自动化管琴华PCB报告.docx
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自动化管琴华PCB报告
湖南工程学院
电子实习
课题名称PCB制板与工艺设计
专业班级自动化0904
姓名管琴华
学号200901020434
指导教师赵葵银，邱泓
2012年7月5日
湖南工程学院
电子实习任务书
课题名称PCB制板与工艺设计
专业班级自动化0904
学生姓名管琴华
学号200901020434
指导老师赵葵银、邱泓
审批
任务书下达日期2012年7月2日
任务完成日期2012年7月6日
设计内容与设计要求
设计内容：
对给定的电路（按学号进行分配），使用Protel软件，进行电路图绘制，进行PCB制版设计，设计为双面板，板子大小合适，进行合理的规则设置，PCB板子的元器件布局、布线合理，要求补泪滴、铺铜，电源线与地线不小于20mil，要求按工业化标准设计，并进行必要的合理的抗干扰处理。
设计要求：
1）初步分析电路图，按16纸张大小，绘制电路图，若超出16K，则分页绘制。
2）查阅元器件参数与封装，没有的封装要求自建封装库。
3）进行ERC规则检查，生成正确的网络表（不打印）；
4）按工业化标准进行PCB制板与工艺设计（参数设置，规则设置，板子大小确定，布局，布线，补泪滴，铺铜，抗干扰处理等）。
5）生成的报表有（网络表，板子信息表，材料清单表，数控钻孔文件，元件拾放文件）；
6）写说明书（以图为主，文字为辅）
7）必须打印的文档为：
①原理图②材料清单③顶层④底层⑤各层叠印（各层重叠一起打印）⑥丝印层⑦3D效果图。
其他的表单或PCB图层只生成，不打印。
8）提高说明书及电子文档
主要设计条件
1.现代电子设计实验室（EDA）；
2.Protel软件。
3.任务电路图；
4.设计书籍与电子资料若干。
5.示范成品PCB样板若干，示范电子成品若干。
说明书格式
目录
第1章电路图绘制
第2章元器件参数对应封装选择及说明（有适当文字说明）
第3章ERC与网络表（有适当文字说明，网络表不需打印）
第4章PCB制板与工艺设计（有适当文字说明）
第5章各种报表的生成
第6章PCB各层面输出与打印
第7章总结
参考文献
进度安排
设计时间为一周
第一周
星期一、布置课题任务，课题介绍及讲课。
借阅资料，电路图绘制。
星期二、PCB封装确定，生成正确网络表。
星期三、PCB制板与工艺设计
星期四、PCB制板与工艺设计
星期五、说明书的编写，下午答辩。
参考文献
参考文献
1、程路.《Protel99SE多层电路板设计与制作》[M].人民邮电出版社.2007.
2、高名远.《电子工艺实训与PROTELDXP应用》[M].化学工业出版社.2007.
3、高鹏.《电路设计与制版PROTEL99入门与提高（修订版）》[M].人民邮电出版社.2008.
4、Mark.I.Montrose著.《电磁兼容和印刷电路板理论,设计和布线》[M].人民邮电出版社.2007.
5.深圳华为.《华为PCB布线规范》[M].内部资料.1999.
6.《提高印刷电路板的电磁兼容设计》.网络资料.
