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1、大 型 作 业 任 务 书一、设计题目：多路抢答器二、设计要求：1.按照PCB板设计的方法步骤（元件设计、原理图设计、PCB图设计、3D效果）设计给定题目对应的PCB板，并编写相应文档。2.在Altium Designer 6中完成原理图及PCB板的创建，并编写要完成所需功能（元件的设计、封装和放置以及PCB板的布线等），要求设计的PCB板和所给的实物在外观上类似，功能上一样。3.把以上两步整理编写出大型作业设计说明书，大型作业设计说明书的格式为：封面、大型作业任务书、摘要、前言、目录、正文、总结、参考资料。字数不少于5000字，页数不少于15页。班级：计控、班姓名：、学号：、指导教师：、20
2、10年12月09日摘要随着科学技术的飞速发展和我们试着揭开电子信息领域的面纱，本文论述了电子信息领域多路抢答器基本原理与功能，利用电路之间的性能，开关的性能来实现设计任务的目标，电子设备更新换代速度之快是其他行业不能比拟的，每次的升级都带来了巨大的商机和市场的繁荣及消费者的愉悦，这些都离不开电子技术的支持，为适应高校等多代表队单位活动的需要设计的一个多路抢答器，并说明了调试中出现的问题及解决方法。高校是个院系、部门较多的单位，且学校的活动也多，而抢答器的活动精彩而又有趣，市面上8路以上的抢答器很少且价格昂贵，4路的抢答器至少要800元以上。我们在实习期间自己动手制作一个4路抢答器，这样既节约了
3、成本又培养了我们的动手能力！同时，又引发了我们对电子产品的兴趣。 前言电路设计自动化（Electronic Design Automation,EDA）技术，是将电路设计中各种工作交由计算机来协助完成，是在电子计算机辅助设计 （Computer Aided Test , CAD）技术基础上发展起来的计算机设计技术。它集计算机、电子、信息和计算机辅助制造（ Computer Aided Manufacturing ,CAM）、计算机辅助测试（Computer Aided Test,CAT）等技术于一体，不仅具有强大的设计能力，而且具有测试、分析及管理的功能。它改变了以往采用定量计算和电路实验为基
4、础的传统设计方式，使电子电路的分析与设计方法发生了重大改革。Protel系列软件已拥有大量的用户群，它已成为电路设计者必备的基础工具之一。Altium Designer6.x是Altium公司最新一代的板级电路设计系统，除了全面继承包括Protel99SE、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。它将原理图绘制、电路仿真、集成化印制电路板（Printde Circuit Board ，PCB）设计、设计规则检查、文档报表输出、可编程器件及逻辑器件设计等完美融合，为用户提供了全面的设计解决方案，是电子线路设计者首选的EDA设计软件。本项目将依据设计
5、流程，通过PCB的规划、网络表的载入、元器件的布局、布线规则的设置、自动布线以及手工布线等操作，掌握PCB设计中常用操作和技巧。目录第一章 多路抢答器需求分析11.1多路抢答器所需元器件11.2其它元件器说明2第二章 多路抢答器原理图分析32.1认识元件32.2完成原理图5第三章 多路抢答器PCB设计153.1创建PCB文件153.2完成PCB图20第四章 总结25第五章 参考文献26第一章 多路抢答器需求分析本章主要对多路抢答器所需元件做出列举，并对其它注意的问题加以说明。1.1多路抢答器所需元器件 分析多路抢答器后先却确定元器件，现列表如下：表1-1多路抢答器所需元器件清单元件在图中标号元
6、件图形样本名所在元件库元件类型或标示值元件封装R1RES2Miscellaneous Devices.IntLib1KAXIAL0.4R2RES2Miscellaneous Devices.IntLib1KAXIAL0.4C1CapMiscellaneous Devices.IntLib1pFRAD0.3D1Diode BAT18Miscellaneous Devices.IntLibBAT18SOT-23D2Diode BAT18Miscellaneous Devices.IntLibBAT18SOT-23D3Diode BAT18Miscellaneous Devices.IntLibBA
7、T18SOT-23D4Diode BAT18Miscellaneous Devices.IntLibBAT18SOT-23LED1LED1Miscellaneous Devices.IntLibLED1LED-1LED2LED1Miscellaneous Devices.IntLibLED1LED-1LED3LED1Miscellaneous Devices.IntLibLED1LED-1LED4LED1Miscellaneous Devices.IntLibLED1LED-1LED5LED1Miscellaneous Devices.IntLibLED1LED-1LED6LED1Miscel
