第10章 单片机数据采集系统PCB板制作

《电子CAD－ProtelDXP电路设计》任富民编著中等职业学校教学用书（电子技术专业）电子教案第10章单片机数据采集系统PCB板制作本章学习目标本章以制作单片机多路数据采集系统PCB板为例，介绍双面板的制作技巧和编辑修改方法，以达到以下学习目标：了解手工绘制电路板边框的方法。掌握自制元件库的添加和自制封装元件的调用方法。理解补泪滴的目的；掌握补泪滴操作方法。掌握PCB板DRC操作方法和违规错误的排除方法。本章内容介绍本章将综合前面各章所学知识和技能，以实例形式讲解PCB双面板制作的完整过程，包括从原理图制作出发，一直到PCB板最终制作完成。要求在原理图中调用自己制作的原理图元件，在PCB板中使用自己制作的元件引脚封装，是对前面各章节知识和技能的一次综合和演练。10.1确定和添加元件封装元件类型元件封装封装库元件类型元件封装封装库电阻RAXIAL-0.3MiscellaneousDevices.IntLibU1、U3DIP-20Dual-In-LinePackage.PcbLibDual-In-Line无极性电容CRAD-0.1U2DIP-40无极性电容C(较大)RAD-0.3U4、U5DIP-14电位器VR1VR5U6、U7DIP-28/E14.9电解电容CRB5-10.5数码管DLEDZZDIP10自制稳压管U8SFM-T3/X1.6V三极管QZZBCY1晶体振荡器YBCY-W2/D3.1按键开关S1AJ1连接座JP1HDR1X10H拨动开关S2SPDT-3§10.2新建PCB文件并绘制电路板边框1.新建PCB文件2.设置显示层面3.选择机械层绘制电路板边框选择放置工具中的直线工具，在机械层先画一条水平导线，然后利用放置工具中的设置参考点工具，将十字光标对准导线的左端点，点击鼠标，设置导线的起点为坐标零点，如图所示。设置边框参数然后双击该导线，弹出导线属性对话框，根据电路板的宽度80mm，在导线的属性对话框中设置该导线的起点坐标为（0，0），终点坐标（0，80），则导线起点为坐标原点，长度变为80mm，这有利于其余导线的定位和坐标确定。继续按坐标绘制其余三条导线5.标注电路板边框尺寸选择放置工具中的尺寸标注工具，在电路板边框的外围放置尺寸标注，放置时一定要对齐电路板边框端点，如图所示。6.重新定义电路板形状沿着电路板边框重新绘制电路板重新生成的电路板6.绘制布线区选择【KeepOutLayer】禁止布线层绘制好的电路板布线区域10.3引用自制PCB元件引脚封装10.3.1单个元件引用自制PCB元件引脚封装1.打开原理图元件属性设置对话框。单击【Add…】添加按钮选择添加新模型类型弹出如图所示选择新模型类型对话框，在模型类型【ModelType】下拉列表框中选择【Footprint】，添加引脚封装模型，点击【OK】按钮。3.浏览封装库封装库浏览选择数码管封装库和需要的引脚封装4.选定新封装数码管已经修改为自制的引脚封装“ZZDIP10”10.3.2利用全局修改功能修改多个元件引脚封装如果要同时修改很多元件的引脚封装，再采取以上方法逐个进行修改，势必速度很慢，效率不高。此时我们可以利用ProtelDXP提供的全局修改功能，一次性修改同一类元件的引脚封装。ProtelDXP提供的全局修改功能可以先选取具有某些特征的同一类元件，然后对选取的元件进行某些参数的修改。此处我们利用全局修改功能同时修改三极管的引脚封装，方法如下。1.选中某个元件1.打开原理图文件，单击其中的一个三极管（如Q1），使其处于点击选中状态，如图所示。执行【FindSimilarObjects】菜单命令单击鼠标右键，将弹出浮动菜单，如图所示，执行【FindSimilarObjects】菜单命令弹出查找相似对象设置对话框在图中设置欲查找对象的特征，如此处想查找所有的PNP三极管，所以我们将库参考名称LibraryReference项设置为【Same】相同的，表示将查找所有的PNP三极管技巧：在图中，单击鼠标右键时请对准三极管选中区域内的空白处，不要对准三极管的某部位（如管脚），否则可能查找对象类型变为管脚Pin，无法完成三极管的查找修改功能。