单片机流水灯的设计与制作.pptx
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1、任务任务3.1 单片机流水灯的原理图单片机流水灯的原理图单单片片机机流流水水灯灯电电路路原原理理图图如如图图3-1所所示示,电电路路由由电电源源模模块块电电路路、单单片片机机控控制制模模块块电电路路和和发发光光二二极极管管显显示示模模块块电电路路构构成成,通通过过对对单单片片机机进进行行编编程程就就可可控控制制流流水水灯灯。单单片片机机流流水水灯灯控控制制电电路路所需元件属性如表所需元件属性如表3-1所示。所示。图3-1 单片机流水灯电路原理图表3-1 单片机流水灯元件属性表3.1.1 网络标号的使用网络标号的使用如图如图3-2所示,执行菜单命令所示,执行菜单命令“PlaceNet Label
2、”(或者单击布线工具栏上的按钮),(或者单击布线工具栏上的按钮),即可开始放置网络标号。此时鼠标光标会带有一个网络标号名称的虚线框,光标所指即可开始放置网络标号。此时鼠标光标会带有一个网络标号名称的虚线框,光标所指位置为网络标号的参考点,通过使用鼠标左键单击引脚的末端或与引脚相连的导线,位置为网络标号的参考点,通过使用鼠标左键单击引脚的末端或与引脚相连的导线,即可将该网络标号与该引脚关联起来。按即可将该网络标号与该引脚关联起来。按Tab键,可以打开如图键,可以打开如图3-3所示的网络标号属所示的网络标号属性设置页面,在性设置页面,在Net一栏中可以修改网络标号的名称,也可以用鼠标左键单击向下的
3、箭一栏中可以修改网络标号的名称,也可以用鼠标左键单击向下的箭头打开下拉列表选择已有的网络,如图头打开下拉列表选择已有的网络,如图3-4所示。所示。图3-2 网络标号选择菜单命令 图3-3 网络标号属性设置页面 图3-4 网络标号选择页面与具有相同名称的网络标号相关联的引脚或导线在电气上是连与具有相同名称的网络标号相关联的引脚或导线在电气上是连接在一起的,因此将名称相同的网络标号放置到总线两端对应接在一起的,因此将名称相同的网络标号放置到总线两端对应引脚的入口处,即可赋予总线连接方式的电气连接特性,如图引脚的入口处,即可赋予总线连接方式的电气连接特性,如图3-5所示。所示。网络标号图3-5 网络
4、标号示意图有相同名称的网络标号标识的导线或引脚在电气上都是相连的,有相同名称的网络标号标识的导线或引脚在电气上都是相连的,并不局限于总线连接方式,因此在连线复杂或连线比较困难的并不局限于总线连接方式,因此在连线复杂或连线比较困难的地方都可以使用,从而简化电路连接。用网络标号标识导线连地方都可以使用,从而简化电路连接。用网络标号标识导线连接如图接如图3-6所示,用网络标号简化电路连接如图所示,用网络标号简化电路连接如图3-7所示。所示。图3-6 网络标号标识导线连接 图3-7 网络标号简化电路 1.元件自动编号操作元件自动编号操作 以如图以如图3-8所示的电阻阵列(所有电阻均为所示的电阻阵列(所
5、有电阻均为“R?”)的自动编)的自动编号为例。执行菜单命令号为例。执行菜单命令“ToolsAnnotate”,如图,如图3-9所示,所示,此时会打开如图此时会打开如图3-10所示的自动编号设置对话框,即可对原理所示的自动编号设置对话框,即可对原理图中的元件进行自动编号。图中的元件进行自动编号。3.1.2 元件的自动编号元件的自动编号图3-8 电阻阵列 图3-9 元件自动编号菜单命令 图3-10 自动编号设置对话框 通过对图通过对图3-10所示对话框的选项进行设置,可以实现多种形式的自动编号。所示对话框的选项进行设置,可以实现多种形式的自动编号。(1)单击)单击Annotate Options(
6、重新编号范围重新编号范围)下拉按钮,选择参与重新编号的下拉按钮,选择参与重新编号的元件,其中:元件,其中:(2)必要时,单击)必要时,单击“Group Parts Together If Match By”(满足下列条件的元满足下列条件的元件组件组)选择框内相应的选项,将满足特定条件的元件组视为同一元件。例如,选择框内相应的选项,将满足特定条件的元件组视为同一元件。例如,当选择当选择“Part Type”选项时,则集成电路芯片中的各单元电路(复合元件)选项时,则集成电路芯片中的各单元电路(复合元件)被视为同一器件,并用被视为同一器件,并用U1A、U1B、U1C等作为这类器件的编号。等作为这类器
