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武汉工程大学电气信息学院1设计摘要本课题采用ProtelDXP2004软件设计一个三通道的数据采集系统的印制电路板，它能够对外部的速度、加速度或压力等模拟信号进行采析。本设计包括了完整的原理图设计、元器件清单、网络表以及PCB设计，并通过电气规则检查以及DRC检查逐步完善了设计中存在的问题。关键字：ProtelDXP2004、数据采集卡、电气规则检查AbstractThisprojectusesProtelDXP2004softwaretodesignathree-channelofdataacquisitionsystemprintedcircuitboard,whichcancollectandanalysistheexternalvelocityandaccelerationorpressureoftheanalogsignals.Thedesignincludesthecompleteprinciplediagramdesign,componentslist,networktablesandPCBdesign,anditgoesthroughtheelectricalrulescheck-upchecktheDRCandgraduallyimprovestheproblemsexistinginthedesign.Keywords:ProtelDXP2004、Collectdata、electricalrulescheck武汉工程大学电气信息学院2目录第一章数据采集卡的功能要求及原理简介1.1功能要求1.2原理简介第二章原理图设计2.1创建项目文件及原理图文件2.2制作原理图元件2.3绘制原理图第三章印制电路板（PCB）的绘制3.1创建PCB文件3.2绘制印制电路板（PCB）图第四章原理图以及PCB的纠正4.1原理图中错误的纠结4.2PCB图中的纠正第五章设计分析与心得体会第六章参考文献第七章附件7.1附件一（数据采集卡原理图）7.2附件二（PCB印制电路板）武汉工程大学电气信息学院3第一章数据采集卡的功能要求及原理简介1.1功能要求设计一块三通道数据采集卡，该数采卡可以把外部速度、加速度或压力等传感器输出的电量信号转换成电压信号，并采集存储到相应的三片数据存储器中，该数采卡留有与PC机通信的串行接口，PC可以通过串行口把存储在数据存储器中的数据读入到PC机。1.2原理简介该数据采集卡由数据采集、A/D转换、数据处理、输出显示以及串行接口等部分构成。第一个LF351、C1、R13等构成第一通道的电荷放大器，第二个LF351、C2、R14等构成第二通道的电荷放大器，第三个LF351、C3、R15等构成第三通道的电荷放大器用来把外部传感器的电量信号转变成电信号并做放大处理，放大后的信号经过多路选择开关4051分别进入ADC0820转换器进行数据转换，然后再由单片机AT87C51把转换后的数据通过数据线送入数据存储器，单片机通过串行口和PC相连，数据采集完成后，三片数据存储器中的数据可以分别通过串行口传输到PC上，然后进行信号处理以及分析，故该数据采集卡可以作为野外便携式数据采集之用。第二章原理图设计2.1创建项目文件及原理图文件打开ProtelDXP2004后，在File菜单下选择New—Project—PCBProject，即创建了一个PCB项目文件，并保存名为pro2.PrjPCB。继续在File菜单下选择New—Schematic，即创建了一个原理图文件，并保存为sheet1.SchDoc。图表1创建的文件列表2.2制作原理图元件在本设计中，有些元件没有元件库，如LF351、87C51、MAX232。那么，我们必须自行设计元件的引脚图以及其封装形式。在File菜单下选择New武汉工程大学电气信息学院4—Library—SchematicLibrary，即创建了一个元件库文件。在绘制好其元件库后，还需要匹配对应的元器件封装，可以在系统自带的PcbLib中进行匹配，也可以自行绘制其元件封装，方法如下：在File菜单下选择New—Library—PCBLibrary，即创建了一个PCB库文件，在此文件中，利用PCB元件向导（在Tools菜单下PCB—NewComponent）完成DIP40或者是DIP24的引脚封装。完成所有的封装绘制后，命名并保存。在元件库中可以对元器件添加属性，右键选择ModelManager，选择AddFootprint，选择对应的引脚封装形式即可。这样，完成了元件库以及元器件的封装绘制，并联系了两者的对应的关系。图表2元件库文件2.3绘制原理图在完成了所有的元器件的元件库的绘制和封装后，可以在SchDoc文件中开始绘制整个设计的原理图了。部分元器件在系统自带的MiscellaneousConnectors.IntLib中可以找到，如Res2、Cap、Header、DB9等一些常见的元器件，还可以在MiscellaneousDevices.IntLib中可以找到一些常见的连接器件如Header2等。剩下的元器件就可以在之前绘制的元件库中查找。