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1、 第第1111章章 电路板设计典型综合实例电路板设计典型综合实例目目 录录11.1 11.1 电路板电气功能与机械性能电路板电气功能与机械性能分析分析 11.2 11.2 芯片选型芯片选型 11.3 11.3 发射电路的电路板设计发射电路的电路板设计 11.4 11.4 输出元器件明细表输出元器件明细表 11.5 11.5 接收电路的电路板设计接收电路的电路板设计 小结小结 通通过过前前面面的的学学习习，读读者者已已经经熟熟悉悉了了电电路路板板设设计计的的全全过过程程，能能够够比比较较轻轻松松地地完完成成电电路路板设计了。板设计了。为为了了巩巩固固学学习习成成果果，让让读读者者在在实实践践中中
2、提提高高设设计计电电路路板板的的能能力力，本本章章将将介介绍绍两两个个典典型型的的电电路路板板设设计计实实例例，这这两两个个电电路路板板将将共共同同构构成成一一套套基基于于PT2262PT2262和和PT2272PT2272收收发发编编、解解码码电电路的无线电收发系统。路的无线电收发系统。11.1 11.1 电路板电气功能与机械性能分析电路板电气功能与机械性能分析 在电路板设计之前，设计人员应当对电在电路板设计之前，设计人员应当对电路板的电气功能作深入了解，尽量做到万无路板的电气功能作深入了解，尽量做到万无一失，保证电路板电气功能正确无误。一失，保证电路板电气功能正确无误。图图11-1 11-
3、1 无线收发电路示意图无线收发电路示意图 发射电路包括以下功能模块：发射电路包括以下功能模块：（1 1）键盘输入接口；）键盘输入接口；（2 2）键盘编码电路；）键盘编码电路；（3 3）无线发送编码电路；）无线发送编码电路；（4 4）无线发送模块；）无线发送模块；（5 5）电源接口。）电源接口。发射电路机械性能要求如下：发射电路机械性能要求如下：（1 1）电路板的尺寸尽量小；）电路板的尺寸尽量小；（2 2）安装方式采用指定位置的单个安装）安装方式采用指定位置的单个安装孔安装。孔安装。接收电路包括以下功能模块：接收电路包括以下功能模块：（1 1）无线接收模块；）无线接收模块；（2 2）无线接收解码
4、电路；）无线接收解码电路；（3 3）单片机电路；）单片机电路；（4 4）交流）交流220V220V输入接口；输入接口；（5 5）电源电路；）电源电路；（6 6）执行电路；）执行电路；（7 7）输出接口。）输出接口。接收电路机械性能要求如下：接收电路机械性能要求如下：（1 1）考虑高压绝缘性能；）考虑高压绝缘性能；（2 2）电路板尺寸和安装方式是根据）电路板尺寸和安装方式是根据指定指定机盒而定的。机盒而定的。11.2 11.2 芯芯 片片 选选 型型 设计者在确定了电路板的电气功能和机设计者在确定了电路板的电气功能和机械性能之后，接下来就应当进行芯片选型械性能之后，接下来就应当进行芯片选型的工作
5、了。的工作了。芯片选型的原则如下：芯片选型的原则如下：（1 1）满足电气功能的要求；）满足电气功能的要求；（2 2）考虑芯片的封装形式；）考虑芯片的封装形式；（3 3）考虑芯片的成本；）考虑芯片的成本；（4 4）调研芯片的市场供货情况；）调研芯片的市场供货情况；（5 5）硬件的选择应当方便后续的软件设）硬件的选择应当方便后续的软件设计、电路板的调试及安装等；计、电路板的调试及安装等；（6 6）综合考虑芯片的性价比和安装调试。）综合考虑芯片的性价比和安装调试。图图11-2 11-2 设计好的发射电路原理图设计好的发射电路原理图 图图11-3 设计好的接收电路原理图设计好的接收电路原理图 11.2