目录
第1章电路图绘制1
第2章元器件参数对应封装选择及说明4
第3章ERC与网络表5
第4章PCB制板与工艺设计6
第5章各种报表的生成9
第6章PCB各层面输出与打印13
第7章总结19
第1章电路图绘制
此原理图的绘制需要做如下前期准备工作：
（1）分析图纸。
通过查阅资料，对元器件有初步的了解，比如，图中CY62256是一个组织结构为32K*8位字长的高性能CMOS静态RAM，有28个引脚等等相关信息。
还需要确定的是，图纸并非完全正确，分析芯片的同时也需要分析图纸的电路接线是否存在问题，这些都是为下面的原理图的绘制做好铺垫。
（2）建立文件。
①建立原理图设计文件，命名为：
管琴华Protel99.ddb。
②启动原理图编辑器之前，在DDB文件内新建【SchematicDocument】文件，命名为管琴华.sch。
（3）绘图环境设置。
①根据图纸的元器件的多少以及排版，将原理图图纸大小设置为A3，其它选择默认。
环境设置如图1-1所示。
②通过原理图管理浏览器将常用的元件库导入进来。
DOSSchematicLibraties.ddb、MiscellanceousDevices.ddb、Sim.ddb、NSCDatabooks.ddb等等导入元件库如图1-2所示。
图1-2导入元件库图1-3AT89S51元器件
（4）放置元器件。
在库里面没有的元器件，通过建立分立元器件库来绘制。
新建自己的元器件库文件，双击【SchematicLibraryDocument】，命名为管琴华.lib，打开工作窗口，创建元件，绘制芯片选择矩形大小，放置管脚，按tab键引脚属性进行说明。
按空格键对引脚方向进行调整，完成后，点击左边的description，设置元件属性，把电源和地两个引脚设置好相关属性后隐藏，如AT89S51，P1.0引脚，name是P1.0，number是1，electrical为IO，（电源和地的electric设置为Power属性），footprint为DIP40，default为U？
。
制作的AT89S51如图1-3所示。
单片机51实验板PCB设计的原理图如下1-4所示。
图1-4单片机51实验板原理图
第2章元器件参数对应封装选择及说明
（1）通过网络查阅资料，根据元器件的规格或者容量大小选择元器件封装形式，是贴片还是直插式，是大尺寸还是小尺寸，对每一个元器件设置封装。
（2）如104容量的电容选择0805贴片电容。
（3）根据常识，晶振旁边的两个30pf电容选择直插式瓷片电容。
（4）单片机芯片AT89S51、ROM芯片CY62256、或门芯片AM74ALS32M、与非门DM74LS00N、串口电平转换MAX202、具有存储功能的24C02、8路透明D类锁存器与三态输出逻辑芯片SN74HCT573等等全部采用双排直插式封装DIP,后面的数字为引脚数量。
比如AT89S51芯片有40个引脚，那么它的封装为DIP40。
（5）发光二极管的封装根据市面上卖的元器件，自己制作封装。
9针插孔、蜂铃器、单个接线端子以及按钮都得先确定其尺寸大小来绘制封装形式。
详细参见第5章材料清单报表生成部分。
第3章ERC与网络表
按照电气规则法则测试的方法执行【Tools】/【ERC】或者在工作区单击鼠标右键选择【ERC】，如图3-1所示，内容如下：
ErrorReportFor:
Documents\管琴华.Sch5-Jul-201208:
54:
02
EndReport
执行菜单命令【Design】/【CreateNetlist】，输出格式为Protel形式，其它默认。
如图3-2所示
图3-1电气规则检查图3-2创建网络表
节选部分网络表内容如下：
[元件声明开始
key17元件序号
SW-PB元件封装形式
]元件声明结束
（网络开始定义
AD0网络名称
U12-6网络连接点
U16-19网络连接点
U17-21网络连接点
）
第4章PCB制板与工艺设计
4.1PCB制板
PCB板的设计制作执行下列步骤：
（1）新建【PCBDocument】，命名为管琴华.PCB。
（2）装载封装库。
在浏览器中选择【Libraries】，选择【ADD/Remove】，如图4-1所示。
（3）
设置工作环境。
选择【Design】/【Option】，设置如图4-2所示。
图4-1封装库装载图4-2PCB工作环境设置
（4）规划电路板。
切换到【KeepOutLayer】工作层面，确定电路板的尺寸大小。
（5）载入网络表与元件。
