印刷电路板实践—51单片机最小系统PCB设计.docx

福州大学物理与信息工程学院
印制电路板设计实践报告

专业：电子科学与技术 班级： 2班

姓名： 学号：

指导老师： 林培杰

2017年 6 月
目录
一、 设计分析 1
二、 本设计对应的毕业要求细化指标 2
三、 设计过程 3
3.1 元器件库建立 3
3.2规则设定 6
3.3布局和布线分析 8
四、心得体会 14

一、 设计分析

图1 单片机系统原理图

这是51单片机最小系统原理图，该系统采用RS232串口通信，图中还包含了LCD模块、LED模块、矩阵键盘模块、蜂鸣器模块、红外以及数码管模块，也引出了SPI的通信接口，此外又用排针将单片机大部分引脚独立引出，可以进行系统拓展，能更方便的进行各种实验。

二、 本设计对应的毕业要求细化指标
课程要求（毕业细化指标）
本设计对应的相关内容
1、要求学生能够在系统设计过程中，选择合适软、硬件开发软件平台对系统进行设计和调试；（5.2）
本PCB为51单片机最小系统设计基于Altium designer 16。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。
2、要求学生在设计过程中，通过网络查找等方式了解相关的行业设计的规范或标准，例如硬件设计规范，PCB板制作规范等；（6.1，6.3）
学习了如何进行元器件排版比如原理图设计时要整洁清晰，阅读起来一目了然，各个模块应适当分开，可使用网络连接起来。PCB设计时布线布局也要根据实际情况遵守规则。
3、要求写规范的文档，能通过书面方式表达自己的想法，就复杂工程问题与同学等进行有效的沟通与交流；（10.4）
将遇到的问题以及解决思路用书面语言表达出来，并规范的遵守电子报告各种要求，通过撰写报告可以总结自己的实践过程和收获，更可以锻炼报告撰写能力；在实践过程中碰到问题，和同学讨论，学会如何进行更好的交流，最终得到了解决。
4、通过本次设计，同学能认识不断探索和学习的必要性，具有自主学习和终生学习的意识；（12.1）
通过本次实践，我对PCB设计有了更加浓厚的兴趣，在未来，我可能会在这个领域里不断深入学习，对以后工作或许也会有诸多益处。而对于新时代的大学生来说不断提高自主学习能力是十分必要的，只有如此才能立于不败之地。

三、 设计过程
3.1 元器件库建立
1. 建立原理图库：文件àNEWàLibraryà原理图库

图2 新建原理图库

2.建立PCB库:文件àNEWàLibraryàPCB元件库

图3 新建PCB图库
3．将原理图与PCB按手册资料绘制好之后，应将二者结合起来，以后才可以使用。
步骤：在原理图库处找到 鼠标单击，然后找到刚才画好的PCB对应元件，单击即可添加，至此，一个元件的封装绘制已全部完成。
图4原理图元件外形
图5 PCB元件外形

为原理图添加封装
图6 添加封装

用同样的方法可绘制出各种所需元器件封装，而这些封装放在一个工程里，就形成了自制的封装库。

3.2规则设定
电源线50mil 其他15mil 间距20mil。
设置间距20mil:
间距设定通过点击 设计à规则à Clearance

图7设置间距

设置线宽：
点击 设计à规则à Width

图8设置线宽

3.3布局和布线分析
3.31布局如下图:
图9布局图
（2）首先，在能使功能全部完成的前提下应使布局尽量使布线能更简洁，使引线尽量短。元器件摆放要尽量整齐，方便布线。然后各个模块的相关的元件摆在一处，可以节省很多空间和引线。例如数码管应和75HC245和几个三极管放在一处。
（3）LCD与数码管最好放在边缘处，不能再旁边放置太高的器件。
(4)按键应排列整齐，且放在角落处，可用自动对齐功能。
(5)晶振应放在51芯片管脚的旁边。
(6)对应器件的电容应放在对应的器件引脚旁。

3.32布线：
图10布线图
（1） 布线要注意的首先是电源线，电源关乎系统全局，系统有很多模块，但电源只有一个因此电源线至关重要。一般说来，电源线应尽量粗，特别是地线，这里要求50mil
(2) 信号线应尽避免使用 90度折线，以减小高频信号以电磁波的方式发生辐射。
（3）时钟线路的布线，使参考时钟输出到达器件引脚的路线要尽量短。
（4） 信号线避免形成环路，如不可避免，环路应尽量小；信号线的过孔要尽量少，尽量布在同一层。
（5）覆铜时应将GND连为网络，加大地面积两层之间可额外多加加一些对地的过孔，减小阻抗。

（6）添加泪滴可以让电路在PCB板上的连接更加稳固，可靠性高，这样做出来的系统才会更稳定，所以在电路板中添加泪滴是很有必要的。

最终结果图：
图11顶层图

图12底层图

图13第一层

图14第二层
图15第三层
图16第四层
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四、心得体会
通过本次实践，在动手能力和自主学习、独立解决问题能力方面收获颇丰。虽然早在大一的时候我便接触了该软件，中间也经常在使用这款软件在实验室里做一些电路板，但是从未画过如此规模的电路，虽然对软件很熟悉，但其实挑战也不小。以前做的电路都是一些小模块，而此次做的则是一个小系统，既然是系统，那考虑的问题就要多很多了，比如元器件之间的布局是否合理，而小模块的元器件只有那么几个，怎样摆都不会出太大问题。
而通过此次实践我也对PCB设计有了更加浓厚的兴趣，希望在毕业前能设计出一个让自己满意的小系统。这个暑假也计划留在学校准备参加全国大学生电子设计大赛，在这方面也是需要加强训练的。