Protel 电路板设计技能实训.docx

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Protel电路板设计技能实训

华侨大学厦门工学院

Protel电路板设计

生产实训报告

题目：

Protel电路板设计技能实训

专业：

2014年1月

生产实训评审意见

（1）第一阶段（15分）——对于原理图的掌握程度：

优（　）、良（　）、中（　）、一般（　）、差（　）；

（2）第二阶段（15分）——对于PCB绘图布线的掌握程度：

优（　）、良（　）、中（　）、一般（　）、差（　）；

（3）第三阶段（20分）——应用Protel软件设计制版的能力：

优（　）、良（　）、中（　）、一般（　）、差（　）；

（4）报告（40分）——对于实训报告撰写的整体评价

优（　）、良（　）、中（　）、一般（　）、差（　）；

（4）平时表现（10分）——实训过程中的表现

优（　）、良（　）、中（　）、一般（　）、差（　）；

总评分数：

优（　）能很好地完成Protel电路板设计的实训任务，制作的电路图达到实训要求，实训报告能对实训内容进行全面、系统的总结，并能运用学过的理论知识对某些问题加以分析。

态度端正，实训期间无违纪行为。

良（　）能较好地完成Protel电路板设计的实训任务，制作的电路图达到实训要求，报告能对实训内容进行比较全面、系统的总结。

考核时能较圆满地回答问题，实训态度端正，实训期间无违纪行为。

中（　）能够使用Protel软件，制作的电路板达到大纲中规定的主要要求，报告能对实训内容进行比较全面的总结，在考核时能正确地回答主要问题，实训态度端正，实训时无违纪行为。

一般（　）实训态度基本端正，能够使用Protel软件，达到大纲中规定的基本要求，能够完成报告，内容基本正确；但不够完整、系统，考核中能回答主要问题。

差（　）实训过程中表现不佳，未能完成实训要求的内容。

评阅人：

2014年1月17日

注：

优（90－100分）、良（80－89分）、中（70－79分）、一般（60－69分）、差（60分以下）

引言

本设计基于protel99se强大的自动设计能力、高速有效的编辑功能、简洁方便的设计过程管理PDM。

这中间的所有分析仿真和验证功能详细阐述了电路原理图的绘制、印刷电路板、网络表和元件清单的生成过程。

本文主要介绍了以PCB板制作微弱信号检测电路板的基本过程，以及制作的整体思路和在制作的过程应注意的地方，本PCB板涉及到了元件原理图绘制、元件原理图和元件封装图之间、原理图管脚和元件封装图焊盘之间的关系、设计环境的颜色的变化、PCB板层的设置方法与电路板尺寸的确定方法及对象属性的编辑方法。

本实训的性质和目的：

1、在能够进行电子制图软件Protel基本操作的基础上，进一步加深对电子电气生产工艺过程的了解；2、熟悉Protel99原理图设计和印制电路板设计系统3、能够运用Protel软件设计识读、绘制电路原理图及PCB印制板，了解印制板的生成工艺，为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。

本设计要求完成的功能是：

1、用开关控制两种计时模式的选择。

分别是单计时模式和连续计8个的计时模式。

2、用开关控制电子秒表的启动、停止、复位，七段数码管的高2位显示秒表的秒值，低2位显示秒表的百分秒值。

3、可实现设定初值的倒计时功能。

其中涉及了三种初值调整方式，分别是增1（减1）、连续增（连续减）和快速增（快速减）。

目录

第一部分：

原理图设计................................................1

1.1方案选择.........................................................1

1.2原理图的设计及分析..........................................1

1.2.1单片机AT89C52...........................................1

1.2.2复位电路图...............................................2

1.2.3晶振电路图 ..............................................2

1.2.4数码管显示  .............................................3

1.2.5按键部分电路............................................3

1.3原理图总图及说明.............................................4

第二部分：

PCB设计.................................................5

2.1元器件的制作及封装...........................................5

2.2PCB制作.........................................................7

2.2.1制作要点...................................................7

2.2.2PCB图.....................................................8

2.2.3PCB布线图-TopLayer.....................................8

2.2.4PCB布线图-BottomLayer.................................9

2.3亮点说明..........................................................9

2.3.1亮点摘抄...................................................9

2.3.2综合评价...................................................9

2.3.3心得.......................................................10

第三部分：

总结........................................................10

3.1设计小结........................................................10

3.2心得体会........................................................10

参考文献..............................................................12

第一部分:

原理图设计

1.1方案选择：

本设计总体方案是以AT89C52单片机作为控制核心，设计具有计时、倒计时等功能的电子秒表。

一个完整的电子秒表电路就是一个单片机的最小系统，主要由键盘输入电路、单片机、晶振、复位电路和LED显示电路构成。

1.2原理图设计及分析

1.2.1单片机AT89C52

图1.1

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。

1.2.2复位电路图

图1.2

复位电路在单片机系统中是必不可少的。

所谓的复位就是讲单片机重新启动，这是单片机内部的都有寄存器都回到初始状态。

对于AT89C52单片机来说，它是高电平复位，也就是说只要将单片机的RESET引脚接高电平并保持一定的时间就可以实现单片机的复位（而对于一些低电平复位的单片机来说就刚好相反，要使其RESET引脚置为低电平并保持一定时间以实现单片机的复位）。

1.2.3晶振电路图 

图1.3

单片机最小系统晶振也可以采用6MHz或者12MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。

单片机最小系统起振电容C3、C4一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。

单片机系统正常工作的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能工作；假如振荡器运行不规律，系统执行程序的时候就会出现时间上的误差，这在通信中会体现的很明显：

电路将无法通信。

1.2.4数码管显示 

图1.4

LED4数码管与AT89C52的P00—P07连接，当系统工作时，单片机里面的程序按指定运行，单片机会向引脚P00—P07传送数码管的段位码，LED4上的各个段位对应的发光二极管则根据传输过来的编码点亮或断电熄灭，从而显示的便是0-9各个数字。

1.2.5按键部分电路

图1.5

SW1实现倒计时初值的增加,SW2实现倒计时初值的减少，SW3起到暂停的作用，SW4则实现计时与倒计时两种状态的切换。

1.3原理图总图及说明

图1.6

电路组建完成之后，向单片机内传输要执行的功能程序代码，系统上电之后，晶振电路部分为系统工作提供必须的时钟频率，系统在代码的执行下对LED4数码管传输相应的段位码，控制LED4的显示。