执行【Design】/【LoadNets】，点击【Browse】，选择网络表，通过修改原理图，修改元器件或者修改封装库直至错误完全消失时便可以载入。
（6）元件布局。
将载入的元器件会根据功能要求合理摆放好在相应的位置，使之看起来更加美观，学会了使用快捷键调整元件方向以及位置。
（7）元件布线。
1执行【Design】/【Class】对网络进行分类，为对不同要求的布线做好准备，这里将它分为两类，即：
POWER和LINE两种。
2执行【Design】/【Rules】，通过【RuleClasses】选择【WidthConstraint】设置布线线宽，在过滤去中选择【NetClass】，以电源线设置为例，如图4-3所示。
3
同上设置布线层面，将PCB设置为双面板。
如图4-4所示。
图4-3线宽设置图4-4PCB工作层面设置
4由于自动布线并不是很理想，这里采用手工加自动，以手工为主。
执行【AutoRoute】/【All】
（8）设计规则检查。
执行【Tools】/【DesignRuleCheck】内容如下：
ProtelDesignSystemDesignRuleCheck
PCBFile:
Documents\管琴华.PCB
Date:
5-Jul-2012
Time:
10:
58:
51
ProcessingRule:
Broken-NetConstraint（（Ontheboard））
RuleViolations:
0
ProcessingRule:
Short-CircuitConstraint（Allowed=NotAllowed）（Ontheboard）,（Ontheboard）
RuleViolations:
0
ViolationsDetected:
0
TimeElapsed:
00:
00:
07
（9）在【KeepOutlayer】层面，执行【Place】【Pad】放置定位孔，孔径为3mm，执行【Place】/【String】按下TAB键放置标注。
（10）执行【Place】/【Dimension】对板子大小进行标注，板子的大小为6615mil*6225mil。
（11）添加泪滴，以及底层敷铜
（12）执行【View】/【Boardin3D】创建三维视图。
4.2工艺设计
4.2.1布局工艺
（1）元件布局考虑到用户使用方便，单片机51实验板的布局将数码管放置在右上角便于观察，将按键放在下方或者右下方的位置便于操作。
（2）按照电路的功能布局。
以单片机为核心的电路，把单片机芯片放置在最中间的位置，其余相关的排布在周围。
（3）由于晶振属于高频元件，所以要求其之间的连线应越短越好，减少连线的分布参数和相关之间的电磁干扰。
（4）留出电路板的安装孔。
4.2.2布线工艺
（1）双面板布线，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生耦合。
（2）印制导线的弯曲处一般用圆弧最小，避免使用小于90度弯的走线，直角和夹角在高频电路中会影响电性能。
（3）增大电源线宽度，地线短而粗，设置接线宽在25-30mil之间。
信号线设置为10mil。
印制板上的走线尽可能短，减少环路布线。
第5章各种报表的生成
（1）原理图材料清单的生成。
首先进行电气规则检查，然后执行【Reports】菜单栏中的【billofmaterial】，生成单片机51实验板原理图清单，文件名为管琴华.LXS。
清单内容表2-1如下所示
PartType
Designator
Footprint
Description
1K*8
R12
SIP9
3.3K
R13
AXIAL-0.4
4,7K
R10
AXIAL-0.4
4.7K
R4
AXIAL-0.4
4.7K
R3
AXIAL-0.4
4.7KX4
R1
SIP5
5K
R2
VR-5
10
R5
AXIAL0.4
10K*8
R7
SIP9
10K
R8
AXIAL-0.4
10uF
C15
RB.2/.4
Capacitor
10uf
C14
RB.2/.4
Capacitor
24C02
U18
DIP-8
30PF
C19
RAD0.1
Capacitor
30PF
C20
RAD0.1
Capacitor
104
C25
805
Capacitor
104
C22
805
Capacitor
104
C21
805
Capacitor
104
C34
805
Capacitor
104
C32
805
