第8章 综合实训 停电报警器电路设计 8.1 数码管显示电路设计 8.2 上机实训 8.3

本章描述： 本章主要通过几个综合性的实践项目学习，熟悉Altium Designer 10软件工程项目设计的方法和技巧，进一步帮助读者巩固和提高前面所需的知识和技能。 本章目标： 熟悉Altium Designer 10 PCB项目的开发过程 掌握Altium Designer 10 PCB设计的综合应用

8.1 停电报警器电路设计 8.1.1 电路分析 8.1.2 停电报警器电路原理图设计 8.1.3印制电路板设计

8.1.1 电路分析 停电报警器电路是一个无源型停电报警器电路。本报警器不需要备用电池，当220V交流电网断电时，就会发出报警声。在本节中，将完成其电路原理图和PCB电路板的设计。

8.1.2 停电报警器电路原理图设计 1、建立电路设计工作环境 8.1.2 停电报警器电路原理图设计 1、建立电路设计工作环境 （1）在Altium Designer 10主界面中，执行【File】→【New】→【Project】→【PCB Project】菜单命令，将新建的项目文件保存为“停电报警器电路.PrjPCB”。 （2）执行【File】→【New】→【Schematic】菜单命令，将新建的原理图文件名保存为“停电报警器电路．SchDoc”。

2、加载元件库 执行【Design】→【Add／Remove Library】添加／移去库菜单命令,打开Available Libraries（可利用库）对话框，然后在其中加载需要的元件库。本电路中需要加载的元件库为AD10／Library／Texas Instruments／TI Logic Gate1.IntLib。 图8-1 加载元件库

3、设置原理图图纸参数 执行【Design】→【Document Options】文档选项菜单命令，打开Document Options对话框，在Document Options对话框中设置原理图绘制时的工作环境，如图8-2所示。 8-2 设置原理图图纸参数

4、放置元件 点击 “Libraries”元件库面板，在其中浏览电路所需要的元件，然后将其放置在图纸上．如图8-3所示。 5、元件布局 按照电路中元件的大概位置摆放元件。用拖动的方法来改变元件的位置．如果需要改变元件的方向，可按空格键调整元件方向。布局的结果如图8-4所示。

图8-4 元件布局 图8-3 原理图的所有元件

执行【Place】→【Wire】菜单命令，或单击工具栏中的按钮 绘制完导线，完成整个原理图布线后的效果如图8-5所示。 6、元件布线 执行【Place】→【Wire】菜单命令，或单击工具栏中的按钮 绘制完导线，完成整个原理图布线后的效果如图8-5所示。 图8-5 原理图布线结果

单击工具栏中的按钮 ，移动光标到需要的位置单击鼠标左键放置接地符号，如图8-6所示。 7、放置接地符号 单击工具栏中的按钮 ，移动光标到需要的位置单击鼠标左键放置接地符号，如图8-6所示。 图8-6 放置接地符号的原理图

8、编辑元件属性 （1）双击一个电阻元件，打开Properties for Schematic Component in Sheet原理图元件属性对话框，在Designator文本框中输入元件的编号，并选中其后的Visible复选框。在右边的参数设置区，将“Value”值改为2K，如图8-7所示。 图8-7 元件属性设置对话框

（2）重复上面的操作，编辑所有元件的编号、参数值等属性，完成这一步的原理图如图11-8所示。 图11-8 设置完属性的电路原理图

9、放置网络标号 单击工具栏中按钮 ，光标变成十字形．此时按Tab键打开Net Label对话框，在对话框的Net文本框中输入网络标号名称为“220V”。如图8-9所示。 图8-9 设置网络标号

保存“停电报警器电路.PrjPCB”项目文件，整个停电报警器电路的原理图便设计完成。如图8-10所示。 10、保存项目文件 保存“停电报警器电路.PrjPCB”项目文件，整个停电报警器电路的原理图便设计完成。如图8-10所示。 图8-10 绘制完成的原理图

