1、沈阳工程学院课程设计报告 目 录I目 录目 录 .I第一章 实训内容 11.1 设计题目 11.2 设计目标 11.2 设计器材 1第二章 开发工具简介 22.1 Altium Designer 简介 22.1.1 主要特性 22.2 初始 Altium Designer 集成环境 .22.2.1 Altium Designer 菜单栏 .22.2.2 Altium Designer 的文件管理 .4第三章 原理图设计 63.1 原理图文件 63.2 设置环境变量 63.3 安装元件库 63.4 绘制原理图 73.5 原理图的编译和调整 10第四章 元件库制作及 PCB 元器件封装 114.1
2、 说明 114.2 建立元器件 114.2.1 为库文件绘制元件原理图 .114.3 元器件封装概述 134.3.1 元件封装的分类 134.3.2 元器件的封装编号 144.4 建立 PCB 元器件封装 144.4.1 PCB 封装库创建基本流程 .144.4.2 具体绘制 PCB 封装 14第五章 PCB 设计以及遇到问题 .195.1 创建并生成 PCB 文件 195.2 PCB 布局 .205.2.1 自动布线 .205.2.2 手动布线 215.2.3 规则检查 225.3 遇到的问题 225.4 解决方法 22设计总结 23参考文献 24沈阳工程学院课程设计报告 第一章 实训内容1
3、第一章 实训内容电子线路辅助设计是独立的实践性教学环节之一，是计算机科学与技术专业嵌入式系统工程方向专业课。在人才培养方案中起着培养基本技能的作用，是一门实践性要求很高的课程，学生需要通过上机实习和设计环节巩固所学知识，进而综合运用所学知识针对不同的用户需求进行设计开发。通过实训让学生可以独立实现电路原理图和印刷电路板的设计，为今后在工作中的实际应用打下较为坚实的基础。1.1 设计题目直流稳压/充电电源电路。1.2 设计目标本次设计的目标是在 DXP(Altium Designer)软件中完成如下目标：1. 独立完成电路原理图的绘制2. 绘制直流稳压/充电电源电路 PCB 并对其进行布线调整、
4、直至形成可印制电路板。1.2 设计器材预装有 DXP(Altium Designer)软件的 PC 机。沈阳工程学院课程设计报告 第二章 开发工具简介 2第二章 开发工具简介2.1 Altium Designer 简介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。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，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。电路设计自动
5、化 EDA（Electronic Design Automation）指的就是将电路设计中各种工作交由计算机来协助完成。如电路原理图（Schematic）的绘制、印刷电路板（PCB）文件的制作、执行电路仿真（Simulation）等设计工作。随着电子科技的蓬勃发展，新型元器件层出不穷，电子线路变得越来越复杂，电路的设计工作已经无法单纯依靠手工来完成，电子线路计算机辅助设计已经成为必然趋势，越来越多的设计人员使用快捷、高效的 CAD 设计软件来进行辅助电路原理图、印制电路板图的设计，打印各种报表。Altium Designer 除了全面继承包括 Protel 99SE、Protel DXP 在内
6、的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。该平台拓宽了板级设计的传统界面，全面集成了 FPGA 设计功能和 SOPC 设计实现功能，从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA 与 PCB 设计及嵌入式设计集成在一起。 由于 Altium Designer 在继承先前 Protel 软件功能的基础上，综合了 FPGA 设计和嵌入式系统软件设计功能，Altium Designer 对计算机的系统需求比先前的版本要高一些。2.1.1 主要特性 原理图设计 印刷电路板设计 FPGA 的开发 嵌入式开发 2.2 初始 Altium Designer 集成环境2.2.1 Altiu
