1、PCB设计与制作Altium Designer 设计应用（第二版）项目4 流水灯双面圆形PCB设计项目4 流水灯双面圆形PCB设计项目描述：某PCB设计公司接到订单，要求设计一款圆形流水灯产品并制作样机，如图示。流水灯电路的功能是当按键按下可以控制10只LED依次循环发光或暂停流动，通过调节电位器能改变灯组的流动速度。项目4 流水灯双面圆形PCB设计l 呼吸灯电路的结构：1.振荡电路：主要元件为555定时器芯片和电位器。该电路是一个矩形波发生电路，为电路提供灯光流动速度可控的方波脉冲，同时通过调节电位器Rp1还能改变灯组的流动速度。(a)振荡电路项目4 流水灯双面圆形PCB设计l 呼吸灯电路的
2、结构：2.按键控制电路：主要元件为74HC74双D触发器芯片和按键。按键控制电路具有控制信息锁存功能，当按下开关可以控制LED依次循环发光或暂停流动。（b）按键控制电路项目4 流水灯双面圆形PCB设计l 呼吸灯电路的结构：3.译码显示电路：主要元件为CD4017译码器芯片和10个呈圆形排列的LED组成，通过振荡电路输出的脉冲控制LED点亮的顺序与频率。（c）译码显示电路项目4 流水灯双面圆形PCB设计项目任务：任务4.1 设计集成电路的符号与封装 任务4.2 自顶向下绘制流水灯层次原理图 任务4.3 流水灯的圆形双面PCB设计任务4.1 设计集成电路的符号与封装设计任务：1绘制74HC74集成
3、电路元件符号，设计其芯片座的封装；2绘制四脚按键开关元件符号，并设计封装；3设计直插式LED封装。一、带子件的集成电路芯片带子件的集成器件（IC）应用非常广泛，如集成运放、逻辑门、触发器等。这样的一个集成器件中通常集成有2-6个相同的子件。图示为带4个异或门子件的74LS86集成芯片，在原理图中这些子件仍共用一个标号（如U1），后面加字母或数字来区分不同的子件，如U1A、U1B等。（a）实物封装图 （b）IC引脚排列图 （c）原理图中子件电路符号二、集成双D触发器74HC74根据74HC74芯片数据手册，该芯片共有14个引脚，单片集成了两个D触发器的子件。（a）实物封装图 （b）IC引脚排列图
4、 （c）子件电路符号B号子件（U1B）A号子件（U1A）任务实施步骤1：打开元件集成库工程u 执行菜单【文件】【打开工程】命令，打开项目3创建的“元件集成库.LibPkg”。u 打开“原理图库.SchLib”。任务实施步骤2：绘制74HC74集成电路的元件符号 1.绘制A号子件的元件符号 单击“工具”“新器件”画矩形600600mil，引脚长度设为200mil任务实施步骤2：绘制74HC74集成电路的元件符号 1.绘制A号子件的元件符号 1号和4号的引脚名被旋转了90 设置方式是：双击引脚，在属性对话框中 展开“Font Settings”字体设置参数栏任务实施步骤2：绘制74HC74集成电路
5、的元件符号 1.绘制A号子件的元件符号 隐藏14、7号引脚并连接到相应网络 打开“SCHLIB List”面板，在“Hidden Net Name”一栏中分别输入需要连接的网络GND和VDD。如果无法输入时，点击右键选择“Switch to Edit Mode”命令。最后勾选“Hide”选项即可隐藏引脚。12任务实施步骤2：绘制74HC74集成电路的元件符号 2.绘制B号子件的元件符号 单击【工具】【新部件】菜单命令 在元件符号库面板的器件列表中选择74HC74器件的Part A子件，在工作窗口中全部选中该子件符号，粘贴在B号子件的工作窗口中，双击引脚修改其编号。B号子件 任务实施步骤2：绘制
6、74HC74集成电路的元件符号 3.修改元件属性参数在器件列表中双击74HC74器件设置元件的默认位号为“U?”默认注释为“74HC74”描述为“双D触发器”4.元件规则检查点击“报告”“器件规则检查”点击“报告”“器件”任务实施步骤3：设计芯片座IC14的封装 1.设计IC14封装。孔径可设为35mil，焊盘70mil，外框可以通过拖拽边线到合适的大小。封装设计完成后，可添加3D模型。9101112131415168765432191011121314151687654321任务实施步骤3：设计芯片座IC14的封装 2.编译元件集成库 打开“原理图库.SchLib”文件，选中元件符号74HC