Capacitor
104
C16
805
Capacitor
104
C17
805
Capacitor
104
C18
805
Capacitor
104
C23
805
Capacitor
104
C24
805
Capacitor
104
C11
805
Capacitor
104
C1
805
Capacitor
104
C13
805
Capacitor
104
C27
RAD-0.2
Capacitor
105
C28
RAD-0.2
Capacitor
105
C31
RAD-0.2
Capacitor
105
C30
RAD-0.2
Capacitor
105
C29
RAD-0.2
Capacitor
Y2
XTAL-1
Crystal
AT89S51
U15
DIP40
CAP
C3
805
Capacitor
CAP
C2
805
Capacitor
CAP
C4
805
Capacitor
CAP
C10
805
Capacitor
CAP
C9
805
Capacitor
CAP
C7
805
Capacitor
CAP
C5
805
Capacitor
CAP
C6
805
Capacitor
CAP
C8
RAD0.2
Capacitor
CY62256
U17
DIP-28
DM74ALS00N
U14
DIP-14
Quad2-INPosNandG
DM74ALS32M
U6
DIP-14
Quad2-INPosOrG
DM74ALS32M
U7
DIP-14
Quad2-INPosOrG
DM74ALS32M
U13
DIP-14
Quad2-INPosOrG
DM74ALS138N
U5
DIP-16
3-8LINEDEC/DEMUL
DM74LS273
U10
DIP-20
OCTALD-TYPEFFCR
DM74LS273
U9
DIP-20
OCTALD-TYPEFFCR
DM74LS273
U8
DIP-20
OCTALD-TYPEFFCR
DM74LS273
U11
DIP-20
OCTALD-TYPEFFCR
DS18B20
TO-92B
HEADER2X2
P15
HD2X2
HEADER3
P23
SIP-3
HEADER5X2
J2
IDC10
HEADER5X2
J1
IDC10
HEADER5X2
J4
IDC10
HEADER5X2
J11
IDC10
HEADER5X2
J3
IDC10
HEADER10
P5
SIP-10
HEADER10
P4
SIP-10
HEADER10
P6
SIP-10
HEADER10
P7
SIP-10
HEADER10
P8
SIP-10
HEADER10
P3
SIP-10
HEADER10
P2
SIP-10
HEADER10
P1
SIP-10
IN007
D1
AXIAL0.4
Diode
IN007
D2
AXIAL0.4
Diode
MAX202
U19
DIP-16
SN74HCT573
U2
DIP-20
OCTALD-TYPETRANSPARENTLCH3SO
SN74HCT573
U3
DIP-20
OCTALD-TYPETRANSPARENTLCH3SO
SN74HCT573
U4
DIP-20
OCTALD-TYPETRANSPARENTLCH3SO
SN74HCT573
U1
DIP-20
OCTALD-TYPETRANSPARENTLCH3SO
SN74HCT573
U12
DIP-20
OCTALD-TYPETRANSPARENTLCH3SO
SN74HCT573
U16
DIP-20
OCTALD-TYPETRANSPARENTLCH3SO
SR515
Q1
TO-92A
PNPTransistor
表2-1材料清单表
（2）板子信息表的生成：
执行【Reports】/【BoardInformation】，在弹出对话框中进入【General】选项卡。
该选项卡显示关于电路板的一般信息，例如电路板的尺寸、电路板的连线、连线弧、过孔等图的元件数量等信息。
单击【Report】即可生成REP报表文件。
进入【Reports】/【BoardInformation】中的【Components】，单击【Report】即可产生电路板元件的信息报表。
命名为管琴华.REP。
（报表信息参看DDB文件）
（3）文件层次分析报表的生成：