8.1.3印制电路板设计 1、创建电路板文件 执行【File】→【New】→【PCB】菜单命令，新建一个PCB文件，然后保存为“停电报警器电路.PcbDoc”。 2、设置电路板参数 选择【Design】→【Board Options】菜单命令，打开Board Options板选项对话框, 在对话框中设置PCB设计的工作环境，包括尺寸、各种网格等,如图8-11所示。设置完成后，单击ok按钮退出对话框。

3、规定电路板的电气边界 在PCB编辑环境中，单击主窗口工作区左下角的标签 ，切换到禁止布线层，然后执行【Place】→【Line】菜单命令，此时光标变成十字形，用和绘制导线相同的方法在图纸上绘制一个矩形区域．然后双击所绘制的直线，打开“Track”对话框，如图8-12所示。在该对话框中，通过设置直线的起始点坐标，设定该区域长为3600mil．宽为1100mil。最后得到的矩形区域如图8-13所示。

图8-11 设置PCB工作环境 8-12 设置禁止布线区域直线属性 图8-13 规划好的禁止布线区域

4、加载元件 （1）执行【Design】→【Import Changes From停电报警器PrjPCB】菜单命令，打开“Engineering Change Order”工程变化顺序对话框。在该对话框中单击 按钮．对所有的元件封装进行检查．在检查全部通过后，单击 按钮．将所有的元件封装加载到PCB文件中，如图8-14所示。最后单击 按钮，退出对话框。 图8-14 加载元器件封装

（2）在PCB图纸中可以看到，加载到PCB文件中的元件封装如图8-15所示 5、元件布局 对元件先进行手动布局，和原理图中元件的布局一样，用拖动的方法来移动元件的位置。为了使多个电阻摆放整齐，可按住“Shift”键，鼠标连续左击5个电阻的封装，可以将其5个电阻封装全部选中．然后单击按钮 。

如图8-16（a）所示，就可将5个电阻元件封装进行上对齐。PCB布局完成的效果如图8-16（b）所示。 8-16布局结果 6、PCB图布线 （1）单击主窗口工作区左下角的标签 ，切换到顶层，然后单击 按钮，鼠标变成十字形，移动光标到R1的一个焊盘上，单击确定导线的起点，接着拖动鼠标画出一条直线一直到导线的另一端，元件C2的焊盘处。

先单击一次确定导线的转折点，再次单击确定导线的终点，如图8-17所示 。 8-17 在顶层手动绘制PCB导线 （2）双击绘制的导线，打开“Track”轨迹对话框。在该对话框中，将导线的线宽设置为30mil，选中“Locked”复选框，确定导线所在的板层为“Top Layer”，如图8-18所示。

（3）用同样的操作方法，手动绘制电源线和地线．并将已经绘制的导线全部锁定。 （4）对其余的导线进行自动布线。执行【Auto Route】自动布线→【All…】所有封装的菜单命令。 图11-18 设置导线属性 打开“Situs Routing Strategies”布线策略对话框，在该对话框中选择“Default 2 Layer Board”，默认为2层板布线规则，然后单击 按钮进行自动布线，如图8-19所示。

图8-19 自动布线策略的选择

（5）布线进行时在“Messages”工作面板中会给出布线信息。完成布线后的PCB如图8-20所示。“Messages”工作面板中的布线信息如图8-21所示。 8-21产生的布线信息

7、编译项目 执行【Project】→【Compile PCB Project停电报警器PriPCB】菜单命令，即对 “停电报警器.PrjPCB”的设计工程项目进行整个编译，完成之后保存所做的整个PCB工程项目，此时，整个停电报警器电路的设计工作就完成了。

8.2数码管显示电路设计 8.2.1电路分析 8.2.2数码管显示电路原理图设计 8.2.3印制电路板设计

8.2.1电路分析 本节中要设计的是数码管显示电路的电路原理图。采用AT89C2051单片机来实现，其内有一个串行I/O端口，通过引脚RXD[P3.0]和TXD[P3.1]可与外部电路进行全双工的串行异步通信，发送数据时由TXD端送出，接收时数据由RXD端输入。串口有四种工作方式，通过编程设置，可使其工作在任一方式，满足不同的显示场合。电路中数码管直接接在SN74LS49D的输出脚上，单片机通过串口将要显示数据的字形码逐一串行移出至SN74LS49D的输出脚上，此时，数码管就可以显示相应的数字。在本例中，将学习数码管显示电路的原理图和PCB电路板设计。