7、74，添加IC14封装。执行菜单【工程】Compile Integrated Library 元件集成库.LibPkg命令，编译库文件。执行菜单【文件】【保存全部】命令，保存创建完成的元件集成库。任务实施步骤4：利用向导创建LED5.0元件封装孔径设置为0.9mm，焊盘为孔径的2倍。选择电容元件PCB向导直插式(Through Hole)极性：有极性(Polarised)装配样式：径向(Radial)几何形状：圆形（Circle）封装名称：LED5.0脚为阳(正)极在原理图库的LED符号中添加封装LED5.0编译元件集成库任务实施步骤5：修改开关元件符号1.在原理图中放置图(c)所示的 SW-
8、PB元件，选中该元件后复制。2.打开“原理图库.SchLib”，在SCH Library面板的元件列表框中，点击右键粘贴。3.双击元件列表中的SW-PB，改库名称及注释为“SW-4PB”。4.如图(d)所示，添加3、4号引脚，引脚长度为200mil，并设置显示引脚号，不显示名称。任务实施步骤6：创建轻触开关元件的封装u 利用向导，选择封装DIP，如图所示，名为SW-P4。焊盘：垂直间距：mm，水平间距：mm，通孔直径：mm，焊盘直径：mm 外框轮廓：自行通过拖拽边线完成。内部圆形：点击编辑设置参考（点）中心，半径:mm 封装设计完成后，可添加3D模型。打开“原理图库.SchLib”文件，选中元
9、件符号SW-4PB，添加 SW-P4封装。123任务实施步骤7：编译并保存元件集成库u 执行菜单命令“文件”“保存全部”，保存创建完成的元件集成库。u 执行菜单命令“工程”“Compile Integrated Library 元件集成库.LibPkg”，编译库文件，这样在原理图编辑器的元件库面板中就可以找到这些元件了。任务4.2 自顶向下绘制流水灯层次原理图设计要求：将图示的流水灯整体电路原理图，设计为层次原理图，包含3张子图和1张顶层电路原理图，对图纸进行编号后输出PDF文件和材料清单。一、层次原理图的基本结构 层次式电路主要包括两大部分：主电路图和子电路图。其中主电路图与子电路图的关系是
10、父电路与子电路的关系，在子电路图中仍可包含下一级子电路。范例：UsersPublicDocumentsAltium AD22Examples Bluetooth Sentinel”目录，工程名为：“Bluetooth_Sentinel.PrjPcb”一、层次原理图的基本结构一、层次原理图的基本结构1.顶层原理图：Bluetooth_Sentinel.SchDoc 主电路中的每一个方块电路都对应着一个具体的子电路图。一、层次原理图的基本结构1.顶层原理图：Accelerometer方块电路一、层次原理图的基本结构2.子电路图：3-Axis_Accelerometer.SchDoc 子图与主图的连
11、接是通过方块电路中的图纸入口（Sheet Entry）与子图的端口（Port）进行连接，而子图也可以通过端口与更底层的图纸连接。一、层次原理图的基本结构3.层次原理图中的各类网络标识符u 网络标号（Net Labels）只能表示单张图纸内部的连接，在不同的图纸有相同的网络标号名不能跨越图纸连接。u 端口（Port）可用于纵向连接和横向连接。横向连接时，可以忽略多图纸结构而把工程中所有相同名字的端口连接成同一个网络；纵向连接时，需和页面符（Sheet Symbol）、图纸入口（Sheet Entry）相联系。u 图纸入口（Sheet Entry）总是垂直连接到页面符所调用的下层图纸端口，在顶层原
