,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,第9章 数码管显示电路的PCB设计,任务描述,在第7章完成了数码管显示电路的原理图绘制后，本章完成数码管显示电路的PCB板设计。在该PCB板中，调用第5章建立的封装库内的两个器件：DIP20(AT89C2051单片机的封装)、LED-10(数码管的封装)。通过该PCB图验证建立的封装库内的两个器件的正确性，并进行新知识的介绍。他将涵盖以下主题：,设置PCB板,设计规那么介绍,自动布线的多种方法,数码管显示电路的PCB板设计,教学目的及要求：,1.掌握在工程中新建PCB文档,2.熟练掌握设置PCB板,3.熟练掌握导入元件、元件布局,4.了解PCB的设计规那么,5.熟练掌握检查绿色高亮显示,6.熟练掌握自动布线、验证PCB的设计,教学重点：导入元件、元件布局,教学难点：检查绿色高亮显示,9.1 创立PCB板,9.1.1 在工程中新建PCB文档,在第3章的3.2中介绍了用PCB向导产生空白PCB板子轮廓的方法。本节将介绍另一种方法产生空白的PCB板。,1启动Altium Designer，翻开“数码管显示电路.PrjPCB的工程文件，再翻开“数码管显示电路.SchDoc的原理图。,2产生一个新的PCB文件。方法如下：选择主菜单中的“File“New“PCB命令，在“数码管显示电路.PrjPcb工程中新建一个名称为“PCB1.PcbDoc的PCB文件。,3在新建的PCB文件上单击鼠标右键，在弹出的下拉菜单中选择“Save命令，翻开“SavePCB1.PcbDocAs对话框。,4在“SavePCB1.PcbDocAs对话框的“文件名编辑框中输入“数码管显示电路，单击“保存按钮，将新建的PCB文档保存为“数码管显示电路.PcbDoc文件。,9.1.2 设置PCB板,1在主菜单中选择“Design“Board Options命令，翻开如图9-1所示的“Board Options对话框。,图9-1 “Board Options对话框,2在如图9-1所示的“Board Options对话框的“Measurement Unit区域中设置“Unit为“Metric；勾选“Sheet Position区域中的“Display Sheet复选项，表示在PCB图中显示白色的图纸；设置Snap Grid X、Y：1mm，单击“OK按钮。,3在主菜单中选择“Design“Board Sharp“Redefine Board Sharp命令，重新定义PCB板的形状。,4移动光标按顺序分别在工作区内坐标为100 mm，30 mm、190 mm，30 mm、190 mm，106 mm和100 mm，106 mm的点上单击，最后单击鼠标右键，绘制一个矩形区域。重新定义的PCB板区域如图9-2所示。,图,9-2,重新定义的,PCB,板区域,5单击工作区下部的“Keep-Out Layer层标签，选择“Keep Out Layer层，重新定义PCB板的边框。,6单击“Utilities工具栏中的绘图工具按钮“，在弹出的工具栏中选择线段工具按钮“，移动光标按顺序连接工作区内坐标为103，33、187，33、187，103和103，103的四个点，然后光标回到103，33处，光标处出现一个小方框，按鼠标左键，即绘制“Keep Out布线的矩形区域如图9-3所示，按鼠标右键，退出布线状态。(单位：mm)。,图,9-3,绘制布线区域的,PCB,板,7在主菜单中选择“Design“Layer Stack Manager命令，翻开“Layer Stack Manager对话框。,8在“Layer Stack Manager对话框中勾选“Top Dielectric复选项和“Bottom Dielectric复选项，设置电路板为有阻焊层的双层板，单击“Ok按钮。,至此，PCB板的形状、大小，布线区域和层数就设置完毕了。,9.2 PCB板布局,9.2.1 导入元件,1在原理图编辑器下，用封装管理器检查每个元件的封装是否正确3.3节中已介绍，翻开封装管理器Tools Footprint Manager。,2在主菜单中选择“Design“Import Changes From 数码管显示电路.PrjPcb命令，翻开如图9-4所示的“Engineering Change Order对话框。,图9-4 “Engineering Change Order对话框,3单击“Execute Changes按钮，应用所有已选择的更新，“Engineering Change Order对话框内列表中的“Status下的“Check和“Done列将显示检查更新和执行更新后的结果，如果执行过程中出现问题将会显示“符号，假设执行成功那么会显示“符号。如有错误检查错误，然后从2开始重新执行，没有错误后，应用更新后的“Engineering Change Order对话框如图9-5所示。,图9-5 应用更新后的“Engineering Change Order对话框,4单击“Engineering Change Order对话框中的“Close按钮，关闭该对话框，至此，原理图中的元件和连接关系就导入到PCB板中了。,图9-6 PCB工作区内容,导入原理图信息的PCB板文件的工作区如图9-6所示，此时PCB板文件的内容与原理图文件“数码管显示电路.SchDoc就完全一致了。,9.2.2 元件布局,Altium Designer提供了自动布局功能。方法：选择主菜单Tools Component Placement Auto Placer弹出Auto Place对话框。在该对话框内可以选择Cluster Placer和Statistical Placer两种布局方式，目前这两种布局方式布局的效果不尽人意，所以用户最好还是采用手动布局。方法如下：,1单击PCB图中的元件，将其一一拖放到PCB板中的“Keep-Out布线区域内。