7、m Designer 菜单栏Altium Designer 的菜单栏是用户启动和优化设计的入口，它具有命令操作、参数设置等功能。用户进入 Altium Design，首先看到的菜单栏有：File、View、Project、Window和 Help 5 个下拉菜单。沈阳工程学院课程设计报告 第二章 开发工具简介 3图 2.1 Altium Designer 界面图 2.2 Altium Designer 主窗口1、File 菜单File 菜单主要用于文件的新建、打开和保存等如图 2.3 所示：图 2.3 File 菜单沈阳工程学院课程设计报告 第二章 开发工具简介 42、View 菜单View
8、菜单用于工具栏、状态栏和命令行的管理，并控制各种工作窗口面板的打开和关闭，如图 2.4 所示：图 2.4 View 菜单3、Project 菜单Project 菜单各个选项主要用于整个设计工程的编辑、分析和版本控制，当尚未打开的工程时，Project 下拉菜单中除 Add Existing Project、Add New Project、Version Control 选项外，其他选项为灰色，处于不可用的状态，如图 2.5 所示。图 2.5 Project 菜单2.2.2 Altium Designer 的文件管理1、创建工程启动 Protel DXP 后，选择菜单【File】/【New】/【
9、Project】/【PCB Project】命令；完成后如图 2.6 所示。沈阳工程学院课程设计报告 第二章 开发工具简介 5图 2.6 新建工程2、创建原理图文件在新建的 PCB 项目（工程）下，选择菜单【File】/【New】/【Schematic】命令；完成后如图 2.7 所示。图 2.7 创建的原理图文件3、保存原理图文件选择【File】/【Save】菜单命令，弹出保存对话框【Save Sheet1.SchDocAS】对话框如图 2.8 所示；选择保存路径后在【文件名】栏内输入新文件名保存到自己建立的文件夹中。图 2.8 保存原理图文件沈阳工程学院课程设计报告 第三章 原理图设计 6第
10、三章 原理图设计3.1 原理图文件1、首先在桌面建立 YANGQIAN_Project 文件夹，便于整个工程项目文件管理。2、执行菜单命令【File】/【New】/【PCB Project】 ，建立一个工程。3、执行菜单命令【File】/【Save Project】 。4、执行菜单命令【File】/【New】/【Schematic】 ，新建电路原理图文件(直流稳压充电电源.SchDoc)。5、执行菜单命令【File】/【Save】YANGQIAN_Project 文件夹中。3.2 设置环境变量1、原理图参数设置执行菜单命令【Dsign】/【Options】 ，打开 Document Optio
11、ns 对话框，如图所示 2.1所示。在该对话框中对图纸参数进行设置。图 3.1 原理图参数设置3.3 安装元件库装入元器件库，执行菜单命令 Design|Add /Remove Library，出现如图 3.2 所示的Add/Remove Library（添加移除元器件库）对话框，装入所需要的元件库。系统默认的已经装入了两个库，一个是常用的电气元器件杂项库（MiscellaneousDevices.IntLib） ，另一个是常用接插件库（Miscellaneous Connectors.IntLib）我习惯在 priject 和 installed 中沈阳工程学院课程设计报告 第三章 原理图设
12、计 7都添加。图 3.2 添加 Libraries图 3.3 project 中添加 Libraries3.4 绘制原理图1、查看原理图中各元件类型。Library 面板中，单击库文件名列表框的下拉按钮，选中 MiscellaneousDevices.IntLib 元件库，后输入所需元器件的名称，如图 3.4 所示。沈阳工程学院课程设计报告 第三章 原理图设计 8图 3.4 查看元件2、在当前库元件列表中选中要放置的元件，在面板右上部的 Place 按钮或直接双击元器件，此时光标变为十字形，且元件随光标移动，在工作区适当位置单击鼠标左键可将元件放到当前位置。当连续放入所需数量的元器件后单击右键