12、理图中是方块页面符（Sheet Symbol）与其他方块页面符或元器件相连接的端口。u 电源端口（Power Port）也叫电源对象，完全忽视工程结构，并与所有的参与连接的图纸上匹配的电源端口连接起来。一、层次原理图的基本结构4.层次原理图的切换查看u 利用项目导航树进行切换 单击导航树中的文件名或文件名前面的图标 u 利用导航按钮或菜单命令 从主方块图查看子图点击图纸入口 从子图查看主方块图点击端口 单击二、层次原理图的设计方法 层次原理图的设计方法有两种，分别是“自顶向下”和“自底向上”设计。1.“自顶向下”的设计方法是先设计总图，划分功能模块，在总图中绘制出方块页面符代表下一层电路，然后
13、再分别设计方块图代表的各个功能模块的子图，这样一层层向下设计，直到完成整个电路的设计。2.“自底向上”的设计方法是先设计各底层电路子图，然后一层层向上设计，最后由各子图导出总图，完成整个电路的设计。任务实施步骤1：新建工程和顶层原理图 1.新建PCB层次电路工程，点击菜单命令“文件”“新的”“项目”，创建一个PCB工程并命名为“流水灯层次电路工程.PrjPCB”。2.新建顶层原理图，点击菜单命令“文件”“新的”“原理图”，创建一个原理图并命名为“流水灯顶层原理图.SchDoc”。任务实施步骤2：绘制顶层原理图1.设置原理图模板及标题参数 点击菜单栏设计模板Local（本地）Load From
14、File.（来自文件），选择保存在PCB作业文件夹中的“自定义原理图模板.SchDot”在“更新模板”对话框中，选择“替代全部匹配参数”打开属性面板，修改标题为“流水灯顶层电路原理图”任务实施步骤2：绘制顶层原理图 2.放置页面符（方块电路）放置页面符任务实施步骤2：绘制顶层原理图 3.放置图纸入口（方块电路的端口）图纸入口按Tab键弹出Sheet Entry对话框：I/O 类型：端口的电气类型 Unspecified：不指定电气类型。Output：输出端口。Input：输入端口。Bidirectional：双向端口。任务实施步骤2：绘制顶层原理图 4.完成电气连接任务实施步骤3：由方块符号生
15、成底层原理图1.创建三张子电路图。单击菜单【设计】【从页面符创建图纸】命令，光标变成“十”字形状，移动鼠标到需要生成底层原理图的方块符号中，单击左键即可生成相应方块图的子图。2.将图纸模板设置为自定义原理图模板，将“Title”的参数分别修改为对应子图的电路标题名称。任务实施步骤4：振荡电路子图的元件搜索与绘制U1元件555定时器在“ST Microelectronics”（意法半导体公司）元件库任务实施步骤4：振荡电路子图的元件搜索与绘制包含有完全相等元件D:UsersPublicDocumentsAltiumAD22Library元件搜索的方法p 库面板File-based Librari
16、es Search.任务实施步骤5：绘制按键控制电路子图任务实施步骤6：绘制带总线的显示译码子原理图其中4017元件在“Fairchild Semiconductor”飞兆半导体公司元件库。总线会画吗？任务实施步骤6：绘制带总线的显示译码子原理图l 总线（Bus）是一组具有相同性质的并行线的集合，是连接各个部件的一组信号线，如数据总线、地址总线和控制总线等。l 总线和总线入口不代表电气连接，只是让图纸看起来更规范，关键是每根线上的网络标号才具备电气连接意义。总线总线入口网络标签导线总线的网络标号导线任务实施步骤7：修改元件封装信息u 单击菜单命令“工具”“封装管理器”，在弹出的“Footpri
17、nt Mannager”对话框中将所有封装按表设置正确。任务实施步骤7：验证工程并自动编号原理图u 单击菜单命令【工程】【Validate PCB Project 流水灯层次电路工程.PrjPCB】，对工程执行验证，如果有错误修改错误，再次验证直至编译成功。修改U2的1、4号引脚电气类型为Passiveu 单击菜单命令【工具】【标注】【图纸编号】u 输出原理图的PDF文件，包括材料清单任务4.3 流水灯的圆形双面PCB设计设计要求：1板框：圆形，直径70mm；2元件布局：10个LED围绕电路板边缘呈圆形排列，其余元件在内部，参考图所示；3布线规则：双面板；安全间距为0.5mm；线宽GND和VD