执行【Reports】/【DesignHierarchy】，在“Documents”内产生*.rep文件，该报表对*.ddb文件内“Documents”文件夹里所有文件进行统计，形成结构数据信息如下所示：
DesignHierarchyReportforC:
\Users\Administrator\Desktop\2012年PCB课程设计\管琴华\管琴华Protel.ddb
Documents
PCB管琴华.LIB
管琴华.cfg
管琴华.DRC
管琴华.ERC
管琴华.Lib
管琴华.NET
管琴华.PCB
管琴华.Sch
管琴华.XLS
管琴华.REP
3D管琴华.PCB
第6章PCB各层面输出与打印
文件输出。
执行【File】/【SetupPrinter】选择打印机，通过安装虚拟打印机，将文件打印成图片形式保存。
选择目标文件，执行【Properties】，增加或删减要打印的层面。
（1）
顶层如下图6-1所示。
图6-151单片机实验板PCB顶层
（2）底层如下图6-2所示。
图6-151单片机实验板PCB底层
（3）各层叠印如下图6-3所示。
图6-151单片机实验板PCB各层叠印
（4）丝印层如下图6-4所示。
图6-451单片机实验板PCB丝印层
（5）3D效果图如下图6-5所示
图6-551单片机实验板PCB3D正视图
（6）3D侧面效果如图6-6所示。
图6-651单片机实验板PCB3D侧面图
第7章总结
回顾这一个星期以来的PCB课程设计，才知道自己还有多少知识没有深入懂得。
对自己的课程设计做了一个简单的计划，如下，周一，通过查阅资料和老师提问的方式用一天的时间分析图纸，主要是对不熟悉的芯片进行了解，分析引脚性能和图纸的总体电路连接，为画原理图和PCB做好充足的准备，以至于不会盲目去放元器件和去写封装。
经过图纸的分析这才发现图纸里存在很多的错误，网络标号的错误，电路连接不全的错误和电路连接错误等等。
图纸的正确性为其后面的工作开展做好铺垫。
周二，画原理图，对于51单片机实验板PCB的课程设计来说，芯片众多、引脚众多、网络标号众多和图纸很大让我在完成设计后，进行电气规则检查的时候发现很多的错误，一个一个的修改，最后还是让我给完成了。
周二的晚上和周三一整天的时间用来设计PCB，从导入网络表时的179个错误到最后的0个错误，①主要是自己建立的元器件的Number没有进行编号，而Name有编号，在样在封装库里是不会承认的，所以会显示错误，②如果封装库里找不到你标有的封装也会显示错误，所以要建立自己的封装库，③元器件的引脚属性与封装库里的没有对应，比如二极管等等。
根据实际来进行布局，这里的布线采用纯手工完成，这个过程很耗费时间，也很繁琐，交叉先太多太杂。
遇到当线不能从顶层也不能从底层通过，我是采用通过建立过孔的方式，一边过顶层，一边过底层，这样就可以了。
周四写报告，周五交报告及文件。
整个的计划还是在自己的掌握之中，只是中间有遇到问题的时候还是不能自己独立去解决，虽然并非全部，但是知道对自身的发展不好，所以遇到问题的时候得时时刻刻记住自己一定要独立思考后再决定是否需要别人的帮助。
在绘制完PCB之后，有几点自己的小小的收获，学会了使用部分的快捷键，学会了怎么样排除错误，学会了怎样使布线会更加规范等等。
感谢老师和同学的用心指导，使得此次的课程设计能够完成的较好。
参考文献
[1]沈精虎.电路设计与制版PROTEL99入门与提高（修订版）[M].人民邮电出版社.2008.
[2]顾滨.PROTEL99实用教程（第二版）[M].人民邮电出版社.2008.
[3]Mark.I.Montrose著.电磁兼容和印刷电路板理论,设计和布线[M].人民邮电出版社.2007.
[4]提高印刷电路板的电磁兼容设计.网络资料.
[5]PCB封装库大全.网络资料.
电气信息学院课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
SCH绘制完成情况（10%）
PCB设计完成情况（20%）
工艺设计是否符合规范（10%）
设计说明书质量（20%）
答辩情况（10%）
完成任务情况（10%）
独立工作能力（10%）
出勤情况（10%）
综合评分
指导教师签名：
________________
日期：
________________
注：
表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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