3.进行全局查找点击【OK】按钮，进行全局查找后，所有PNP型三极管处于选中状态，被突出显示，而其它元件被蒙板覆盖，如图所示，以便于后面的修改操作。4.单击Inspect标签5.修改三极管封装在当前封装【CurrentFootprint】栏中输入自制的三极管封装“ZZBCY1”，然后按回车键进行修改操作。封装已经全部修改关闭Inspect对话框，双击图中任一三极管（如Q2），弹出如图属性对话框，可以看到封装已经全部修改为自制的引脚封装“ZZBCY1”。6.取消其它元件的蒙板覆盖状态。单击【Clear】清除按钮，取消其它元件的蒙板覆盖状态。注意：利用全局修改功能修改元件的引脚封装后，必须将元件引脚封装所在的库文件添加到当前库中，否则在后面更新PCB板时无法调入该元件的引脚封装。10.4产生网络表、载入PCB引脚封装10.4.1产生网络表虽然在ProtelDXP中，不一定要通过载入网络表才能调入PCB元件引脚封装，但可以通过网络表查看各原理图元件的编号、封装、元件之间的网络连接是否正确。执行【Design】/【Netlist】/【Protel】菜单命令，将建立“多路单片机数据采集系统.NET”网络表文件。注意：网络表产生后，必须自己打开网络表文件，仔细检查各元件的编号，封装、元件之间的网络连接是否正确，如果有错，必须回到原理图中进行修改后，将原网络表文件关闭并移出工程文件，再次产生后检查，直到没有错误。10.4.2载入元件引脚封装与网络1.打开已经绘制好电路板边框的PCB文件，执行菜单命令【Design】/【ImprotChangesFrom】，弹出如图所示的导入原理图变化对话框。导入原理图变化对话框执行更新载入各封装元件和网络连接载入电路板的PCB引脚封装10.5元件布局元件载入PCB板后，就可以根据元件的布局规律仔细调整元件的位置了，一般采取先自动布局再手工调整的方法，但由于本项目元件较多，自动布局的效果不理想，所以直接采取手工布局的方法分部分进行，先对显示部分display块进行布局。PCB板元件位置的调整方法和原理图中元件位置的调整方法基本相同。10.5.1显示部分元件布局整体移动display块删除display块符号2.核心元件的布局对数码管进行初步布局元件对齐和均匀分布操作方法（1）初步调整元件的位置和排列顺序。弹出对齐元件对话框全部选中要调整的元件，执行菜单命令【Tools】/【InteractivePlacement】(交互式布局)/【Align…】(排列)，将弹出如图所示的对齐元件对话框，分别在水平和垂直方向设置操作命令。数码管排列效果3.锁定元件解除锁定状态注意：元件位置锁定后，在工作区中对该元件的操作就不起作用了。如果用户要再次移动该元件的位置，只有先执行【Edit】/【Change】菜单命令,将十字光标对准该元件，单击鼠标左键才能再次打开属性对话框，将锁定状态解除后，才能重新调整该元件的位置。显示部分布局效果元件编号调整后的效果小技巧：自动调整元件文字位置。元件编号和参数可以手工逐个调整，为了加快调整的速度，可以利用编辑器的自动调整元件文字位置功能进行快速调整，下面以调整图中数码管的编号为例讲解具体方法。选择编号要放置于元件的位置先选中要调整编号的元件，如图中的数码管，执行【Tools】/【InteractivePlacement】/【PositionComponentText】菜单命令，弹出如图所示的调整元件文字位置对话框，选择编号要放置于元件的位置调整好的数码管编号10.5.2其它方块电路元件布局§10.6自动布线10.6.1设置布线参数执行【Design】/【Rules】菜单命令，设置各项参数。其中最关键的参数有【RoutingLayers】布线层面和【WidthConstraint】导线宽度，其它参数采用默认值即可。