6、.1 11.2.1 发射电路发射电路 1 1编码电路编码电路 图图11-4 11-4 编码电路编码电路2 2键盘编码电路键盘编码电路 图图11-5 11-5 键盘编码电路键盘编码电路 3 3信号发射模块信号发射模块 图图11-6 11-6 发射模块电路发射模块电路 的引脚分布图的引脚分布图 图图11-7 11-7 键盘和电源输入接口键盘和电源输入接口 11.2.2 11.2.2 接收电路接收电路 1 1CPUCPU电路电路 图图11-8 CPU11-8 CPU及其外围电路及其外围电路 2 2解码电路解码电路 图图11-9 11-9 解码电路解码电路 3 3信号接收模块信号接收模块 图图11-1
7、0 11-10 信号接收模块的接口分布图信号接收模块的接口分布图 4 4电源电路电源电路图图11-11 11-11 电源电路电源电路 5 5接口电路接口电路 图图11-12 11-12 输入、输出接口电路输入、输出接口电路 6 6驱动执行电路驱动执行电路 图图11-13 11-13 驱动执行电路驱动执行电路 11.3 11.3 发射电路的电路板设计发射电路的电路板设计 本例中需要绘制的原理图符号包括编本例中需要绘制的原理图符号包括编码电路码电路PT2262PT2262的原理图符号和信号发射模的原理图符号和信号发射模块的原理图符号，为此需首先创建块的原理图符号，为此需首先创建“发射发射电路电路.
8、lib.lib”原理图库。原理图库。11.3.1 11.3.1 原理图符号的设计原理图符号的设计 本例中需要绘制的原理图符号包括编码本例中需要绘制的原理图符号包括编码电路电路PT2262PT2262的原理图符号和信号发射模块的原理图符号和信号发射模块的原理图符号，为此需首先创建的原理图符号，为此需首先创建“发射电发射电路路.lib.lib”原理图库。原理图库。具体的原理图符号绘制请参考本书相关具体的原理图符号绘制请参考本书相关章节关于原理图符号制作的内容，这里就章节关于原理图符号制作的内容，这里就不再叙述了。不再叙述了。有一点需要提醒读者，绘制原理图符号有一点需要提醒读者，绘制原理图符号时元器
9、件的引脚可以不按顺序放置，但是时元器件的引脚可以不按顺序放置，但是必须使原理图符号的引脚序号和元器件封必须使原理图符号的引脚序号和元器件封装的焊盘序号一一对应。装的焊盘序号一一对应。11.3.2 11.3.2 绘制原理图绘制原理图 原理图绘制与电路板设计相比，原理图原理图绘制与电路板设计相比，原理图绘制相对比较简单，在保证电气连接的基础绘制相对比较简单，在保证电气连接的基础上，尽量使原理图美观，易于查看即可。上，尽量使原理图美观，易于查看即可。绘制原理图主要有两种方法：第一种方绘制原理图主要有两种方法：第一种方法是一边放置元器件一边进行连线，第二种法是一边放置元器件一边进行连线，第二种方法是放
10、置完元器件后再进行连线。方法是放置完元器件后再进行连线。第一种方法，即一边放置元器件一边进第一种方法，即一边放置元器件一边进行连线的方法可以使电路图局部连线比较行连线的方法可以使电路图局部连线比较整齐，但是需要多次放置同一类元器件，整齐，但是需要多次放置同一类元器件，操作相对烦琐一些。操作相对烦琐一些。采用第二种方法绘制原理图往往难于估采用第二种方法绘制原理图往往难于估计连线的空间，需要频繁地移动元器件和计连线的空间，需要频繁地移动元器件和调整图纸布局。调整图纸布局。因此，在电路板设计中经常采用第一种因此，在电路板设计中经常采用第一种方法绘制原理图。方法绘制原理图。1 1绘制原理图的技巧绘制原