13、结束。图 3.5 原理图原件收集3、设置元件属性、双击元件设置原理图中各元件的参数。沈阳工程学院课程设计报告 第三章 原理图设计 9图 3.6 设置元件参数5、结合导航线栏完成大概原理图的绘制(对于库中不存在的元件需要自己动手绘制、后面将给与介绍和操作)。图 3.7 工具栏图 3.8 直流稳压充电电源原理图沈阳工程学院课程设计报告 第三章 原理图设计 103.5 原理图的编译和调整执行菜单【Project】/【Compile PCB Project】对项目进行编译，并生成信息报告，如图 3.9 所示。根据提示信息找到错误并加以改正。可双击提示信息，打开 Compile Error面板，单击其中
14、的提示信息自动定位到错误处，即可进行修改。图 3.9 原理图编译错误信息沈阳工程学院课程设计报告 第四章 元件库制作及 PCB 元器件封装11第四章 元件库制作及 PCB 元器件封装4.1 说明在 DXP(Altium Designer)所带的 libraries 中，并不包含所有工程所需的元件，或者能找到但与实习元件引标号不一致，或者元件库里面的元件的符号大小或者引脚的距离与原理图不匹等等，因此需要对找不到的库或者某些元件重新进行绘制，以完成电路的绘制。由于新器件、和特殊器件的出现，某些器件导致在 Altium Design 集成库中没有办法找到，因此就需要手工创建元器件的封装。4.2 建立
15、元器件选择【File】/【New】/【library】/【Schematic】菜单命令；完成后如图 4.1 所示。然后选择【File】/【Save】菜单命令；弹出【Save Schlib1.SchLibAs 】对话框。选择保存路径进行保存。图 4.1 创建元件图库4.2.1 为库文件绘制元件原理图单击打开【SCH Library】面板，如图 4.2 所示。此时可以在右边的工作区进行元件绘制，建立第二个以上元件时，选择【Tools】/【New Component】菜单命令，弹出对话框如图所示 NEW Component，确定后即可在右边的工作区内绘制元件。沈阳工程学院课程设计报告 第四章 元件库
16、制作及 PCB 元器件封装12图 4.2 SCH Library 面板添加元件库元件的外形一般由直线、圆弧、椭圆弧、椭圆、矩形和统也在其设计环境下提供了丰富的绘图工具。要想灵活、快速要的元件外形，就必须熟练掌握各种绘图工具的用法。具体操后研究。选择【Place】菜单，可以绘制各种图形。实验中用到的两个元件原理图绘制如下如图 4.3 和 4.4。图 4.3 单刀三置开关沈阳工程学院课程设计报告 第四章 元件库制作及 PCB 元器件封装13图 4.4 直流电源4.3 元器件封装概述元器件封装只是元器件的外观和焊点的位置，纯粹的元器件封装只是空间的概念，因此不同的元器件可以共用一个封装，不同元器件也
17、可以有不同的元件封装，所以在画 PCB 时，不仅需要知道元器件的名称，还要知道元器件的封装。4.3.1 元件封装的分类大体可以分为两大类：双列直插式（DIP）元件封装和表面贴式（STM）元件封装。双列直插式元器件实物图和封装图如图 4.5 和 4.6 所示。图 4.5 双列直插式元器件实物图 图 4.6 双列直插式元器件封装图沈阳工程学院课程设计报告 第四章 元件库制作及 PCB 元器件封装14表面粘贴式元件实物图和封装图如图 4.7 和 4.8 所示。图 4.7 表面粘贴式元件实物图 图 4.8 表面粘贴式元件封装图4.3.2 元器件的封装编号元器件封装的编号一般为元器件类型加上焊点距离（焊
18、点数）在加上元器件外形尺寸，可以根据元器件外形编号来判断元器件包装规格。比如 AXAIL0.4 表示此元件的包装为轴状的，两焊点间的距离为 400mil。DIP16 表示双排引脚的元器件封装，两排共 16 个引脚。RB.2/.4 表示极性电容的器件封装，引脚间距为 200mil，元器件脚间距离为 400mil。4.4 建立 PCB 元器件封装4.4.1 PCB 封装库创建基本流程PCB 封装库创建与元件原理图创建过程大体相同可分为如下几部分:创建 PCB 库文件-添加元件-绘制元件-存盘保存，创建完封装后将原理图和封装图库文件一起添加到工程文件中。4.4.2 具体绘制 PCB 封装1、新建 P