设置双面板的布线层导线规则设置10.6.2自动布线执行菜单命令【AutoRoute】/【All】菜单命令，将弹出如图所示的自动布线策略选择对话框，选用默认选项，点击【RouteAll】布所有导线按钮，PCB板编辑器开始自动布线。自动布线结果§10.7手工修改双面板导线由于自动布线时，系统片面地追求布通率，不可能考虑实际电路板电气特性方面的要求，因此对于一个电路较为复杂、元件较多的电路板而言，自动布线后的结果总会存在一定的不足和缺陷，所以必须仔细的检查和修改，从而使制作的电路板既美观、又能满足电气特性的要求，同时便于安装和调试。如图所示，电路板中虽然导线均已连接，但部分导线弯曲过多，绕行过远，同时地线和电源线一般要求靠近电路板边缘，修改如下。10.7.1调整显示模式，分析自动布线结果在默认情况下，PCB编辑器采用复合显示模式显示所有用到的层面，但在分析自动布线结果时，用户希望将精力集中在布线层面上，而对于元件布局、编号、参数、元件外形等信息暂时不必考虑，可以隐藏起来，以便于更好的分析走线情况。修改为单层显示模式如果希望单层显示各层的信息，如顶层的布线效果，可以执行【Tools】/【Preference…】菜单命令，弹出如图所示的修改编辑器参数对话框，选择显示【Display】标签，选中【SingleLayerMode】复选框，将PCB编辑器显示模式修改为单层模式。分析顶层导线绕行过远弯曲不美观绕行过远分析底层导线绕行过远绕行过远绕行过远尖角弯曲10.7.2调整显示层面，规划修改方案虽然单层显示模式下，可以单独对各布线层进行分析，找出要修改的导线，但对于双面板而言，导线修改时要同时兼顾顶层和底层的导线，才能确定修改方案，所以我们采取调整显示层面的方法，同时显示顶层和底层的走线，而将顶层丝印层隐藏起来。1.将显示模式恢复为多层复合显示模式，即取消【SingleLayerMode】复选框的选中状态。隐藏顶层丝印层隐藏顶层丝印层后的显示效果10.7.3修改导线分析需修改的导线在导线修改过程中，某些导线如果仅在同一层面上走线，可能因为同层面其它导线的阻挡而不便或无法布通导线，如图中的导线1。因此在必要的地方还需添加过孔，改变导线的层面避开同层导线，以便于弯曲导线的修改。要修改的弯曲导线1同一层阻挡其走线的导线2（1）撤销原导线1在该处放置过孔，但位置太窄将导线3外移，并修改弯曲处（1）撤销原导线1。执行【Tools】/【Un-Route】/【Connection】命令，出现十字光标，将其对准导线1，点击鼠标左键即可撤销该导线，如图所示(2)规划导线修改方案重新绘制导线3修改好的导线3放置过孔新放置的过孔设置过孔的网络属性绘制底层导线新绘制的底层导线绘制顶层导线新绘制的顶层导线2.走线过程中改变导线层面导线1和导线2位于同一层面同层导线2导线1导线1在走线过程中遇到同顶层导线2，为了继续走线，必须改变层面，可以在绘制过程中需要改变导线层面的位置，按Tap键，弹出如图所示的【InteractiveRouting】交互式走线对话框。光标中心出现过孔导线1改变层面，穿过导线2修改好的导线10.8补泪滴在电路板中，为了提高布通率，许多导线的宽度较小，而焊盘的面积却较大，如果以等宽度导线进入焊盘或过孔，势必造成电路板在元件焊接、装配、维修过程中，应力集中于焊盘和导线的连接处，极易形成裂纹和焊盘翘起，影响电路板的焊接质量，形成虚焊。该现象在单面板中尤为突出，为了在加工和焊接时分散应力，我们可以在窄导线进入焊盘和过孔时，逐步加大导线宽度，形成泪滴状，从而有效的分散应力，防止焊盘脱落虚焊。制作泪滴状导线的操作就称为补泪滴。具体方法如下：1.选择对象选择要补泪滴的导线或网络，可以根据导线的粗细，选择需要补泪滴的导线。执行【Edit】/【Select】选择菜单下的各子菜单命令，进行各种不同的选择操作，如果是对所有焊盘和过孔都进行补泪滴操作，则可以不用选择对象。2