8、laneous Devices.IntLibLED1LED-1VD1SCRMiscellaneous Devices.IntLibSCRTO-220-ABVD2SCRMiscellaneous Devices.IntLibSCRTO-220-ABVD3SCRMiscellaneous Devices.IntLibSCRTO-220-ABVD4SCRMiscellaneous Devices.IntLibSCRTO-220-ABSSW-SPSTMiscellaneous Devices.IntLibSPST-2K1SW-PBMiscellaneous Devices.IntLibSPST-2K2
9、SW-PBMiscellaneous Devices.IntLibSPST-2K3SW-PBMiscellaneous Devices.IntLibSPST-2K4SW-PBMiscellaneous Devices.IntLibSPST-2U1NE555PTexas Instrument.IntLibP008P008FEBELLMiscellaneous Devices.IntLibPIN2PIN21.2其它元件器说明1、多路抢答器还需要外加电源2、注意表1-1中元器件名的含义，否则就会使之后的编译出现问题第二章 多路抢答器原理图分析原理图设计是整个电路设计的基础，它决定了后面工作的进展，为
10、印制电路板的设计提供元件、连线依据。只有正确的原理图才有可能生成一张具备指定功能的PCB板。一般地说，绘制一个原理图的工作包括：设置图纸大小，规划总体布局，在图纸上放置元件，进行布线，对各元件以及布线进调整，然后进行电气检查，最后保存并打印输出。2.1认识元件认识多路抢答器的各个元器件是制作多路抢答器的前提，元器件包括电阻、二极管、发光二极管、单刀开关、晶闸管、电容、NE555P芯片、喇叭、等元器件。下面是其所用到的元器件图2.1.1 图2.1.1.a 图2.1.1.b 图2.1.1.c 图2.1.1.d 图2.1.1.e 图2.1.1.f 图2.1.1.g 图2.1.1.h图2.1.1 2.
11、2完成原理图原理图设计的一般步骤 启动原理图编辑器 设置图纸大小以及版面 放置元件 布局布线 对布局布线后的元件进行调整 电气检查 保存文档和报表输出1. 创建PCB项目文件1）启动Altium Designer 6，执行FileNewProjectPCB Project，创建PCB项目文件，命名为“多路抢答器”，并保存。如图2.2.1所示。图2.2.1多路抢答器PCB项目文件2创建原理图设计文件在多路抢答器PCB项目文件下执行FileNewSchematic，创建原理图文件，命名为“多路抢答器”，并保存。如图2.2.2所示。图2.2.2 多路抢答器.SCHDOC原理图编辑平面3设置图样参数在
12、原理图设计窗口单击右键，屏幕上出现如图2.2.3所示的快捷菜单，单击“Option”中的下拉菜单选项“Document Option”，弹出图2.2.4所示的“Document Options”对话框。在“Standard ”栏选择右边的选项，选择图样幅面“A4”，然后单击对话框下部的“OK”按钮，图样幅面设置完毕。图2.2.3设置图样的快捷菜单命令图2.2.4 Document Options对话框3载入元件库“多路抢答器”电路原理图中所使用的元件，如表1-1 所示。从表1-1可见，所画原理图中的元件可在Miscellaneous Devices.IntLib、Texas Instrumen
13、t.IntLib二个元件库中找到。用鼠标左键单击编辑平面元器件库管理器面板中的 “Libraries” 命令，如图2.2.5所示。在弹出的对话框中就可以添加我们所需要的二个元件库。装载元件库后单击图2.2.6下面的“Close”按钮，第二个元器件库即装载完毕。 图2.2.5 元件库管理器图 图2.2.6 Available Libraries对话框 4. 放置元件通过工具栏向原理图编辑平面放置元件。单击“Wiring” 工具栏内的放置元件按钮，会出现如图2.2.7所示 “Place Part”对话框。依次将所需元器件放置在原理图平面。图2.2.7放置元件对话框放置元件的方法很多，也可在菜单栏单
14、击“PlacePart”；还可以在原理图设计画面上单击鼠标右键，在出现的快捷菜单中选择“Place Part”命令，也会出现如图2.2.7同样的对话框。如果使用元件库管理器放置元件，则先要选取元件库，然后在选中的元件库中选取元件，双击选中元件名称，即可将选中的元件放入原理图编辑平面。5. 编辑元件属性放置到原理图上的元件，还可以对它们的有关属性进行编辑，编辑的方法是：双击要编辑的元件符号，会弹出元件属性“Component Properties”对话框，如图2.2.8所示。图2.2.8 Component Properties对话框我们可以按有关选项定义对每个元件进行编辑，例如对电阻R1的编辑
