2013-2014学年第二学期
电子CAD课程设计报告 ——基于51单片机的4通道模拟数据采集器
班级： 姓名： 学号： 成绩：
指导教师：
秦玉龙
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目录
第1章 altium designer 9.0设计环境认识....................................................................................3
1.1 altium designer 9.0软件的介绍 ................................................................................ 3 1.2设计环境设置.....................................................................................................................3
1.2.1 创建工程与原理图文件 ....................................................................................... 3 1.2.2 使用库 ................................................................................................................... 4 1.2.3 创建原理图库文件 ............................................................................................... 5 1.2.4 创建PCB库文件 ................................................................................................... 6 1.2.5 创建PCB文件 ....................................................................................................... 7
第2章 altium designer 电路原理图的绘制 ............................................................................. 8
2.1 电路原理图的设计步骤 ................................................................................................... 8 2.2 原理图库的设计步骤 ....................................................................................................... 8 2.3 封装库的设计 ................................................................................................................... 8 第3章 印刷电路板的绘制 ........................................................................................................... 11
3.1 印刷电路板的设计过程 ................................................................................................. 11 3.2 印刷电路板的布局布线方法 ......................................................................................... 12
3.2.1 布局 ..................................................................................................................... 12 3.2.2 布线 ..................................................................................................................... 12
总结与个人心得 ............................................................................................................................. 14 附录1：电路原理图 ...................................................................................................................... 15 附录2：原件清单及封装表 .......................................................................................................... 16 附录3：印刷版电路效果图 .......................................................................................................... 16 附录4: 3D版印刷版效果图 ......................................................................................................... 16
第1章 altium designer 9.0设计环境认识
1.1 altium designer 9.0软件的介绍
