电子系统设计实验指导书v20Word格式文档下载.docx

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2.电路板PCB文件（PCB文件）的绘制

绘制或导入PCB板的外形；

导入网络表文件；

将各元件在电路板上摆好位置；

用手工方式或自动方式完成电路板的布线；

进行错误检查，生成PCB文件。

二、用AltiumDesigner6进行电路原理图设计

以如下的时钟电路为例介绍详细步骤：

1.进入原理图设计环境:

从桌面点击图标启动进入AltiumDesigner6；

2.新建项目：

FileNewProjectPCBProject，右键点击左边Project窗口自动产生的PCB_Project1.PrjPCBSaveProject:

选定存放位置和自已为项目起的名（例如test.PrjPCB）。

3.新建原理图文件：

点击主菜单Project（或用右键点击test.PrjPCB）AddNewtoProjectSchematic，产生Sheet.SchDoc。

用右键点该文件Save:

选定存放位置和自已为原理图起的名（例如test.SchDoc）。

双击该图标即可对该文件进行编辑。

编辑环境中，左侧窗口为项目管理窗口，右侧为编辑区，有各种工具条可用。

从ViewToolbars菜单中可以打开各种工具条、状态栏。

注意：

WiringTools（绘图）工具条用于画电气元件和导线。

2.加载元件库：

点击主菜单DesignAdd/RemoveLibrary…Project:

AddLibrary…在C：

\Programs\AltiumDesigner6\Library文件夹中选择MiscellaneousDevices.IntLib，点打开；

再在Library文件夹中选择TexasInstrumentsTILogicGate1.IntLib和TILogicGate2.IntLib，点打开，即加载好。

用户也可以加载自己创建和积累的元件库。

3.放置元件：

PlacePart（或点工具栏上的

），在弹出的PlacePart窗口中点击PhysicalComponent右边的“…”，从弹出的BrowsLibrary窗口的列表中找到所需元件再点OK，回到PlacePart窗口中，Designator中填写元件在本电路图中的编号，Footprint中选择该元件的封装形式。

点OK，可继续放置下一个同类型元件，也可以再点Component右边的“…”，继续放置其它元件。

要选用已加载的不同元件库中的元件时，可在弹出的BrowsLibrary窗口中点击Libraries右边的

，即可从下拉列表中进行选择。

元件放置完毕，点Cancel回到原理图。

可以点击原理图中已放置好的元件的参数进行修改。

元件封装的修改：

双击元件弹出ComponentProperties窗口，在右下边的ModelsForxxxx栏里边的Footprint进行设置修改，还可以双击该Footprint右边的内容查看该种封装的实际样式。

