印刷电路板项目管理知识设计.docx

实验项目名称：印刷电路板的设计 实验学时：4
学生姓名： 实验地点：4-214
试验时间：2014-3-28 实验成绩：
批改老师：戴勤 批改时间：2012-4-20

实验项目4 印刷电路板的设计
一、 实验目的和要求
1、掌握通过手工方式和系统内置的向导，新元件封装的制作方法与操作步骤。
2、掌握对元件封装库进行管理的基本操作。
3、掌握由原理图生成网络表
4、理解电路板的物理边界和电气边界的区别及绘制方法，了解由向导生成电路板的过程。
5、重点掌握自动布线规则的设置及自动布线有关命令的使用，理解DRC校验的功能。
6、掌握几种手工调整布线的操作技巧，如将焊盘或元件接入到网络内的操作步骤，对导线、焊盘或字符串进行全局编辑的操作方法等。
二、实验仪器和设备
已安装Protel 99se软件的PC一台
三、实验内容
1、给出发光二极管的SCH元件，如图4.1所示。请绘制出其对应的元件封装，如图4.2所示。两个焊盘的X-Size和Y-Size都为60mil，Hole Size为30mil，阳极的焊盘为方形，编号为A，阴极的焊盘为圆形，编号为K，外形轮廓为圆形，半径为120mil，并绘出发光指示。

图4.1 发光二极管的SCH元件 图4.2 发光二极管的PCB元件
2、NPN型三极管的SCH元件，如图4.3所示，其对应元件封装选择TO-5，如图4.4所示。由于在实际焊接时，TO-5的焊盘1对应发射极，焊盘2对应基极，焊盘3对应集电极，它们之间存在引脚的极性不对应问题，请修改TO-5的焊盘编号，使它们之间的保持一致，并重命名为TO-5A。

图4.3 SCH元件 图4.4 PCB元件
3、通过封装制作导向，绘制出实验二中元件ICS512对应的封装SOP-8，如图4.5所示。焊盘的X-Size为80mil, Y-Size为24mil。第一引脚的焊盘为矩形，其余焊盘的两端为半圆形。纵向相邻焊盘之间的距离为50mil，横向相邻焊盘之间的距离为220mil。

图4.5 SOP-8封装
4、通过封装制作导向，绘制出实验二中开关DIPSW8对应的封装DIP-16，如图4.6所示。焊盘的X-Size和Y-Size均为50mil，Hole Size为30mil。第一引脚焊盘为方形，其余焊盘为圆形。纵向相邻焊盘之间的距离为100mil，横向相邻焊盘之间的距离为300mil。

图4.6 DIP-16封装
5、手工绘制二极管IN4007的封装RAD-0.2。如图4.7所示。两个焊盘的X-Size和Y-Size都为60mil，Hole Size为30mil，二极管阳极的焊盘为方形，阴极的焊盘为圆形，外形轮廓为距形，并绘出方向指示。

图4.7 二极管的封装RAD-0.2
6、使用电路板生成向导，新建一个边长为1500mil的正方形电路板，在电路板的四角开口，尺寸为100mil×100mil，无内部开口，双层板，过孔不电镀，使用针脚式元件，元件管脚间只允许一条导线穿过，最小走线宽度为10mil，走线间距15mil。所使用元件如表4.1所示。电气原理图和PCB布局如图4.8所示。操作练习内容如下：
1) 分别使用直接装载和利用设计同步器两种方法装入网络表和元件。
2) 分别使用群集式和统计式两种方法进行自动布局，并使用手工方法对布局进行调整。
3) 采用全局自动布线。
4) 在电路板上添加三个焊盘，标注为VCC、GND和CLK，并把他们连入相应的网络。
表4.1 元件一览表
元件名称
元件标号
元件所属SCH库
元件封装
元件所属PCB库
RES2
R1、R2
Miscellaneous Devices.ddb
AXIAL0.4
Advpcb.Ddb
CAP
C1
Miscellaneous Devices.ddb
RAD0.1
Advpcb.Ddb
CRYSTAL
Y1
Miscellaneous Devices.ddb
XTAL1
Advpcb.Ddb
74LS00
U1A、U1B、U1C
Protel DOS Schematic Libraries.ddb
DIP14
Advpcb.Ddb