19、CB 元件库执行菜单命令【File】/【New】/【Library】/【PCB Library】打开 PCB 元器件封装库编辑器。执行菜单命令【Flie】/【 Save As 】 ，将新建立的库命名为 PcbLib1.PcbLib。过程如图 4.9 所示。沈阳工程学院课程设计报告 第四章 元件库制作及 PCB 元器件封装15图 4.9 创建 PCB 封装库2、添加元器件在新建的库文件中，选择【PCB Library】标签，双击【Component】列表中的【PCBComponent_1】 ，弹出【PCB Library Component】对话框，在【name】处输入要建立元件封装的名称；在【
20、 Height 】处输入元件的实际高度后确认。过程如图 4.10 所示。图 4.10 设置元件属性沈阳工程学院课程设计报告 第四章 元件库制作及 PCB 元器件封装164、放置焊盘执行菜单命令 【Place】/【Pad】 （或者单击绘图工具栏的按钮） ，此时光标会变成十字形状 ，且光标的中间会粘浮着一个焊盘，移动到合适的位置（一般将 1 号焊盘放置在原点0,0 上） ，单击鼠标左键将其定位，过程如图 4.11 所示，放置焊盘如图 4.12 所示。图 4.11 绘图工具栏图 4.12 放置焊盘5、设置焊盘属性双击任一焊盘即可设置焊盘的属性，如图 4.13 所示。沈阳工程学院课程设计报告 第四章
21、元件库制作及 PCB 元器件封装17图 4.13 设置焊盘属性6、绘制元件外形通过工作层面切换到顶层丝印层， （即【TOP-Overlay】层） ，执行菜单命令【Place】/【Line】 ，此时光标会变为十字形状，移动鼠标指针到合适的位置， 单击鼠标左键确定元件封装外形轮廓的起点，到一定的位置再单击鼠标左键即可放置一条轮廓，以同样的方法只到画完位置。执行菜单命令【Place】/【Arc】可放置圆弧。绘制完成后如图 4.14 和图4.15 所示。沈阳工程学院课程设计报告 第四章 元件库制作及 PCB 元器件封装18图 4.14 单刀三置开关封装图 4.15 直流电源封装沈阳工程学院课程设计报告
22、 第五章 PCB 设计以及遇到问题19第五章 PCB 设计以及遇到问题5.1 创建并生成 PCB 文件用 AltiumDesign 制作设计好电路图以后，就进入 PCB 的制作，在这之前，应先注意各个元件封装的选择，原则应与实际尺寸相等，没有的可以自己画封装。首先，在工程中新建 PCB。选中工程，点击 FilenewPCB，新建一个 PCB(直流稳压充电电源.PcbDoc)，单击保存重命名如图 5.1。进入 PCB 界面，导入原理图，点击 design，选择选择 updatesDocument 直流稳压充电电源.PcbDoc 如图 5.2 所示。图 5.1 创建直流充电电源 PCB 文件图 5
23、.2 更新直流稳压充电电源.PcbDoc沈阳工程学院课程设计报告 第五章 PCB 设计以及遇到问题20然后，点击左下角的 validate changes，再点击 execute changes，可能出现错误情况如图 5.3、出现这种状况可能是由于元件封装不能被找到，重新导入封装图，在右侧全都准确无误后，然后点 close。切换到 PCB 工作区时生成图 5.4，然后选中右下角的元件，突入黑色背景中，然后按 delete 键、准备布局。图 5.3 出现错误图 5.4 更新直流稳压充电电源 PCB5.2 PCB 布局Altilum Design 提供了自动布局和手动布局自动布局，鉴于初次接触 P
24、CB 设计本次课设采用先依据 DXP 自动布局再根据其元件摆放位置及排线方式自主进行布线。5.2.1 自动布线沈阳工程学院课程设计报告 第五章 PCB 设计以及遇到问题21单击工具栏的 auto route-all，如图 5.5 所示、选择 route all，系统会自动布线，也可以自己布线，布线完成的截图如图 5.6 所示。图 5.5 Auto R0ute图 5.6 自动布线形成图5.2.2 手动布线参照自动布线生成的工程图进行手动调放元件位置以及连线方式，该印刷版为两层板，沈阳工程学院课程设计报告 第五章 PCB 设计以及遇到问题22两线时使用红蓝两色进行连线、手动布线图如图 5.7 所示