（1）电路设计自动化 EDA（Electronic Design Automation）指的就是将电路设计中各种工作交由计算机来协助完成。如电路原理图（Schematic）的绘制、印刷电路板（PCB）文件的制作、执行电路仿真（Simulation）等设计工作。随着电子科技的蓬勃发展，新型元器件层出不穷，电子线路变得越来越复杂，电路的设计工作已经无法单纯依靠手工来完成，电子线路计算机辅助设计已经成为必然趋势，越来越多的设计人员使用快捷、高效的CAD设计软件来进行辅助电路原理图、印制电路板图的设计，打印各种报表。
Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows XP操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。
Altium Designer 除了全面继承包括Protel 99SE、Protel DXP在内的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。该平台拓宽了板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。 由于Altium Designer 在继承先前Protel软件功能的基础上，综合了FPGA设计和嵌入式系统软件设计功能，Altium Designer 对计算机的系统需求比先前的版本要高一些。
（2）主要功能：原理图设计、印刷电路板设计、FPGA的开发、嵌入式开发等等
1.2 设计环境设置
1.2.1 创建工程与原理图文件 通过菜单创建PCB工程
File - New - Project - PCB Project，即可在当前工作区创建新的PCB工程
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新建工程并不直接在硬盘中创建文件，需要保存：在工程面板中，右键单击新建的工程名 - Save Project，在弹出的对话框中，选择工程存储目录（一般需要为新建的工程新建一个专属目录）并命名工程。
1.2.2 使用库
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AD的库非常丰富，并会随着版本升级不断补充，AD的库位于安装目录下的“Library”目录内以集成库的形式包含许多厂商的大量器件，“Library\\pcb”目录中包含几乎所有的标准封装。
当需要一个元件时，建议先搜索AD已有的库文件
1.2.3 创建原理图库文件
通过菜单或工程面板（推荐）向工程中添加原理图文件，在工程面板中，右键单击新建的工程 - Add New to Project - Schematic，新建文件并不直接在硬盘中创建文件，需要保存：单击工具栏中的保存文件图标，然后在弹出的对话框中选择目录并命名文件。
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1.2.4 创建PCB库文件
通过菜单或工程面板（推荐）向工程中添加PCB库文件在工程面板中，右键单击工程 - Add New to Project - PCB Library加入工程中的PCB库文件会在工程面板中归到新类别“Libraries”中新建的文件并不直接在硬盘中创建文件，需要保存与原理图库文件一样， PCB库文件也有三种存在形式：
作为某个PCB工程中的文件，为PCB工程提供元件封装;作为文件，可在工作区中被任何工程、元件和PCB文件使用;作为集成库工程中的文件，与其他库文件（如原理图文件、仿真模型文件等）一起被编译成集成库。
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1.2.5 创建PCB文件
通过菜单或工程面板创建在工程面板中，右键单击工程 - Add New to Project - PCB新建的文件并不直接在硬盘中创建，需要保存这样创建的PCB文档，不包含图纸边框和标题栏。
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第2章 altium designer 电路原理图的绘制
2.1 电路原理图的设计步骤
1.通过菜单或工程面板（推荐）向工程中添加原理图文件；
（1）在工程面板中，右键单击新建的工程 - Add New to Project – Schematic；
（2）保存新建的文件；
2.使用系统所带的元件库搜51单片机的4通道模拟数据采集器所要索的原件且将原件放置在面板上；
放置一些元件之后，开始绘制电路 （1）P-W”，绘制导线； （2）P-R”，绘制端口； （3）P-O”绘制电源端口；
原理图的封装准备，如果库里有的就可以直接用，没有的话就需要自己绘制图形，最好建立自己的库文件，可以再利用。绘制原理图，将所需器件排布好并连线。
检查原理图有没有连错，标号调整，封装有没有都制定好等。
2.2 原理图库的设计步骤
（1）通过菜单或工程面板（推荐）向工程中添加原理图库文件；
（2）在工程面板中，右键单击工程 - Add New to Project - Schematic Library；
（3）加入工程中的原理图库文件会在工程面板中归到新类别“Libraries”中；
（4）保存；
2.3 封装库的设计
一、新建封装
（1）PCB库(PCB Library)面板封装列表区中的空白处右键单击，选择“New Blank Component”；
（2）双击新出现的封装“PCBCOMPONENT_1 - DUPLICATE”,在弹出的对话框
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中设置封装的属性。
二、绘制封装
封装应绘制在封装库图纸中的原点处，该原点是在PCB中放置该封装时，光标拖动的定位点；元件放置在顶层或底层，可在PCB设计阶段自由更改。制作封装时，应一律将其放置在顶层；
这里我们制作的是焊盘的封装：
焊盘的类型：贴片焊盘(矩形、圆形、八边形、圆角矩形) 孔的形状(圆孔、方孔、槽型孔)
三、绘制焊盘
根据资料中推荐的焊盘尺寸和坐标位置放置“P - P”放置焊盘，按“Tab”键设置属性或是双击也可以修改属性。
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四、放置焊盘
拖动鼠标，将修改好尺寸的焊盘放置到正确位置拖动时，还可使用光标键（上下左右）精确移动焊盘根据资料中描述，计算六个焊盘的坐标： (-0.65, -1.1)、(0, -1.1)、(0.65, -1.1) (0.65, 1.1)、(0, 1.1)、(-0.65, 1.1)
五、绘制外形边框