18、D都是0.8mm，其余走线为0.6mm；焊盘孔径为0.9mm、直径为1.8mm；金属化过孔孔径0.5mm，直径1.0mm。4输出电路板的PDF文件和制造文件。任务实施步骤1：设计圆形电路板框 PCB板框设计要求：形状与尺寸：圆形，直径70mm边框线宽：0.3mm（禁止布线层）在顶层丝印层绘制一个半径为25mm的参考圆形，线宽0.3mm。1在工程中新建PCB文件，存为“流水灯圆形电路板.PcbDoc”2设置参考原点，按下Q键切换为公制单位mm，按下快捷键G，设置栅格大小为1mm，按下快捷键L，只显示顶层和底层的信号层、丝印层、机械层、禁止布线层、多层任务实施3选择禁止布线层，右键选择禁止布线圆弧
19、（中心）命令 ，绘制圆形板框半径35mm，选中板框线，按下快捷键“DSD”，完成板框剪裁4选择禁止布线层“Mechanical1”（机械层1），点击工具栏 ，放置直径尺寸标注5选择，点击工具栏 按钮，绘制一个圆半径为25mm，线宽0.3mm步骤1：设计圆形电路板框 PCB板框设计要求：形状与尺寸：圆形，直径70mm边框线宽：0.3mm（禁止布线层）在顶层丝印层绘制一个半径为25mm的参考圆形，线宽0.3mm。任务实施步骤2：导入LED元件进行圆形排列1.从原理图中导入LED1。单击菜单命令“设计”“Import Changes From流水灯层次电路工程.PrjPCB”，只导入LED1，其余的
20、去掉2.放置、剪切LED1元件将LED1放置在图示位置右键“剪切”，选择剪切点在参考点3.点击“编辑”“特殊粘贴”选择特殊粘贴点在参考点任务实施步骤2：导入LED元件进行圆形排列4.修改LED位号的排列顺序。将LED4元件位号，改为“LED1”，并以逆时针顺序修改所有LED元件位号的排列顺序，如图示，以方便后续的布线。任务实施步骤3：复位元件ID，再次导入元件u 单击菜单命令【设计】【Import】u 在对话框中选择“Manual Component Links”手动设置元件的链接u 将LED1-LED10一一修改为对应关系，点击“执行更新”，去掉最后4个的勾选“ROOM”任务实施步骤4：元件
21、布局及修改焊盘u 按图将元件手动布局，LED与开关只显示序号，其余元件只显示注释，名字放在空白处u 修改所有的焊盘孔径为0.9mm，直径为1.8mm。R4R1R2R3任务实施步骤5：设置布线规则 执行菜单命令【设计】【规则】，打开“PCB规则及约束编辑器”对话框。u 安全间距：0.5mmu 布线线宽：VDD、GND网络0.8mm，其余ALL为0.6mm（最小值）u 布线层：双面布线u 金属化过孔（Via Style）：直径1.0mm，孔径0.5mm任务实施步骤6：手工圆弧布线与放置过孔 1手工圆弧布线u选择布线层标签“Bottom Layer”u工具栏最后一个图标，右键选择圆弧（中心）按钮u按
22、飞线指引，手工布线2双面布线放置过孔u 在交互式布线过程中，u 可按数字2键添加一个过孔；u 按L键可以切换布线层；任务实施步骤7：设计规则检查，输出文件 1.DRC规则检查。执行菜单命令【工具】【设计规则检查】，单击左下方的运行DRC按钮，生成报告，如果有错误就修改。2.输出制造文件。要参考原点在PCB的左下角：u按G键，设置栅格为1mmu点击编辑原点设置，将原点设置在左下角u输出Gerber Files和NC Drill Files制造文件任务实施步骤7：设计规则检查，输出文件3.输出PDF文件 执行菜单命令【文件】【智能PDF】,勾选“当前文件（闪烁灯电路板）”设置输出“默认PCB”和顶层线路层、底层线路层、（镜像）设置打印颜色为彩色打印打印“底层底层”+“禁止布线层禁止布线层”打印打印“正面丝印层正面丝印层”+“禁止布线层禁止布线层”选择选择“镜像镜像”打印打印“顶层顶层”+“禁止布线层禁止布线层”选择选择“镜像镜像”