单击元件U1,将它拖动到PCB板中靠左边靠上的区域；在拖动元件到PCB板中的“Keep-Out布线区域时，可以一次拖动多个元件，如选择3个元件DS1-DS3鼠标单击DS1元件的左下角，然后单击DS3元件的右上角，按住鼠标左键将它拖动到PCB板中部用户需要的位置时放开鼠标左键；如图9-7所示。在导入元件的过程中，系统自动将元件布置到PCB板的顶层Top Layer，如果需要将元件放置到PCB板的底层Bottom Layer按2步骤进行操作。,图,9-7,移动元器件,2双击元件“U3，按Tab键，翻开如图9-8所示的“Component U3对话框。在“Component U3对话框中“Component Properties区域内的“Layer下拉列表中选择“Bottom Layer项，单击“OK按钮，关闭该对话框。此时，元件“U3连同其标志文字都被调整到PCB板的底层，把“U3放在DS1元件位置的底层DS1的元件放在顶层。,图9-8 “Component U3对话框,3放置其它元件布置到PCB板顶层，然后调整元件的位置。调整元件位置时，最好将光标设置成大光标，方法：单击鼠标右键，弹出菜单，选择Options Preferences，弹出Preferences对话框，光标类型Cursor Type处：选择Large 90即可。,4放置元件时，选择于其它元件连线最短，交叉最少的原那么，可以按Space键，让元件旋转到最正确位置，才放开鼠标左键。,5如果电阻R2、R3、R10-R16排列不整齐，可以选中这些元件，在工具栏上按“图标，弹出下拉工具，选“图标，再选“图标后，即可把电阻布置整齐。,(6)在放置元件的过程中，可以按G键，设置元件的Snap Grid以及Component Grid，以方便元件摆放整齐。也可以设置PCB板是采用公制Metric或英制(Imperial)单位，最好采用英制单位。布置完成后的PCB板如图9-9所示。,图9-9 手动布局完成后的PCB板,至此，元件布局完毕。,7单击工作区中的名称为“数码管显示电路的room框，按键盘的“del键，将其删除。,room框用于限制单元电路的位置，即某一个单元电路中的所有元件将被限制在由room框所限定的PCB范围内，便于PCB电路板的布局标准，减少干扰，通常用于层次化的模块设计和多通道设计中。由于本工程未使用层次设计，不需要使用到room边框的功能，为了方便元件布局，可以先将该room框删除。,9.2.3 检查绿色高亮显示,运行设计规那么检查：ToolsDesign Rule Check给出错误报告如图9-10所示。,图9-10 设计规那么检查后的错误报告,从错误报告看出有2个地方出错：Silkscreen Over Component Pads与Minimum Solder Mask Sliver。,可以用第3章介绍的方法，从菜单项选择择Design Rules快捷键D，R翻开PCB Rules and Constraints Editor 对话框。双击Manufacturing类在对话框的右边显示所有制造规那么，找到Silkscreen Over Component Pads和Minimum Solder Mask Sliver两行，把Enabled栏的复选框的“去掉即可,表示关闭这2个规那么，不进行该2项的规那么检查。,现在,PCB,板上就没有绿色的高亮显示了，如图,9-15,所示。,图9-15 去除了绿色高亮的PCB板,9.2.4 更改元件封装,由于图,9-15,所示,PCB,板上元器件的封装用的是绘制原理图时放元器件的缺省值，,C1-C4,的元件封装与实际元件有差异，所以需要修改这,4,个元件的封装。用第,3,章介绍的方法将,C1,、,C2,元件的封装修改为：,RAD-0.1,，,C3,元件的封装修改为：,CAPPR5-5X5,，,C4,元件的封装修改为：,RB5-10.5,。修改封装后的,PCB,板如图,9-16,所示。,图9-16 修改封装后的PCB板,9.3 设计规那么介绍,AltiumDesigner提供了内容丰富、具体的设计规那么，根据设计规那么的适用范围共分为如下10个类别，下面把要经常要使用的规那么作简单介绍。,“Electrical电气规那么类。,“Routing布线规那么类。,“SMTSMT元件规那么类。,“Mask阻焊膜规那么类。,“Plane内部电源层规那么类。,“Testpoint测试点规那么类。,“Manufacturing制造规那么类。,“High Speed高速电路规那么类。,“Placement布局规那么类。,“Signal Integrity信号完整性规那么类。,9.3.2“Routing规那么类,1“Width设计规那么,“Width设计规那么用于限定布线时的铜箔导线的宽度范围。已在第3章介绍，在此将接地线GND的宽度设为：30mil，电源线VCC的宽度设为：20mil，其它线的宽度：最小值Min Width10mil、首选宽度Preferred Width15 mil、最大值Max Width20mil。如图9-19所示。,注意：铜箔导线宽度的设定要依据PCB板的大小、元器件的多少、导线的疏密、印制板制造厂家的生产工艺等多种因素决定。,9.4 PCB板布线,9.4.1 自动布线,1网络自动布线,在主菜单中执行“Auto Route“Net命令，光标变成十字准线，选中需要布线的网络即完成所选网络的布线，继续选择需要布线的其他网络，即完成相应网络的布线按鼠标右键或“Esc键退出该模式。,可以先布电源线，然后布其它线。先布电源线“VCC的电路如图9-38所示。,图9-38布电源线“VCC的PCB板,2单根布线,在主菜单中执行“Auto Route“Connection命令，光标变成十字准线，选中某根线，即对选中的连线进行布线，继续选择下一根线，那么对选中的线自动布线，要退出该模式，按鼠标右键