 模块、矩阵键盘模块、蜂鸣器模块、红外以及数码管模块，也引出了 SPI 的通信接口，此外又用排针将单片机大部分引脚独立引出，可以进行系统拓展，能更方便的进行各种实验。二、 本设计对应的毕业要求细化指标课程要求（毕业细化指标） 本设计对应的相关内容1、要求学生能够在系统设计过程中，选择合适软、硬件开发软件平台对系统进行设计和调试；（5.2）本 PCB 为 51 单片机最
9、小系统设计基于Altium designer 16。Altium Designer 是原 Protel 软件开发商 Altium 公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在 Windows 操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计。2、要求学生在设计过程中，通过网络查找等方式了解相关的行业设计的规范或标准，例如硬件设计规范，PCB板制作规范等；（6.1，6.3）学习了如何进行元器件排版比如原理图设计时要整洁清晰，阅读起来一目了然，各个模块应适当分开，可
10、使用网络连接起来。PCB 设计时布线布局也要根据实际情况遵守规则。3、要求写规范的文档，能通过书面方式表达自己的想法，就复杂工程问题与同学等进行有效的沟通与交流；（10.4）将遇到的问题以及解决思路用书面语言表达出来，并规范的遵守电子报告各种要求，通过撰写报告可以总结自己的实践过程和收获，更可以锻炼报告撰写能力；在实践过程中碰到问题，和同学讨论，学会如何进行更好的交流，最终得到了解决。4、通过本次设计，同学能认识不断探索和学习的必要性，具有自主学习和终生学习的意识；（12.1）通过本次实践，我对 PCB 设计有了更加浓厚的兴趣，在未来，我可能会在这个领域里不断深入学习，对以后工作或许也会有诸多
11、益处。而对于新时代的大学生来说不断提高自主学习能力是十分必要的，只有如此才能立于不败之地。三、 设计过程3.1 元器件库建立1. 建立原理图库：文件NEWLibrary原理图库图 2 新建原理图库2.建立 PCB 库:文件NEWLibraryPCB 元件库图 3 新建 PCB 图库3将原理图与 PCB 按手册资料绘制好之后，应将二者结合起来，以后才可以使用。步骤：在原理图库处找到 鼠标单击，然后找到刚才画好的PCB 对应元件，单击即可添加，至此，一个元件的封装绘制已全部完成。图 4 原理图元件外形图 5 PCB 元件外形为原理图添加封装图 6 添加封装用同样的方法可绘制出各种所需元器件封装，而
12、这些封装放在一个工程里，就形成了自制的封装库。3.2 规则设定电源线 50mil 其他 15mil 间距 20mil。设置间距 20mil:间距设定通过点击 设计规则 Clearance 图 7 设置间距设置线宽：点击 设计规则 Width图 8 设置线宽3.3 布局和布线分析3.31 布局如下图: 图 9 布局图（2）首先，在能使功能全部完成的前提下应使布局尽量使布线能更简洁，使引线尽量短。元器件摆放要尽量整齐，方便布线。然后各个模块的相关的元件摆在一处，可以节省很多空间和引线。例如数码管应和 75HC245 和几个三极管放在一处。（3）LCD 与数码管最好放在边缘处，不能再旁边放置太高的器
13、件。(4)按键应排列整齐，且放在角落处，可用自动对齐功能。(5)晶振应放在 51 芯片管脚的旁边。(6)对应器件的电容应放在对应的器件引脚旁。3.32 布线：图 10 布线图（1） 布线要注意的首先是电源线，电源关乎系统全局，系统有很多模块，但电源只有一个因此电源线至关重要。一般说来，电源线应尽量粗，特别是地线，这里要求 50mil(2) 信号线应尽避免使用 90 度折线，以减小高频信号以电磁波的方式发生辐射。（3）时钟线路的布线，使参考时钟输出到达器件引脚的路线要尽量短。（4） 信号线避免形成环路，如不可避免，环路应尽量小；信号线的过孔要尽量少，尽量布在同一层。（5）覆铜时应将 GND 连为
14、网络，加大地面积两层之间可额外多加加一些对地的过孔，减小阻抗。（6）添加泪滴可以让电路在 PCB 板上的连接更加稳固，可靠性高，这样做出来的系统才会更稳定，所以在电路板中添加泪滴是很有必要的。最终结果图：图 11 顶层图图 12 底层图图 13 第一层图 14 第二层图 15 第三层图 16 第四层四、心得体会通过本次实践，在动手能力和自主学习、独立解决问题能力方面收获颇丰。虽然早在大一的时候我便接触了该软件，中间也经常在使用这款软件在实验室里做一些电路板，但是从未画过如此规模的电路，虽然对软件很熟悉，但其实挑战也不小。以前做的电路都是一些小模块，而此次做的则是一个小系统，既然是系统，那考虑的问题就要多很多了，比如元器件之间的布局是否合理，而小模块的元器件只有那么几个，怎样摆都不会出太大问题。而通过此次实践我也对 PCB 设计有了更加浓厚的兴趣，希望在毕业前能设计出一个让自己满意的小系统。这个暑假也计划留在学校准备参加全国大学生电子设计大赛，在这方面也是需要加强训练的。