25、。图 5.6 手动布线图5.2.3 规则检查布完线以后，还要运行设计规则检查命令检查设计完成的电路板有无违反设计规则的状况，确保电路板的正确性。另外为了便于存档，电路板的加工生产及电路元件的安装，需要生成各种报表文件。点击 ToolsDesign Rule Check，进入界面。如果需要进行具体检查，点击左侧 Rules To Check，可进行具体调整，一般情况下可以在直接点左下角的 Run Design Rule Check。根据报表分析可知，没有违反涉及规则。若检测出错误信息，要分析其错误原因，并进行修改。然后可以加上安装孔，点击 place-via，放在物理边界内，即可。最后，保存完成
26、 PCB 制作。5.3 遇到的问题遇到的问题主要有：1.一些元器件网络连接出现问题。2.执行 update PCB Document 后出现错误。3.手动布线中、由于各元件连线众多可能面临同颜色线交叉的窘境。5.4 解决方法1.经过老师的耐心讲解和同学间的讨论解决问题。2.元件的管脚间最好用导线连接，原理图文件连线时劲量保持规范。3. Excute Changes 后出现错误，返回原理图重新加载元件封装，保持元件网络链接。4.可以用打孔的方法避免同色线交叉窘境以及避免复杂连线。沈阳工程学院课程设计报告 设计总结23设计总结紧张而又繁忙一周的课程设计已然结束，PCB 课程实训相对于以前的 Win
27、dows CE 课程设计还是相对轻松的。 通过电子线路辅助课程设计，我掌握了绘制电路板的基本过程及其各阶段的基本任务，理解了 Altium Designer 中 PCB 的生成过程、对电路知识有了更深的理解，对实验原理有了更深的体会。理解了 DXP 是怎样执行的，对理论在实践中的应用有更深刻的理解。把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的 DXP 原理和知识强化，能够把课堂上学的知识点通过自己设计的原理图设计出来，加深对理论知识的理解。而且我也体会到良好的印刷电路板的设计除了选择高质量的元器件，合理的电路外，其印刷电路板的部件布局和电气连接方向的设计也非常关键，同一种部件和参
28、数的电路，由于布局设计和电气连接方向的不同会产生不同的效果，甚至可能存在很大的差异。因而，一个良好的印刷电路板设计必须将印刷电路板布局，正确选择布线方向及整体印刷电路板的工艺联合起来考虑，合理的工艺结构，既可以消除因布线的不当而产生的昭声干扰，同时便于生产中的安装，调试和检修等。经过一周的实训，首先我要感谢踪念品老师在这一周对我的耐心辅导和帮助，使我对Altium Designer 以及电子线路辅助设计有了一定的认识和了解。也让我明白了学习都应以严谨认真的态度来对待才能有所提高。在实训过程中，我们遇到了许多的技术问题，但经过老师的细心指导及查阅大量的资料，最终问题得到了解决。同时，同学也给了我
29、们许多有益的启示、促动和帮助，帮助我们能够顺利的完成此次课设。在这美好的时光即将结束之际首先，并且是最重要的我要感谢沈阳工程学院给了我这个学习生活环境平台，让我能够在知识的海洋里畅游。感谢 F 座机房给予我们帮助的老师，他们传道授业，无私奉献，不仅使我们开阔了视野，拓宽了思路，增长了学识，而且为我们今后的工作和学习打下了牢固的基础，也使我们增强了对嵌入式学习的浓厚兴趣。最后，再次感谢踪念品老师，我们在他的悉心指导下才顺利完成了程序的设计。老师渊博的学识和严谨求实的科学精神、一丝不苟的治学态度和高尚的品格，深深的感染了我和每一个同学。沈阳工程学院课程设计报告 参考文献24参考文献1 周春阳.电子工艺实习(第 1 版)北京:北京大学出版社.20062 杨旭方. Protel DXP 实训教程（第 1 版）M.北京：电子工业出版社.20073 老虎工作室 .电路设计与制板 Protel DXP 入门与提高M. 北京：人民邮电出版.20034 李俊婷.计算机辅助电路设计与 Protel DXP (第 1 版) M.北京:高等教育出版社.2006