7、件的编号。单击单击OK按钮就可以实现元器件的自动编号。自动编号后的电阻阵列如图按钮就可以实现元器件的自动编号。自动编号后的电阻阵列如图3-11所示(所有电阻所示(所有电阻“R?”中的中的“?”自动排列为数字编号自动排列为数字编号“18”)。)。图3-11 电阻阵列自动编号图2.以核心元件为中心的自动编号以核心元件为中心的自动编号 如果需要对如图如果需要对如图3-1所示的电路模块中的元件编号进行修改,希望使电阻、所示的电路模块中的元件编号进行修改,希望使电阻、电容、发光二极管等分立元件的编号以核心元件电容、发光二极管等分立元件的编号以核心元件U2为基准进行编号,即将其为基准进行编号,即将其编号修
8、改为编号修改为“R2XX”、“D2XX”等样式的形式,这样当看到编号以等样式的形式,这样当看到编号以“2”开头开头的的元件时即能够很快地知道它是在元件时即能够很快地知道它是在U2周围的元件,从而极大地方便了对元件的周围的元件,从而极大地方便了对元件的管理。管理。以电阻元件为例具体操作方法如下:以电阻元件为例具体操作方法如下:(1)用鼠标左键双击一个电阻元件,打开其属性对话框。)用鼠标左键双击一个电阻元件,打开其属性对话框。(2)单击右下角的)单击右下角的Global按钮,打开全局编辑对话框,如图按钮,打开全局编辑对话框,如图3-12所示。所示。在在Attributes To Match By(
9、匹配属性)选项组的(匹配属性)选项组的Lib Ref文本框中输入文本框中输入“RES2”,同时将,同时将Selection选项选为选项选为Same,表示对所有选中的,表示对所有选中的Lib Ref为为RES2的电阻元件进行修改,然后在的电阻元件进行修改,然后在Copy Attributes(复制属性)选项组中(复制属性)选项组中将将Designator改为改为“R20?”,表示电阻元件的编号都以,表示电阻元件的编号都以“20”开头,单击开头,单击OK按钮,弹出如图按钮,弹出如图3-13所示的确认对话框,单击所示的确认对话框,单击Yes按钮确认,则所有电按钮确认,则所有电阻的编号都变成了阻的编号
10、都变成了“R20?”。图3-12 全局编辑对话框图3-13 自动编号确认对话框(3)执行菜单命令)执行菜单命令“ToolsAnnotate”,所有所有“R20?”中的中的“?”由自动编号功能进行设置。这样电阻阵列的编号就变成由自动编号功能进行设置。这样电阻阵列的编号就变成了了“R201R208”,如图,如图3-14所示。所示。图3-14 调整后的电阻阵列自动编号(4)对电容元件和发光二极管等元件也可以做类似的调整,调)对电容元件和发光二极管等元件也可以做类似的调整,调整后的电路如图整后的电路如图3-15所示。所示。图3-15 调整后的发光二极管自动编号任务任务3.2 单片机流水灯的单片机流水灯
11、的PCB设计设计印制电路板设计流程如图印制电路板设计流程如图3-16所示。所示。3.2.1 准备工作准备工作绘制电路图规划电路板设置参数装入网络表及元件库封装元件的布局自动布线手工调整文件保存及输出图3-16 印制电路板设计流程图印制电路板设计步骤的具体要求:印制电路板设计步骤的具体要求:1)绘制电路图,主要是原理图和网络表。)绘制电路图,主要是原理图和网络表。2)规划电路板大小尺寸、层数、元件封装等。)规划电路板大小尺寸、层数、元件封装等。3)设置元件布置参数、层参数、布线参数等。)设置元件布置参数、层参数、布线参数等。4)装载元件封装库和网络表。)装载元件封装库和网络表。5)可以先自动,后
12、手动。)可以先自动,后手动。6)一般选择自动布线。)一般选择自动布线。7)后期一些不满意的地方可以稍做调整。)后期一些不满意的地方可以稍做调整。8)打印输出。)打印输出。本任务主要讲述单片机流水灯的本任务主要讲述单片机流水灯的PCB设计,在设计印刷电路板设计,在设计印刷电路板(PCB)前,要进行一些前期准备工作。)前,要进行一些前期准备工作。(1)建立文件)建立文件“单片机流水灯单片机流水灯.PCB”。对原理图文件对原理图文件“单片机流水灯单片机流水灯.SCH”文件进行电气规则检查,可文件进行电气规则检查,可执行菜单命令执行菜单命令“ToolsERC”,查看错误信息并修改原理图,直,查看错误信