4.元件位置和方向的调整：

移动：

点住拖动；

旋转方向：

点住元件后按空格键。

5.编辑元件属性（Attributes）：

双击元件，或选中元件后，按右键再点Properties…，即可弹出元件属性对话框。

可在这里设置或修改元件在本电路中的元件号（Designator）、库中参考名称（LibRef）、引脚封装名（Footprint）、参数值等。

6.元件连线

点工具栏上的

，即可开始为元件连线。

连线是指元件引脚之间的电气连接线。

从元件的引脚开始点下，顺着引脚的方向画出，再拐弯，直到顺向连到另一元件的引脚上。

注意连线不要垂直压在元件的引脚线上。

连好后保存文件。

7.放置电源、地

用工具条中的电源、地符号放置，或执行菜单命令：

PlacePowerPort。

8.放置I/O端口

I/O端口是指本图电路与其它电路之间的信号输入/输出连接的端口。

按工具栏上的

键，或执行菜单命令：

PlacePort，放置本电路的输入输出端口。

放置后要指定端口的方向和端口名。

※绘图技巧：

●元件的复制、放置、对齐、标注等与其它软件类似。

●元件的旋转：

用光标点住元件不放，并用另一只手：

按空格键，每次转90度；

按X键：

左右翻转；

按Y键：

上下翻转。

●导线交叉连接点：

PlaceManualJunction。

●引脚之间的端口连接法：

PlacePort，并设置属性，用端口代替连线。

●绘制总线：

先PlaceBus或用工具栏上的

键画总线，然后PlaceBusEntry或用工具栏上的

键画总线的分支线（改分支方向用空格键），最后PlaceNetLabel或用工具栏上的

键给各分支线标注网络标号。

●非电气图形和文字的制作：

点击工具栏上

右侧向下的三角，展开绘图工具。

9.编译与检查

执行菜单命令：

ProjectCompileDocumenttest1.SchDoc，点击屏幕右下边的SystemMessages，弹出Messages窗口查看编译检查结果。

如果原理图连线有错误，会在Messages窗口中显示。

10.生成网络表文件（Netlist）

网络表中记录的是电路中所有元器件的封装及引脚之间的连接关系。

一个电气结点（若干元件的多个引脚共通的连接点）称为一个网络，如：

电源网络、地线网络、时钟网络。

DesignNetlistFromDocumentProtel。

在左边Project窗口里出现GeneratedNetListFiles中就有了.net文件（网络表文件）。

12.输出元器件清单（BOM）

ReportsBillofMaterial，点击弹出窗口左下部的Export，指定保存位置和文件名即可。

元器件清单用于元件采购。

13.元件原理图符号的创建：

系统提供的原理图符号库中的元件数量是有限的，经常会遇到一些在符号库中没有的特殊元件，画原理图时只能自行创建其原理图符号。

方法如下：

ProjectAddNewtoProjectSchematicLibrary，点击生成的SchematicLibraryDocuments中的.SchLib文件，更名为test1.SchLib。

点击ToolsRenameComponent…，将默认的第一个元件名Component_1更名为自己起的名字。

●创建集成电路块：

点击绘图工具中的PlaceRectangle（画矩形）工具，在绘图区画一个矩形PlacePin（放置引脚），设置引脚名（如需给字符加上划线：

字符后加\）、引脚号、方向。

负逻辑输入引脚符号：

点击引脚，在弹出的PinProperties窗口中Symbols的OutsideEdge中选择Dot。

调整各引脚的位置、方向，及方框的大小，最后保存。

点ToolsNewComponent继续创建下一个元件符号。

●创建分立元件：

FileOpenC：

\Programs\AltiumDesigner6\Library\MiscellaneousDevices.IntLib，从中选择与欲创建的元件相似的元件，点击ToolsCopyComponent，按OK就将所选元件复制到创建的元件库中，用绘图工具对其进行修改，成为所需的元件符号，重命名保存。

※多部件元件的图形符号制作：

ToolsNewPart，先做一个部件，再复制，最后编辑引脚、保存。

14.层次式原理图的建立：

绘制复杂系统的原理图时，可将系统划分成若干个功能相对单一的子模块，分别进行设计。

一般采用自项向下的方法进行设计。

（1）新建顶层原理图文件:

主菜单ProjectAddNewtoProjectTop.SchDoc；

（2）用PlaceSheetSymbal（或工具栏上的

按钮）画子模块的方框；

用

按钮为子块添加引脚；

指定子块的文件名、模块名；

用同样的方法绘制第二个乃至更多其它的子模块。

（3）用工具栏上的

和

按钮画模块之间的连接导线、总线，完成顶层图设计，保存；

（4）建立并绘制各子模块。

方法：

主菜单DesignCreateSheetFromSymbol，然后移动光标指向第一个方块，弹出一张新的原理图，其输入输出引脚已经按模块一的方块图的设置准备好。

现在就可用一般的原理图绘制方法绘制模块一的具体电路原理图。

保存时，文件名、模块名、引脚类型、数量都要与顶层设计中所属的方块图一致。

用同样方法可继续绘制其它的子模块的具体原理图。

74LS04N：

PDIP封装74LS04D:

SOIC封装

三、用AltiumDesigner6进行电路PCB图设计

※PCB板的层结构：

项层（TopLayer，1个）、底层（BottomLayer，1个）和中间层（MidLayer，可有14个）。

层分类：

信号层（SignalLayers）：

用于布线，可位于顶层、底层和中间层。

内部电源层（InternalPlanes）：

电源层和地层专用，位于中间层，等电位。

可有4个。

机械层（Mechanical）：

用于放置标注和说明，位于中间层，可有4个。

丝印层（Silkscreen）：

用于显示元件轮廓和封装文字。

阻焊层（SolderMask）：

用于放置阻焊剂，以防焊接时焊锡短路（2个）。

阻粘层（PasteMask）：

安装SMD元件时用（2个）。

钻孔层（DrillLayers）：

用于输出钻孔图，标注钻孔位置（2个）。

禁止布线层（KeepOut）：

设定布线区的边界。

常用于设置板边界。

用AltiumDesigner6进行电路PCB图设计的步骤如下：

1.新建PCB文件：

●方法一：

向导法：

将左边底下的选择卡切换到Files，点最下栏Newfromtemplate最下边的PCBBoardWizard选MetricChooseBoardProfiles最上面的customNext设置电路板的外形尺寸设置其它Finish。

（注意：

生成的电路板上标的尺寸单位错！

应该是mil，但显示为mm）。

●方法二：

电路板外形尺寸由外部导入（如AutoCAD绘制的电路板外形文件）：

FileNewPCB，FileImport。

●方法三：

手工绘制电路板外形边界：

ProjectAddNewtoProjectPCBDesignBoardShape，在Mechanical层绘制。

※注意：

如果是用FileNewPCB新建的PCB文件，则它还是自由文件（FreeDocument，尚不受本项目管理），应该在项目里用ProjectAddExistingtoProject将它添加进项目来，否则无法导入网络表。

2.加载元件封装库：

DesignAdd/RemoveLibrary…

3.导入网络表：

DesignImportChangesFromtest1.PcbEngineeringChangeOrder将AddRooms选项前的钩取消ExecuteChangesClose。

载入后，所有元件全部堆叠在一起。

在PCB窗中用鼠标将各元件逐个拖到PCB板上合适的位置。

元件引脚之间的细连线称为“飞线”，表示引脚之间的连接关系。

当引脚之间用实际布线连通后，飞线自动消失。

4.元件布局

调整各元件的位置和方向。

元件布局有两种方式：

自动布局：

ToolsAutoPlace。

手动布局：

手工对元件进行拖动、旋转、对齐等操作。

方法与其它软件类似。

布局原则：

要综合考虑匀称美观、元件间干扰小、易于布线、散热好、便于元件安装维修等多种因素。

手工布局小技巧：

●元件换方向：

用右键点住元件，按空格键调整方向。

元件的放置方向对于布线难度有极大的影响。

●界面的放大：

PgUp键；

缩小：

PgDn键。

●英/公制单位切换：

按Q键随时切换（mil/mm）。

5.布线

布线规则的设定：

DesignRules…，在对话框的Routing选项中，设置布线的拐角（RoutingCorners）、层（RoutingLayers）、布线宽度（Width）、过孔风格（RoutingVias）等进行设置。