15、方法为：“Designator”栏填写“R1” ；“Library Ref”栏填写“RES2”；“Footprint”栏可填写“AXIA-L0.4”； “Value”栏填写“1K”等。其他元件也以类似方法填写。6. 放置电源和接地符号下面以放置接地Power为例加以说明，单击Wiring工具栏的图标，光标变为十字状，按下Tab键，在弹出的“Power Port”对话框中设置名称为“GND”，移动光标拖动接地符号到图样上适当位置，单击左键将“GND”位置固定。用同样的方法可以放置其他电源和接地符号。放置好元件和电源并进行位置调整后的电路原理图，如图2.2.9所示。图2.2.9放置元件和电源的电路
16、原理图7放置连线和节点所有元件放置编辑完毕，可利用移动和旋转功能对元件位置作进一步调整。现在可以开始连线了，选择连线工具栏中的，光标变为十字状，将光标移到所画连线的元件引脚，当光标接近元件引脚时，则会在引脚处出现一个红“”，这时可单击左键确定连线的起始点，接着按所画连线方向移动鼠标到另一元件的引脚，若连线中间有转折，则在转折位置单击左键，然后按所画连线转折方向继续移动鼠标，待移到连线终点的元件引脚处时，单击左键，结束本条连线。这时光标仍处于十字状，可以开始下一条线的连接。依此操作直至完成所有连线的连接。最后按右键取消光标的十字形状，结束连线操作，回到待命状态。需要指出的是，若在“Prefere
17、nces”对话框中选中了“Auto-Junction”选项，线路中的节点在连线过程中，会在连线的T字交叉处自动加入，而在连线的十字交叉处不会自动加入。要想在连线的T字口交叉处去掉节点，只要用鼠标左键单击该节点（节点周围会出现虚框），然后按Del键即可；如果要在连线的十字交叉处加入节点，单击菜单命令PlaceJunction，光标变为十字状，十字中间有一个小圆点，移动鼠标将十字移动到合适交点处，单击左键即可。另外应注意连线过程中不要与元件引脚交叉，否则会生成多余的节点。9.放置文字放置“多路抢答器”字符，可单击“Drawing”工具栏中的A按钮，光标变成十字状，并在其右上角有一个虚框，这时再按下
18、Tab键，屏幕出现图2.2.10所示的文字编辑对话框，可在对话框“Text”栏中填入文字“多路抢答器”，通过编辑文字对话框“Font”栏中“Change”可以改变编辑文字的字体和大小。将光标移到合适的位置单击左键，完成文字放置，然后单击右键退出放置图形状态。绘制完毕的原理图如图2.2.11所示。 若要填写标题栏，可用以上编辑文字的方法进行填写，这里从略。至此原理图绘制完毕。在原理图绘制过程中和绘制完毕后，注意及时存盘，方法是单击工具栏中的存盘图标或执行菜单命令FileSave。图2.2.10文字编辑对话框图2.2.11绘制完毕的“多路抢答器”原理图8 原理图编译与电气规则检查报表生成及输出(1
19、) 打开需要编译的项目，然后执行菜单命令ProjectCompile PCB Project。(2) 当项目被编译时，任何已经启动的错误均将显示在设计窗口的Messages面板中。被编辑的文件与同级的文件、元件和列出的网络以及一个能浏览的连接模型一起显示在Compiled面板中，并且以列表方式显示。如果电路绘制正确，Messages面板应该是空白的。如果报告给出错误，则需要检查电路并确认所有的导线连接是否正确，并加以修正。如图2-86所示即为一个项目的编译检查结果。（3）.产生元件报表通过执行菜单命令ReportsBill of Material，可对当前窗口中的元件产生元件报表，系统会自动打
20、开文本编辑器来显示其内容。此章的完成是生成PCB图的基础。第三章 多路抢答器PCB设计Altium Designer 6最强大的功能就体现在印制电路板的设计上，本章将依据PCB的设计流程，通过实例详细介绍了PCB板的规划、网络表的载入、元器件的布局、布线规则的设置、自动布线以及手工布线等操作，使读者完全掌握PCB设计中的常用操作和技巧。3.1创建PCB文件1. 利用向导生成Altium Designer 6提供了PCB板文件向导生成工具，通过这个图形化的向导工具，可以使复杂的电路板设置工作变得简单。下面具体介绍其操作步骤。（1）启动Altium Designer 6，点击工作区底部的【File
21、】按钮，弹出如图3.1.1所示的“Files”工作面板。点击【Files】工作面板中“New from template”选项下的“PCB Board Wizard”选项，启动“Altium Designer New Board Wizard（PCB板设计向导）”，如图3.1.2所示。 图3.1.1 Files面板 图3.1.2 启动PCB向导（2）单击【Next】按钮进行下一步，将会弹出如图3.1.3所示“Choose Board Units（选择度量单位）”对话框，默认的度量单位为Imperial（英制），也可以选择Metric（公制），二者的换算关系为：1inch=25.4mm。本例选择