13、息并修改原理图,直至正确为止。至正确为止。(2)新建)新建PCB库,设库名为库,设库名为“Mypcb.Lib”。在该库中自制以下。在该库中自制以下元件封装:元件封装:自制复位按钮的封装自制复位按钮的封装SW-PB,焊盘间距尺寸为,焊盘间距尺寸为7.5mm 4.4mm,如图,如图3-17所示。所示。图3-17 按钮开关实物图、元件图与封装图自制发光二极管的封装自制发光二极管的封装LED,如图,如图3-18所示。所示。图3-18 发光二极管封装图(3)根据表)根据表3-1中的元件封装,重新设置好各元件的封装名称。中的元件封装,重新设置好各元件的封装名称。(4)在原理图编辑器下,选择菜单命令)在原理
14、图编辑器下,选择菜单命令“DesignCreate Netlist”,用来生成,用来生成网络表文件,命名为网络表文件,命名为“单片机流水灯单片机流水灯.Net”。依据电路原理图而生成的网络表,是。依据电路原理图而生成的网络表,是实现印刷电路板自动布局和自动布线的基础。实现印刷电路板自动布局和自动布线的基础。3.2.2 设计设计PCB时应考虑的因素时应考虑的因素1.印制电路板的结构印制电路板的结构(1)单面板:电路板一面敷铜,另一面没有敷铜,敷铜的一)单面板:电路板一面敷铜,另一面没有敷铜,敷铜的一面用来布线及焊接,另一面放置元件。单面板成本低,但只面用来布线及焊接,另一面放置元件。单面板成本低
15、,但只适用于比较简单的电路设计。适用于比较简单的电路设计。(2)双面板:电路板的两面都敷铜,所以两面都可以布线和)双面板:电路板的两面都敷铜,所以两面都可以布线和放置元件,顶面和底面之间的电气连接是靠过孔实现的。由放置元件,顶面和底面之间的电气连接是靠过孔实现的。由于两面都可以布线,所以双面板适合设计比较复杂的电路,于两面都可以布线,所以双面板适合设计比较复杂的电路,应用也最为广泛。应用也最为广泛。(3)多层板:不但可以在电路板的顶层和底层布线,还可以)多层板:不但可以在电路板的顶层和底层布线,还可以在顶层和底层之间设置多个可以布线的中间工作层面。用多在顶层和底层之间设置多个可以布线的中间工作
16、层面。用多层板可以设计更加复杂的电路。层板可以设计更加复杂的电路。2.规划电路板规划电路板在绘制电路板之前,用户要对线路板有一个初步的规划,比如在绘制电路板之前,用户要对线路板有一个初步的规划,比如说电路板采用多大的物理尺寸,采用几层电路板,是单层板还是说电路板采用多大的物理尺寸,采用几层电路板,是单层板还是双层板,各元件采用何种封装形式及安装位置等。这是一项极其双层板,各元件采用何种封装形式及安装位置等。这是一项极其重要的工作,是确定线路板设计的框架。重要的工作,是确定线路板设计的框架。对于要设计的电子产品,需要设计人员首先确定其电路板的尺对于要设计的电子产品,需要设计人员首先确定其电路板的
17、尺寸。因此首先的工作就是电路板的规划,也就是说电路板物理边寸。因此首先的工作就是电路板的规划,也就是说电路板物理边界的确定,并且确定电路板的电气边界。界的确定,并且确定电路板的电气边界。在执行在执行PCB布局处理前,必须创建一个布局处理前,必须创建一个PCB板的电气边界。板的电气边界。电电气边界规定了涉及元件的生成和气边界规定了涉及元件的生成和PCB板的跟踪路径轮廓,板的跟踪路径轮廓,PCB板板的布局将在这个轮廓中进行,规划的布局将在这个轮廓中进行,规划PCB板边界有两种方法:一种板边界有两种方法:一种是手动设计规划电路板和电气定义,另一种方法是利用是手动设计规划电路板和电气定义,另一种方法是
18、利用Protel的的向导(见项目向导(见项目2)。)。3.手动规划电路板手动规划电路板元件布置和路径安排的外层限制一般由元件布置和路径安排的外层限制一般由Keep OutLayer中放置的中放置的轨迹线或圆弧所确定,这也就确定了板的电气轮廓。一般的这轨迹线或圆弧所确定,这也就确定了板的电气轮廓。一般的这个外层轮廓边界就是与板的物理边界相同,设置这个电路板边个外层轮廓边界就是与板的物理边界相同,设置这个电路板边界时,必须确保轨迹线和元件不会距离边界太近。界时,必须确保轨迹线和元件不会距离边界太近。电路板规划并定义电气边界的一般步骤如下:电路板规划并定义电气边界的一般步骤如下:(1)单击编辑区下方
19、的电路板层切换界面标签)单击编辑区下方的电路板层切换界面标签Keep OutLayer,即可将该层设置为,即可将该层设置为Keep OutLayer,如图,如图3-19所示。该层为所示。该层为禁止布线层,一般用于设置电路板的板边界,将元件限制这个禁止布线层,一般用于设置电路板的板边界,将元件限制这个范围内。范围内。图图3-19 电路板层切换界面电路板层切换界面(2)执行菜单命令)执行菜单命令“PlaceKeepout/Track”或单击或单击Placement Tools工具栏中的按钮。工具栏中的按钮。(3)执行命令后,光标会变成十字。将光标移动到初始原点的)执行命令后,光标会变成十字。将光标