一般需要将元件封装的外形示意图绘制在丝印层，外形示意图仅是示意性的，如果绘制时与焊盘冲突，需绕过焊盘，或断开绘制，在编辑环境的下方单击
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“TopOverlay”，选择顶层丝印层为当前层。“P - L”使用线条工具绘制一个矩形边框，尺寸2.1mm×1.3mm，并使矩形边框中心位于原点处，可按“G”键更改捕捉栅格为0.05mm后绘制，可按“Tab”键修改属性，将线宽改为0.2mm，因长边与焊盘冲突，这里不绘制长边，也可以缩小这个矩形。
六、保存并使用封装
第3章 印刷电路板的绘制
3.1 印刷电路板的设计过程
1.电路板设计前的准备 建立PCB文件并保存，主要是利用原理图设计工具绘制原理图，安装PCB封装库和自定义元件封装库。 2、设置PCB设计环境
安装PCB封装库和自定义元件封装库，进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型、光标类型、板层参数、布线参数等等。 3、导入元件和修改零件封装
导入元件，如有错误返回原理图修改，原件被调出后，元件之间由飞线连接；
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运用规则检查，把元件上的绿色报警消除； 4、布置零件位置 正确导入原理图后，系统将自动载入零件封装，并且可以自动优化各个组件在电路板内的位置。 5、布线规则设置
在软件下面界面层的选择中选择Keep out layer 即禁止布线来定义板子大小；布线规则设置时设置布线时的各个规范，如安全间距、导线形式等等。 6、自动布线及手工调整
手工画线或自动布线，手工修改不适合的线； 7、文件保存
3.2 印刷电路板的布局布线方法
3.2.1 布局
（1）同步完成后，元器件按照Room整齐摆放，在布线之前需要对元件布局。 （2）布局和布线并不完全是两个分离的过程，往往在大概布局后就可以开始着手布线，在布线的过程中可以根据需要再调整部分元件的布局。
（3）布局是PCB设计过程中的重要步骤，如果算上布线过程中对元件位置调整花去的时间，布局需要花去的时间和精力有时并不比布线过程花去的少。 (4)良好的元件布局。
可以使后续的布线工作更加简单，布线更简洁明了，可以说，布局在极大程度上决定了后面布线的成败和优劣；
可以使整个PCB具有更好的信号完整性和高频稳定性； 使得PCB面积更小；
(5)布局时应结合原理图中功能单元的区分和信号的流向，结合原理图中的具体电路连接。
(6)规则中，一个Room中的元件是必须放置在Room中的，所以在手工布局前 可将所有Room拖动（会连带room中的元件）到PCB中； 将room的大小拖放到比PCB稍稍大一些； 可在图层显示选项中（“L”），将room设置为隐藏；
(7)如果觉得丝印层字符过大，可以使用“Find Similar Objects”（在对象上单击右键）工具和PCB检视器（PCB Inspector）批量修改。
(8)根据电路结构，思考元件的大概布置，并粗略布局（以“DataAcq51”为例） 四个通道的信号调理和ADC电路可以上下并排放置在PCB左侧； MCU电源和串口可以放置在PCB右侧；
100nF的电源去耦电容需要与芯片电源引脚尽量靠近，可以放置在电源引脚正下方的Bottom层；
信号主要通过顶层布线，电源主要通过底层布线，注意模拟部分和数字部分布置分开；
(9)多通道的设计中，可以先只对一个通道的元件进行布局，然后通过Room格式复制功能将布局复制到所有其它通道中。
(10)调整接插件位置，并重新定义PCB外形。
3.2.2 布线
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（1）布线工具； （a）交互式布线（“P - T”），普通的交互式布线； （b）交互式差分对布线（“P - I”），布置差分信号的线对； （c）交互式多重布线（“P - M”），布置多个相邻的线，选中欲引出线的多个元素后使用该工具；
（2）交互式布线的相关设置
系统设定中的 PCB - Interactive Routing；
(3)在大多数最后大面积铺地的PCB中，布线时，可以不用布置地线；
(4)同样地，多通道中，只需要先布通一个通道，然后使用room格式复制功能将布线复制到其它通道中；
(5)在从焊盘引出导线时，出线方向应先顺着焊盘延伸方向；
(6)实时规则检查会在PCB上打一些标记，按“T - M”可隐藏这些标记； (7)如布线需要穿越板层，可以放置过孔“P – V；”
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总结与个人心得
这次实习是我第一次接触CAD。通过一周的学习，使我对CAD有了进一步的了解，首先，让我对我所学的这个专业有了一点点初步的了解，更让我对我这个专业的神奇之处有了向往之心，我知道了我现在所学会的跟我所要学的还有很大的距离，这就使得我有了进一步学习的心。一开始觉得它不是一个轻易学好的软件，我们专业接触的不多，所以觉得用处不是很大。但是随着慢慢的接触，知道我们可以用它作出工程、建筑等方面的图画来，就是把那些基本的套路把握熟悉了以后就很简单了，还有要害的一点就是对自己要画的东西一定要熟悉的，否则一些要害性的标本就画得不恰当了。
其次呢，这次实习让我对altium designer 9.0有了初步的了解，我知道了它的一些基本的功能，比如说能够利用它设计复杂电路的原理图，建立相应的原理图库和封装库，能够利用它设计印刷电路板，此外还有一些简易的制作方式以及一些简单的实际操作。
最后，我从这次实习中懂得了一个人必须要有探索精神以及克服困难的勇气。当然，在自己真的不会的情况下，一定要请教同学或者老师，要有一颗求知的心和合作的精神和一个端正的态度，这无论是现在还是以后，都将对自己什么有益。同时，经过这次实习，我对我将来的职业是干什么的有了一定的了解，让我在面对今后的工作能有一定的准备。
我想结合我所学的，还有老师和同学的帮助，这周的实训肯定会有很大的收获的。在此，我十分衷心的感谢秦老师以及同学子啊这次实习过程中对我的帮助以及支持，你们与我的成功密不可分。十分感谢！
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附录1：电路原理图
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附录2：原件清单及封装表
附录3：印刷版电路效果图
附录4: 3D版印刷版效果图
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