22、Metric。（3）单击【Next】按钮，将会弹出如图3.1.4所示“Choose Board Profiles（选择PCB板类型）”对话框。在对话框中给出了多种工业标准板的轮廓或尺寸，根据设计的需要选择。本例选择“Custom（自定义电路板的轮廓和尺寸）”。图3.1.3 度量单位对话框 图3.1.4 电路板轮廓选择对话框（4）单击【Next】按钮，将会弹出如图.3.1.5所示“Choose Board Details（选择板参数）”设置对话框。Outline Shape确定PCB的形状，有矩形(Rectangular)、圆形(Circular)和自定义形三种。Board Size定义PCB的
23、尺寸，在Width和Height栏中键入尺寸即可。本例定义PCB尺寸为50mm30mm的矩形电路板。图.3.1.5自定义电路板选项 图3.1.6 电路板层数设置对话框（5）单击【Next】按钮，将会弹出“Choose Board Layers（选择层数）”设置对话框，如图3.1.6所示。设置信号层(Signal Layers)数和电源层(Power Planes)数。本例设置了两个信号层，不需要电源层。（6）单击【Next】按钮，将会弹出如图3.1.7所示“Choose Via Style（选择过孔类型）”对话框。有两种类型选择，即穿透式导孔(Thruhole Vias)、盲导孔和隐藏导孔(B
24、lind and Buried Vias)。如果是双面板则选择穿透式导孔。本例选择Thruhole Vias。（7）单击【Next】按钮，将会弹出如图.3.1.8所示“Choose Component and Routing Technologies（PCB板元件类型及布线策略）”设置对话框。该对话框包括两项设置：电路板中使用的元件是表面安装元件(Surface-mount components)还是穿孔式安装元件(Through-Hole components)。PCB中使用的是穿孔式安装元件，如图3.1.9所示，则要设置相邻焊盘之间的导线数。选择“Through-hole componen
25、ts”选项，相邻焊盘之间的导线数设为“Two Track”。图3.1.7 导孔类型选择对话框图 3.1.8 设置元件和布线技术对话框（8）单击【Next】按钮，将会弹出如图3.1.10所示“Choose Default Track and Via sizes（默认导线和过孔尺寸）”设置对话框。主要设置导线的最小宽度、导孔的尺寸和导线之间的安全距离等参数。鼠标左键单击要修改的参数位置即可进行修改。图3.1.9 设置元件和布线技术对话框图3.1.10 导线、过孔尺寸设置对话框（9）单击【Next】按钮，将会弹出PCB向导完成对话框。（10）单击【Finish】按钮，将会启动PCB编辑器，新建的PC
26、B板文件被默认命名为PCB1.PcbDoc，PCB编辑区会出现设计好的50mm30mm的PCB。如图3.1.11所示。图3.1.11向导生成的PCB板至此，完成了创建PCB新文档的工作。2 按表1-1转载元器件库，修改元器件的封装。3.2完成PCB图1在原理图编辑环境下，执行菜单DesignUpdate PCB Document 多路抢答器PCB.PcbDoc，如图3.2.1所示。图3.2.1 载入网络2 在弹出的“Engineering Change Order”对话框中，依次单击【Validate】、【Execute Changes】按钮。导入完成后的效果如图3.2.2所示。图.3.2.2
27、导入网络完成后效果3布局如图3.2.3所示（完成添加电源网络接插件）图3.2.34 自动布线（1）执行菜单Auto RouteAll，弹出如图3.2.4所示的“Situs Routing Strategies”（自动布线设置）对话框。（2）点击【Routing All】按钮，程序就开始对电路板进行自动布线，系统弹出如图3.2.5所示自动布线信息窗口，设计者可以了解到布线的情况。完成自动布线结果如图3.2.6所示。从图中可以清楚看到由于布线规则的约束“+9V”和“GND”两个网络的线宽比一般的导线要宽。 图3.2.4自动动布线设置”对话框 图3.2.5自动布线信息窗口 图3.2.6自动布线结果5
28、 其3D效果图如3.2.7所示图3.2.7至此，已完成PCB图第四章 总结1通过本次作业是我认识到当代社会科技发展速度之快，特别是在电子领域。2多路抢答器的作业是我对Altium Designer 6这个软件有了深刻的认识以及是我学习了应用软件去设计电路板的思路、步骤、方法。3有些知识虽然说比较复杂，但是只要我们努力钻研，就一定能够学会、学好。4动手实践能力很重要，要学会思考。5取长补短，善于借鉴。第五章 参考文献1胡应占Altum Designer 6电路设计使用教程 河南科学技术出版社2009。2张义和.Altium Designer 完全电路设计M.北京：机械工业出版社，2007。3闫胜利.Altium Designer实用宝典原理图与PCB设计M.北京：电子工业出版社，2007