20、移动到初始原点的位置,单击鼠标左键,即可确定第一条板边的起点。然后拖动位置,单击鼠标左键,即可确定第一条板边的起点。然后拖动鼠标,将光标移到合适位置,单击鼠标左键,即可确定第一条鼠标,将光标移到合适位置,单击鼠标左键,即可确定第一条板边的终点。用户在该命令下,按板边的终点。用户在该命令下,按Tab键,可进入键,可进入Line Constraints属性对话框如图属性对话框如图3-20所示,此时可以设置板边的所示,此时可以设置板边的线宽和层面。线宽和层面。图图3-20 Line Constraints属性对话框属性对话框(4)如果用户已经绘制了封闭的)如果用户已经绘制了封闭的PCB板的限制区域,
21、则使用鼠板的限制区域,则使用鼠标双击区域的板边,系统将会弹出标双击区域的板边,系统将会弹出Track属性对话框如图属性对话框如图3-21所示,在该对话框中可以很精确地进行定位,并且可以设置工所示,在该对话框中可以很精确地进行定位,并且可以设置工作层和线宽。作层和线宽。如图3-21 Track属性对话框(5)用同样的方法绘制其他三条板边,并对各边进行精确编辑,)用同样的方法绘制其他三条板边,并对各边进行精确编辑,使之首尾相接如图使之首尾相接如图3-22所示。所示。图3-22 电路板边界规划4.元件封装库的装入元件封装库的装入电路板规划好后,接下来的任务就是装入网络表和元件封装。在电路板规划好后,
22、接下来的任务就是装入网络表和元件封装。在装入网络表和元件封装之前,必须装入所需的元件封装库。如装入网络表和元件封装之前,必须装入所需的元件封装库。如果没有装入所需的元件封装库,在装入网络表及元件的过程中果没有装入所需的元件封装库,在装入网络表及元件的过程中程序会提示找不到元件封装,从而导致装入过程出错而失败。程序会提示找不到元件封装,从而导致装入过程出错而失败。装入元件封装库的基本步骤如下:装入元件封装库的基本步骤如下:(1)执行菜单命令)执行菜单命令“DesignAdd/Remove Library”,系统弹出,系统弹出添加添加/删除元件库对话框如图删除元件库对话框如图3-23所示。在该对话
23、框中,找出所示。在该对话框中,找出原理图中的所有元件所对应的元件封装库。选中这些库,单击原理图中的所有元件所对应的元件封装库。选中这些库,单击Add,即可添加这些元件库,制作,即可添加这些元件库,制作PCB时常用的封装库有:时常用的封装库有:Advpcb.ddb、DctoDc.ddb、General.ddb等。等。(2)添加完所有需要的元件封装库,单击)添加完所有需要的元件封装库,单击OK按钮。按钮。图2-23添加PCB库文件3.2.3 网络表与元件的装入网络表与元件的装入如果用户是第一次装入网络表文件,网络宏是为整个网络表文件如果用户是第一次装入网络表文件,网络宏是为整个网络表文件生成的。如
24、果用户不是首次装入网络表文件,而是在原有网络生成的。如果用户不是首次装入网络表文件,而是在原有网络表的基础上进行的修改、添加,则网络宏仅是针对修改、添加表的基础上进行的修改、添加,则网络宏仅是针对修改、添加的那一部分设计而言的。用户可以通过修改、添加或删除网络的那一部分设计而言的。用户可以通过修改、添加或删除网络宏来更改原先的设计。宏来更改原先的设计。如果确定所需的元件封装库已经装入程序,那么用户就可以按照如果确定所需的元件封装库已经装入程序,那么用户就可以按照下面的步骤将网络表与元件载入。下面的步骤将网络表与元件载入。(1)执行菜单命令)执行菜单命令“DesignLoad Nets”,弹出如
25、图,弹出如图3-24所示所示对话框。对话框。图3-24 装入网络表对话框装入元件库后就可以导入网络表了。当载入网络表并执行宏指令后,这些元件及网络装入元件库后就可以导入网络表了。当载入网络表并执行宏指令后,这些元件及网络将放入工作区,成为内部的图件,从而受内部网络编辑器的管理。另外,在工作区里将放入工作区,成为内部的图件,从而受内部网络编辑器的管理。另外,在工作区里自行放置的元件,其中并没有网络定义的,也可以利用内部网络编辑器为它们挂上网自行放置的元件,其中并没有网络定义的,也可以利用内部网络编辑器为它们挂上网络。络。(2)单击Browse查找网络表的位置。选择网络表及文件对话框如图3-25所
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