将这些需要用到的元器件摆放在图纸上，在Place时，按TAB键可打开其属性，并可以根据需要设置一些参数或是命名。在此期间可以按键盘的空格键或者是X、Y键可以完成器件的方向和对称性。完成了所有的元器件的摆放后，就可以连线了。我们可以先将一些引脚用导线引出，并设置其网络标签，如VCC、GND、RST等，这样，相同的网络标签在电气上是连接的，具有一般电气特性。接着，用导线将需要连接的线连一起即可。在完成了全部的连线后，就需要对此原理图进行检查。选择Project菜单下的CompilePCBProjectsheet1.SchDoc，对此原理图编译，若有Errors，根据英文提示一步步修改，直到编译无误即可。武汉工程大学电气信息学院5第三章印制电路板（PCB）的绘制3.1创建PCB文件在File菜单下选择New—PCB，创建了PCB文件，命名并保存。这时，我们要将之前绘制的原理图导入到PCB中，操作如下：打开原理图文件，在Design菜单下，选择UpdataPCBDocument，选择ValidateChanges再选择ExecuteChanges，点击Close关闭。3.2绘制印制电路板（PCB）图在上一步之后，就进入了PCB绘制界面，接着，在此文件中绘制Keep-OutLayer。然后再选择AutoRoute菜单下Compotent，执行自动摆放元器件的命令。完成后，元器件都对方在了Keep-OutLayer区了，但是布局很乱，我们可以重新手动布局，合理的布局好后，我们可以布线了，在布线前，我们要对一些布线的规则和线的参数进行调整，在Design菜单下选择Rules，选择Routing里的Width选项，右键新建2种布线规则：VCC和GND，将最大宽度设为30mil，最小宽度设为10mil，当前宽度设为20mil，其他导线宽度为默认，完成后点击Apply。然后进行自动布线，在AutoRoute菜单下选择All，进行自动布线，数秒后系统自动完成了所有的布线。接着就要对此PCB文件进行检查，选择Tools—DesignRuleCheck—RunDesignRuleCheck，若有Errors，在提示下进行修改，包括元件的位置不合理、规则与线宽冲突等，直至为显示ViolationsDetected:0即可。图表3PCB板检查结果武汉工程大学电气信息学院6第四章原理图以及PCB的纠正4.1原理图绘制时应注意的事项在原理图的绘制过程中，发现书本上的原理图中存在一些差错，例如原理图中的某些芯片的电源引脚被隐藏了，在编译的过程中容易产生错误。为了避免这一错误，需要将元器件重新绘制，然后在原理图中使用，这样在编译的时候可以避免产生错误。除此之外，在原理图中存在许多未用的引脚，为了保险起见，在电气规则检查时，需要屏蔽掉该引脚的检查（即放置“NOERC”标志）如图4所示：图表4引脚屏蔽4.2PCB图绘制过程中元器件布局布线方式及设计规则检查采用手动布线PCB图时常犯的错误有普遍有以下几种：孔径大小违规、导线宽度违规、电气导线未连接。在此次设计中，我采取预自动布局和预自动布线，在提前设定好布线规则、以及线宽要求后，开始自动布线，然后进行必要改动，PCB图就绘制完毕了。第五章设计分析与心得体会在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。培养这种能力的前题是你对每次实验的态度。如果你在实验这方面很随便，抱着等老师教你怎么做，拿同学的报告去抄，尽管你的成绩会很高，但对将来工作是不利的。比如在做回转机构实验中，经老师检查，我们的时域图波形不太合要求，我首先是改变振动的加速度，发现不行，再改变采样频率及采样点数，发现有所改善，然后不断提高逼近，最后解决问题，兴奋异常。在写实验报告，对于思考题，武汉工程大学电气信息学院7有很多不懂，于是去问老师，老师的启发了我，其实答案早就摆在报告中的公式，电路图中，自己要学会思考。在这次的实验中，我对一些测试硬件、软件及其使用有了更深刻的认识。比如说，我在电桥实验中，我知道应变片是怎么样的，面板是怎么接电桥的；在回转机构及悬臂梁实验中，我知道压电传感器是如此微小的，怎样通过放大、接口电路进行微机分析，滤波、窗函数的选择，及怎样使用LabView采样和分析，另外，用文档形式写报告，是我们以前从来没有尝试过的。可以说，做这次的测试技术实验，我们学生自己的能力得到了充分的发挥，跟以往那些充满条条框框的实验是不同的。第六章参考文献[1]康华光．电子技术基础（模拟部分）．北京：高等教育出版社，2006．[2]邹玲罗明．电路理论．武汉：华中科技大学出版社，2009．[3]StephenPrata．PrimerPlus．技桥工作室译．北京：人民邮电出版社，2003．[4]李群芳张士军黄建．单片微型计算机．北京：电子工业出版社，2010．[5]康华光．电子技术基础（数字部分）北京：高等教育出版社，2006．[6]邵群涛.电气制图与电子线路CAD[M].北京：机械工业出版社，2005第七章附件第八章7.1附件一（原理图）武汉工程大学电气信息学院87.2附件二（PCB）武汉工程大学电气信息学院9武汉工程大学电气信息学院10附件二：武汉工程大学电气信息学院11