在系统按键的相应作用下，SW1实现倒计时初值的增加,SW2实现倒计时初值的减少，SW3起到暂停的作用，SW4则实现计时与倒计时两种状态的切换。

通过对LED4数码管的显示与中断控制，各部分电路相互的作用运行，达到显示秒表运行的目的。

第二部分：

PCB设计

2.1元器件制作及封装

图2.1排阻

焊盘：

孔径1mm，焊盘直径：

2mm

1号焊盘置于原点、水平间距：

2.54mm

外形轮廓坐标：

左上：

（-1.524,1.524），右下：

（21.844，-1.524）

上端开口坐标依次为：

（2.54，7.112），（3.556，7.112）

封装命名为：

8RES

图2.2LED4位数码管

焊盘：

孔径1mm，焊盘直径：

2mm

1号焊盘置于原点、水平间距：

2.54mm，垂直间距：

10.16mm

外形轮廓坐标：

左上：

（-8.636,12.46），右下：

（21.364,-2.54）

左端开口坐标依次为：

（-8.636，6.46），（-8.636，3.46）

封装命名为：

LED4

图2.3轻触开关

焊盘：

孔径1mm，焊盘直径：

2mm

4号焊盘置于原点、水平间距：

6.096mm，垂直间距：

5.08mm

外形轮廓坐标：

左上：

（-1.524,7.112），右下：

（7.62,-1.524）

上端开口坐标依次为：

（2.54，7.112），（3.556，7.112）

封装命名为：

DIP4SW

图2.4六角开关

焊盘：

孔径1.016mm，焊盘直径：

2.159mm

1号焊盘置于原点、水平间距：

2.54mm，垂直间距：

5.08mm

外形轮廓坐标：

左上：

（-2.032,6.604），右下：

（6.604,-1.524）

左端开口坐标依次为：

（-2.032，3.048），（-2.032，2.032）

封装命名为：

SW6

2.2PCB制作

2.2.1制作要点

PCB的制作主要分为两个基本步骤：

①画原理图②PCB板元件布局与连线 

1、画原理图 

① 原理图绘制比较简单，关键一个问题就是有些元件模型软件中没有，可以用其他模型替代，但最好是自己做一个元件模型（包括定义管脚等）。

② 原理图可以不考虑布局，但一定要保证电路正确。

③ 与原理图中元件对应的就是实际元件，要考虑实际元件的管脚、大小等，所以原理图绘制完成后要给每个元件设置封装（footprint）。

有些封装软件中没有，所以也要像自己做元件模型一样去做元件的封装，这些依据就是元件的数据手册（datasheet），（有些元件可以自己用测量工具量出尺寸）。

④ 以上工作做完后，为了进行第二步中的PCB制作，需要导出网络表。

2、PCB板 

软件中的PCB板就是实际做出来的PCB电路板的样子（所以必须在软件中量好尺寸，将元件布局调好） 

① 网络表导出无误后，将网络表加载到PCB中。

② 加载完成后可以使用自动布局，但元件的布局结果肯定不好，考虑到连线、干扰、尺寸等因素，需要自己手动将元件调整好布局。

③PCB中元件布局好后，按照提示进行连线，需要提前设置好线宽与线间距。

2.2.2PCB图

2.5图

2.2.3PCB布线图-TopLayer

图2.6

2.2.4PCB布线图-BottomLayer（覆铜）

图2.7

2.3亮点说明

2.3.1亮点摘抄

网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计与印象电路版设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路版的布线。

在原理图设计的过程中，ERC检查不会涉及到零件的封装问题。

因此，原理图设计时，零件的封装可能被遗忘，在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装。

零件布局，应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。

先布置与机械尺寸有关的器件，并锁定这些器件，然后是大的占位置的器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。

2.3.2综合评价

PCB板元件的绘制与封装只是照着实训指导书上画的，但其具体的图层面的使用也是存在差异的，在编辑的过程中也有一定的设计要求，这是不可忽略的。

在绘制PCB图时既要注意元件在整个主电路图中的位置，又要在乎在布线时期的简洁和清晰程度，整块设计版成型时是否美观。

同样手工布线清晰明了，布线完成时要仔细检查。

2.3.3心得

做一个完整的PCB板图不是一蹴而就，而是要一步步的来。

中间可能会出现很多的问题。

例如：

绘制原理图时如果所需的元器件找不到则需要自己动手去绘制一个新的所需原件，这也是对动手能力的一种锻炼。

还有就是原件的封装问题，需要查询而且还要和PCB中的相对应，否则在加载网络表会出错的，在PCB板图的制作中也要注意很多问题如：

PCB板的尺寸，板的各个层之间的关系以及相应的操作，对元件的布局及连线还有比较重要的就是设计规则中各个参数的设置等都要符合设计的要求。

第三部分：

总结

3.1设计小结

通过这次对单片机最小系统的PCB设计，让我重新对Prortel 99se的用法有了新的了解。

在此设计中，主要有出现以下的问题：

1.作原理图时，对于元件在哪个库的搜索。

对于需要自己画的原理图时，它的边框大小的取值。

2.建立封装时，对于元件大小的估计，以及在什么层面上画PCB，对不熟悉的元件管脚分布查询，对已有封装的大小调整。

3.电气规则检查时，会对他提示的错误进行修改，出现的问题主要有元件很焊盘不对应，出现无法连线的问题。

4.更新PCB时，若缺少元件，应该检查是否都导入了封装，记得选好操作的层面，然后对元件比较规范的排布。

3.2心得体会

通过这一周的实训我有很多的收获，先说说知识方面的收获。

首先，通过实习我熟悉了PROTEL的基本操作，掌握了用PROTEL绘制原理图的基本方法，掌握了用PROTEL制作PCB板的方法。

其次，我对计算机有了更深刻的认识，觉得它对我们的学习有了越来越密切的联系。

在老师的带领指导下，我们少走了很多弯路，我们只需学习里面的重要内容及其精华，而那些不实用的可以直接略去。

使我们在学习Protel99SE软件时省下很多时间，所以要感谢老师，使我们这么快的学会了Protel99SE这个CAD软件。

参考文献

[1]、赵广林.轻松跟我学Protel 99SE电路设计与制版.北京:

电子工业出版社,2005，360-370  

[2]、王浩全,傅英明.Protel DXP电路设计与制版实用教程.北京:

人民邮电出版社,2005，

255-258

[3]、高伟主编.AT89单片机原理及应用[M].北京：

国防工业出版社,2008，32-117. 

[4]、戢卫平,胡耀辉,朱朝华等主编.单片机系统开发实例经典[M].北京：

冶金工业出版社,2006，29-47