简单电路板：

手工布线

复杂电路板：

手工布关键走线自动布线手工优化

●手工布线：

用工具栏上的

键布线。

用布线取代飞线。

一般在一个面中只布一个方向的线，如，TopLayer（正面）尽量只布横线，BottomLayer（背面）尽量只布竖线。

一个方向走不过去时，用过孔（Via）穿到另一面再走。

过孔的使用方法：

在一个面上布线到要放过孔的位置，停下；

键放置过孔（正好压在前面已布走线的端头上）；

切换到另一面，从过孔继续布线。

●自动布线：

主菜单上AutoRoute。

自动布线前可进行必要的设置（Setup）。

全部自动布线：

AutoRouteAll

指定网络自动布线：

AutoRouteNet，然后用光标点中某一网络中的引脚；

指定飞线自动布线：

AutoRouteConnection，用光标点中某一根飞线；

指定元件自动布线：

AutoRouteComponent,用光标点中某一元件；

指定区域自动布线：

AutoRouteArea，用光标拖选划出一块区域。

选择后按Start即可开始自动布线。

自动布线过程的暂停：

AutoRoutePause；

自动布线的再运行（继续）：

AutoRouteRestart；

自动布线的终止：

AutoRouteStop。

拆除全部自动布线：

ToolsUn-RouteAll

拆除指定网络的布线：

ToolsUn-RouteNet，用光标点中网络中的任一点。

拆除指定连线的布线：

ToolsUn-RouteConnection，用光标点中某连线。

拆除指定元件的布线：

ToolsUn-RouteComponent，用光标点中某元件。

6.后期处理：

●调整线宽：

双击选中某根走线，设置其宽度。

通常电源线、地线及要驱动多个元件的公用信号线都需要加粗，以增加其负载能力。

●补泪滴：

对高频信号的焊盘和过孔通常需要补泪滴，以减小信号反射。

有时为增强焊盘或导过孔的机械强度（以焊盘免容易从PCB板上折断脱落。

）方法：

主菜单ToolsTearDrops…，选择要补泪滴的元件或网络进行。

●大面积铺地：

在电路板上未走线、无元件的空白区全部铺设铜网，以提高抗干扰能力、负载能力，并减小电位差。

选择要铺铜的面，然后按工具条上的

键（PlacePolygonPlane），设置填充样式、要连接的网络（通常选择GND），按OK，在板上绘制要填充的区域的边界，即可。

●放置字符：

如公司名称、板的型号、版本信息等。

选择TopOverlay，点工具栏上的

键，即可在板上放置字符。

●3D预览：

布好的电路板，可通过主菜单的ViewLegacy3DView进行，用Ctrl+↑↓←→键变换PCB板的观察视角。

●元件对齐：

先选中要对齐的一组元件，然后执行：

ToolsAlignComponentsAlign，在弹出的对话框中选择对齐方式。

●元件的旋转：

选中元件后用空格键旋转。

●导线拐角样式切换：

按Shift+Space键。

●切换当前层：

按“+”或“-”键。

●选取与查看某一网络：

先执行EditSelectNet，再用光标点击所需网络中的任一点，即可点亮该网络。

●布线宽度单位切换：

按Q键（不区分大小写）。

100mil=2.54mm，50mil=1.27mm，

1inch=25.4mm=1000mil。

●距离测量：

先执行RepotMeasureDistance，再用光标点起点和终点。

7.输出电路板图

存盘后，可将项目中的PCB文件交给电路板厂家制作即可。

8.元件PCB封装符号的创建：

元件的PCB符号库中的元件数是有限的，经常会遇到一些在符号库中没有的特殊元件，画PCB图时只能自行创建其PCB封装符号。

PCB封装有两类，一类是通用样式的封装，可以通过元件封装向导来新建；

另一类是特殊样式的封装，可以通过手工绘制来创建。

●利用元件封装向导新建一个PCB封装图符号的方法如下：

ProjectAddNewtoProjectPCBLibrary，用右键点击生成的PCBLibraryDocuments中的.PcbLib文件，Save为test1.PcbLib。

点击ComponentWizard选择封装的类型，在向导的提示下逐步完成封装的设计，并可对设计的封装进行修改和调整。

在所建的PCB封装库中，建好一个元件封装后，要注意及时存盘，然后可继续点击ComponentWizard建下一个元件封装。

若要查看所建的各元件封装，可在窗口左下部将选择卡切换到PCBLibrary，即可在左边的Components下的元件列表中选择查看所建的各元件封装。

手工制作创建一个PCB封装图符号的步骤如下：

1.ProjectAddNewtoProjectPCBLibrary，用右键点击生成的PCBLibraryDocuments中的.PcbLib文件，Save为test1.PcbLib。

