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.

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1 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

2 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

3 8.1 停电报警器电路设计 电路分析 停电报警器电路原理图设计 8.1.3印制电路板设计

4 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。

5 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
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”。

6 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

7 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

8 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。

9 图8-4 元件布局 图8-3 原理图的所有元件

10 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

11 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

12 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

13 （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

14 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

15 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

16 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。

17 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。

18 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

19 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

20 （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 。

21 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。

22 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。

23 （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。

24 图8-19 自动布线策略的选择

25 （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

26 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。

27 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

28 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。

29 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。

30 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 。

31 （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

32 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

33 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

34 （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。

35 图8-25 原理图布线完成

36 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。

37 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

38 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。

39 图8-29 添加电源层 图8-28 添加GND层

40 图8-30 Layer Stack Manager(层栈管理器)对话框

41 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

42 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。

43 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

44 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

45 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

46 图8-35 完成PCB布线 图8-34 选择自动布线策略

47 (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

48 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。

49 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。

50 图8-38 收音机原理图

51 图8-39 收音机单面PCB板效果图

52 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。

53 图8-40 电机驱动电路的原理图

54 图8-41 电机驱动电路的PCB图

55 本章内容完！