图4.8 电气原理图和PCB布局图
7、使用电路板生成向导，新建一个边长为1800mil的正方形电路板，在电路板的四角开口，尺寸为100mil×100mil，无内部开口，双层板，过孔电镀，使用针脚式元件，元件管脚间只允许一条导线穿过，最小走线宽度为20mil，走线间距15mil。加载Advpcb.ddb元件封装库，所使用元件如表4.2所示。电气原理图和PCB布局如图4.9所示。
操作练习内容如下：
1）利用设计同步器装入网络表和元件。
2）先对集成电路555进行预布局（以555为布局的中心），再使用群集式方法进行自动布局，并使用手工方法对布局进行调整。
3）先对电阻R1进行手工预布线，然后再采用自动布线完成其它布线任务。
4）采用全局编辑，对电源和接地的走线线宽变为30mil。
表4.2 元件一览表
元件名称
元件标号
元件所属SCH库
元件封装
元件所属PCB库
RES1
R1、R2
Miscellaneous Devices.ddb
AXIAL0.3
Advpcb.Ddb
CAP
C1、C2
Miscellaneous Devices.ddb
RAD0.1
Advpcb.Ddb
UA555
U1
Protel DOS Schematic Libraries.ddb
DIP8
Advpcb.Ddb
4HEADER
JP1
Miscellaneous Devices.ddb
POWER4
Advpcb.Ddb

图4.9 电气原理图和PCB分布
8、 利用设计同步器或网络表文件，装入实验二原理图2.2的网络表和元件，绘制PCB板框，设置为板长1800mil，宽1200mil，按照电路的功能进行元件的手工布局与调整，可参照图4.10的布局。

四、实验结果与分析

五、思考题
1、 SCH元件库与PCB元件库有何区别？如何解决Protel中存在的元件引脚编号不一致的问题？
答：SCH是电子元器件的一种标识，而PCB元件库里的是电子元器件的封装，也就是电子元件的具体外观尺寸。只需修改引脚编号即可。

2、 在进行PCB设计中，装入网络表和元件发生网络宏错误时，应如何解决？
答：返回原理图修改其网络表的封装属性，然后更新网络报表。

3、 简述 Protel 99 SE提供了哪些元件布局的规则？群集式和统计式布局方式各适用于什么场合？
答：五种元件布局的规则：1、Component Clearance contraints 元件间距限制规则
2、Component orientations rule 元件布局方向规则
3、Nets to ignore 网络忽略规则
4、Permitted layers rule 允许层规则
5、Room definition Room定义规则
群集式布局适用于元件较少（少于100个）的电路，统计式布局适用于元件较多（多于100个）的电路。

4. 印刷电路板根据导电图形的层数，一般分为哪几类，各有何特点？
答：印刷电路板根据导电图形的层数，一般分为：信号层，主要用于放置与信号相关的电气元素。内层电源/接地层，主要用于布置电源和接地线。机械层，一般用于设置PCB的物理大小、数据标记、过孔、及其他信息。组焊层及锡膏防护层，主要用于防治阻焊剂。丝印层，主要用于显示元件封装轮廓和标注。

5. 原理图与电路板图中的元件有何不同？元件的封装方式分几类？
答：原理图中的元件只是画出了元件的外形，没有具体的大小，而电路板图中的元件具体描绘了元件的物理大小、数据标记、过孔及其他信息。
元件的封装分为二类：一是分立元件的封装，二是集成元件的封装。

6. 在印刷电路板中，焊盘与过孔的作用有何不同？
答：过孔就是PCB上的钻孔，通常作层间导电用，也可用于散热。焊盘就是在过孔上的盘，和插器件的焊盘一样。然而在protel等设计软件中，当放置过孔VIA时，就同时将钻孔和钻孔上的盘放置好了。

7. 绘制印刷电路板图一般包括哪些步骤？在各步中主要完成什么工作？
答：1、打开PCB编辑器后，打击工作区下方的标签KeerOutLayer,将当前工作层设置为KeepOutLayer
2、执行Place/Keepout/Track 菜单命令，光标变成“+”字，将光标移动到适当位置，按回车键或者单击，即可定下一条边界，然后，拖动鼠标，将光标移动到下一个合适位置，单击。即可确定第一条边的终点。
3、同样的方法绘制其他三条边界线。
4、边框绘制好后，右击退出该命令状态。
8. PCB编辑器的工作界面主要由哪几部分组成？
答：PCB编辑器的工作界面主要由：主界面、元件编辑器、主工具栏、绘图工具栏、元件封装管理器和状态栏与命令栏六部分组成。