8.2.2数码管显示电路原理图设计 1、建立工作环境 （1）在Altium Designer 10主界面中，执行【File】→【New】→【Project】→【PCB Project】印制电路板项目菜单命令．然后右击PCB_Project1.PrjPCB项目文件名，并执行【Save Project As...】项目另存为菜单命令，将新建的工程文件保存为“数码管显示电路.PrjPCB”。 （2）执行【File】→【New】→【Schematic】原理图菜单命令，然后鼠标右击“Sheet1.SchDoc”并执行【Save As...】另存为菜单命令，将新建的原理图文件保存为“数码管显示电路.SchDoc。

2、加载元件库 （1）新建集成库文件。执行【File】→【New】→【Project】→【Integrated Library】新建集成库菜单命令，然后鼠标右击Integrated_library1.LibPkg文件名，并执行【Save As...】另存为菜单命令，将新建的集成库包文件保存为New Integrated_library1.LibPkg，绘制AT89C2051、数码管的原理图元件符号及PCB封装，最后生成可用的集成库文件 。

（2）执行【Design】→【Add／Remove Library】添加／移出库菜单命令．打开Available Libraries可利用库的对话框，然后在其中加载需要的元件库。本例中需要加载的元件库如图8-22所示。 图8-22 加载需要的元件库

3、放置元件 选择Libraries元件库面板，在其中浏览电路需要的元件，然后将其放置在图纸上。按照电路中元件的大概位置摆放元件。用拖动的方法来改变元件的位置．如果需要改变元件的方向，则可以按空格键。布局的结果如图8-23所示。 图8-23元件的布局

4、元件布线 （1）执行【PIace】→【Wire】菜单命令，或单击工具栏中的按钮，鼠标光标变成“十”字形，移动光标到图纸中，靠近元件引脚时．会出现一个“米”字形的电气捕捉标记．单击确定导线的起点，移动鼠标到导线的终点处，单击确定导线的终点。 图8-24 放置总线、总线引入线及网络标号

（2）单击工具栏中的 按钮放置总线和总线引入线，同时单击工具栏中 放置网络标号及修改网络标号属性。如图8-24所示。 （3）在绘制完一条导线之后，系统仍然会处于绘制导线的工作状态．可以继续绘制其他的导线。完成整个原理图布线后，单击工具栏中的 按钮，移动光标到需要的位置，单击鼠标左键放置接地符号，如图8-25所示。

图8-25 原理图布线完成

8.2.3印制电路板设计 1、创建电路板文件 （1）在工作面板的New From Template中单击PCB Templates印制电路板模板项，打开Choose existing Document选择现有的文件对话框，在该对话框中选择一个PCB模板文件，然后单击 按钮，新建一个PCB文件，如图8-26所示。 （2）将新建的PCB文件保存为“数码管显示电路.PcbDoc”。 2、设置电路板参数 执行【Design】→【Board Options】板选项菜单命令，打开“Board Options”板选项对话框，在该对话框中设置PCB设计的工作环境，包括尺寸、各种网格等。

如图8-27所示。完成设置后，单击 按钮退出对话框。 如图8-27所示。完成设置后，单击 按钮退出对话框。 图8-27 电路板工作环境设置 图8-26 选择套用的模板

3、设置电路的板层 执行【Design】→【Layer Stack Manager】层栈管理器菜单命令，打开Layer Stack Manager层栈管理器对话框。在该对话框中单击 按钮，添加一个内电层．然后双击新添加的内电层，在弹出的Edit Layer对话框中将该工作层命名为GND,如图8-28所示。再添加一个相同的内电层．取名为“+5V”，如图8-29所示。添加内电层后的“Layer Stack Manager”层栈管理器对话框如图8-30所示。