2.执行Place中相应的工具按键，绘制封装的外形轮廓。

3.执行PlacePad命令或相应快捷工具按键，绘制封装的焊盘，通过焊盘属性对话框设定焊盘的大小、形状、编号、钻孔直径及所在的层等。

4.按OK键，并执行FileSave命令将制作好的元件封装保存到封装库中。

四、Protel99SE设计大作业

1.完成本书前面的示例电路的原理图设计；

2.完成本书前面的示例电路的PCB图设计。

第二章病房呼叫系统设计实验

一、实验目的、任务

实验目的：

通过实际设计、制作一个病房呼叫系统，学习掌握电子系统设计的基本流程；

了解掌握多种电子元器件的种类、性能与使用方法；

掌握电路和系统的设计制作方法和调试方法。

实验任务：

要求利用一块多孔实验电路板，设计制作一个医院病房呼叫系统，其主要功能如下：

1.呼叫功能：

能实现8个病床对护士站的呼叫，病人有情况时，按一下自己床位边的呼叫按键，就能呼叫护士；

2.显示功能：

有病床呼叫时，护士站的数码管显示器上会显示相应的床位号；

无呼叫时显示器上无显示；

3.报警功能：

有病床呼叫时，护士站的喇叭会发出一响一停的报警声，同时，数码管显示器上显示的床位号会与报警声同步闪烁。

4.呼叫保持功能：

有呼叫键按下后，即使按键松开了，呼叫显示和报警声也能保持，直到护士响应呼叫；

5.清除功能：

护士响应呼叫后，按下清除键即可清除呼叫报警声及显示。

二、实验原理

该系统采用8个按键开关来模拟各病房里的呼叫按钮。

为了将不同的按键信号转换成能显示的床位号（0～7），首先应该用一片8-3编码器芯片将位呼叫信号转换成000～111的三位二进制编码；

加按键锁存电路将该按键呼叫锁存保持住；

三位二进制编码信号再经过一片BCD-七段码译码器芯片，转换成七段码，再接到一个共阴极的LED数码管上供显示。

报警闪烁和报警声分别用2个555电路产生的方波驱动实现。

用锁存住的呼叫信号同时触发这2个555方波发生电路，其中报警闪烁方波频率可设为1Hz（可用电位器调整），报警声音频方波频率可设为128Hz（可用电位器调整）。

报警闪烁方波信号接到数码管的COM端（阴极）控制数码管的闪烁；

报警声音频方波经放大后接到蜂鸣器上。

当清除键按下时，呼叫信号被清除，2个555均停止工作。

系统的原理如下图所示。

请根据上图自行查阅相关器件资料，画出详细电路图，并按图完成系统的制作和调试。

三、实验工具

本实验中用到的工具如下：

电烙铁、尖嘴钳、斜口钳、镊子、焊锡丝、松香；

数字式万用表、数字式稳压电源、示波器。

四、实验步骤

1.领取元器件（注意：

不要散落丢失）；

2.根据系统原理设计实际电路（画出详细电路原理图），并计算两个555定时电路的元件参数；

3.按电路图将元器件焊装到多孔实验电路板上（注意：

元件在电路板上布局要合理、美观；

DIP封装的集成电路不能直接焊在电路板上，必须先在电路板上焊芯片插座，再将芯片插在芯片插座上）；

4.用细导线焊接电路连线（注意：

细导线要平直，不要破皮短路）；

5.在不插装芯片的情况下，用万用表量电源和地是否短路；

各地线是否连通；

6.在不插装芯片的情况下，给系统接上电源，用万用表量各电源点电压是否正常；

7.在断电情况下，插上芯片，再通电，按各按键，观察系统是否正常工作。

如闻到有热糊味或芯片发烫，应立即断电检查。

8.如果系统未能正常工作，应从输入级逐级向后检查。

五、验收标准

1.电路图设计正确，555电路参数设计正确，所有元器件引脚连线原理无误；

2.电路板元件布局合理美观；

3.焊接走线工整，焊点光亮，焊锡量适当，无漏焊、短路；

4.能实现“实验任务”中要求的各项功能。

六、