图8-29 添加电源层 图8-28 添加GND层

图8-30 Layer Stack Manager(层栈管理器)对话框

4、设置板层的显隐属性 执行【Design】→【Board Layers&Colors】菜单命令，打开View Configurations对话框。在该对话框中设置在工作层中可以看到的工作层．如图8-31所示。 图8-31 定义板层的显示属性

5、规定电路板的电气边界 在PCB编辑环境中，单击主窗口工作区左下角的 标签，切换到禁止布线层，然后选择【Place】→【Line】菜单命令．此时光标变成十字形，用和绘制导线相同的方法在图纸上绘制一个矩形电气边界。 6、加载元件的封装 执行【Design】→【Import changes From数码管显示电路.PrjPCB】菜单命令,即从“数码管显示电路.PrjPCB”输入变化，打开“Engineering change order”对话框。在该对话框中单击 按钮，对所有的元件封装进行检查，在检查全部通过后，单击 按钮，将所有的元件封装加载到PCB文件中。

如图8-32所示。最后单击 按钮，退出对话框。 图8-32 加载元件封装

对元件先进行手动布局，和原理图中元件的布局一样．用拖动的方法来移动元件的位置。PCB布局完成的效果如图8-33所示。 7、元件布局 对元件先进行手动布局，和原理图中元件的布局一样．用拖动的方法来移动元件的位置。PCB布局完成的效果如图8-33所示。 图8-33 元件布局完成

8、印制电路板图布线 执行【Auto Route】→【All】菜单命令，打开Situs Routing Strategies布线策略对话框。在该对话框中选择“Default 2 Layer Board” 布线规则．然后单击 按钮进行自动布线，如图8-34所示。完成布线后的PCB如图8-35所示。 9、敷铜操作 (1)在主窗口工作区的左下角单击 标签，切换到底层，然后选择【Place】→【Polygon Pour】菜单命令，打开“Polygon Pour”对话框。在该对话框的“Layer”下拉列表中选择“Bottom Layer”底层，然后单击 按钮退出对话框，如图8-36所示

图8-35 完成PCB布线 图8-34 选择自动布线策略

(2)退出“Polygon Pour”对话框后，鼠标变成十字形，在PCB上绘制一个敷铜的区域，就可以将铜箔敷到PCB上，如图11-37所示。 图8-36 设置敷铜属性 8-37 PCB敷铜

10、编译项目 执行【Project】→【Compile PCB Project数码管显示电路.PrjPCB】菜单命令，即对整个设计工程（数码管显示电路.PrjPCB）进行编译。完成之后保存所做的所有设计工作，整个数码管显示电路的设计工作就完成了。

8.3 上机实训 实训1 绘制收音机电路原理图及PCB图 1、实训内容 绘制如图8-38、8-39所示的收音机电路原理图及PCB图。 8.3 上机实训 实训1 绘制收音机电路原理图及PCB图 1、实训内容 绘制如图8-38、8-39所示的收音机电路原理图及PCB图。 （1）收音机原理图如图8-38所示。 （2）收音机单面PCB板效果图如图8-39所示。 2、操作步骤 (1)创建项目文件。 (2)绘制原理图。 (3)PCB设计。 (4)编译项目并查错。

图8-38 收音机原理图

图8-39 收音机单面PCB板效果图

实训2 电机驱动电路原理图和PCB图 1、实训内容 （1）电机驱动电路原理图如图8-40所示。在绘制原理图示，尽量用网络标号对电路中的元器件进行标号连接，以简化电路中绘制导线的难度。 （2）电机驱动电路双面板PCB板效果图如图8-41所示。 （3）对图8-41所示的PCB板进行双面敷铜。 （4）将该项目所涉及到的元器件生成一个集成元件库，并命名为电机驱动电路.IntLib。 2、操作步骤 (1)创建项目文件。 (2)制作元件。 (3)绘制原理图。 (4)PCB设计。

图8-40 电机驱动电路的原理图

图8-41 电机驱动电路的PCB图

本章内容完！