11、理图的技巧 在介绍绘制原理图之前，首先介绍几点在介绍绘制原理图之前，首先介绍几点绘制原理图的实用技巧。绘制原理图的实用技巧。（1 1）采用网络标号代替导线。当导线）采用网络标号代替导线。当导线跨度的图纸空间较大，或与其他导线交错跨度的图纸空间较大，或与其他导线交错较多时，采用网络标号代替直接的导线连较多时，采用网络标号代替直接的导线连接，可以简化连线的工作和美化图纸。接，可以简化连线的工作和美化图纸。（2 2）旋转原理图符号的方向，找一个）旋转原理图符号的方向，找一个最合适的方位有助于连线和图纸美观。最合适的方位有助于连线和图纸美观。（3 3）绘制原理图时，一般先将电路图）绘制原理图时，一般先
12、将电路图按电气功能分成功能块，然后再按照电气按电气功能分成功能块，然后再按照电气功能的主次顺序绘制功能单元块。功能的主次顺序绘制功能单元块。如果设计者对电路图的结构不是特别如果设计者对电路图的结构不是特别了解，也可以按照草图的顺序进行绘制，了解，也可以按照草图的顺序进行绘制，比如按照从左至右、从上至下的顺序绘制。比如按照从左至右、从上至下的顺序绘制。一般来讲，原理图中电路板的引出线一般来讲，原理图中电路板的引出线与接插件的连线较长，往往采用网络标号与接插件的连线较长，往往采用网络标号连接。连接。2 2绘制原理图绘制原理图 根据电气功能的主次关系或者信号流根据电气功能的主次关系或者信号流程来确定
13、绘制原理图的顺序。程来确定绘制原理图的顺序。本例中先绘制编码电路，然后绘制二本例中先绘制编码电路，然后绘制二极管阵列，最后绘制接口电路。极管阵列，最后绘制接口电路。图图11-14 11-14 放置放置CPUCPU原理图符号对话框原理图符号对话框 图图11-15 11-15 放置编码电路的结果放置编码电路的结果 图图11-16 11-16 放置好外围元器件的结果放置好外围元器件的结果 图图11-17 11-17 连好导线的结果连好导线的结果 网络标号网络标号网络标号网络标号图图11-18 11-18 放置电源和接地符号后的原理图放置电源和接地符号后的原理图图图11-20 11-20 设置图纸参数
14、对话框设置图纸参数对话框 图纸大图纸大小参数小参数图图11-21 11-21 编译原理图编译原理图 图图11-22 11-22 生成网络表文件生成网络表文件 11.3.3 11.3.3 制作元器件封装制作元器件封装 在进行在进行PCBPCB电路板设计之前，设计者需要电路板设计之前，设计者需要准备元器件封装，对于系统中没有的元器件准备元器件封装，对于系统中没有的元器件封装需要进行创建。封装需要进行创建。11.3.4 11.3.4 电路板设计电路板设计 元器件封装创建完成后，接下来就应元器件封装创建完成后，接下来就应当进行电路板的设计了。当进行电路板的设计了。图图11-23 11-23 设置设置P
15、CBPCB编辑器的环境参数编辑器的环境参数图图11-24 11-24 绘制电路板的电气边界绘制电路板的电气边界 图图11-25 11-25 放置安装孔后的电路板放置安装孔后的电路板 图图11-26 11-26 载入元器件封装和网络表的结果载入元器件封装和网络表的结果 图图11-27 11-27 设置好的安全间距限制设计规则设置好的安全间距限制设计规则 图图11-28 11-28 设置好的布线宽度限制设计规则设置好的布线宽度限制设计规则 图图11-29 11-29 对关键元器件及其外围电路进行布局对关键元器件及其外围电路进行布局 图图11-30 11-30 元器件自动布局的结果元器件自动布局的结
16、果 图图11-31 11-31 布局其他电路后的结果布局其他电路后的结果 图图11-32 11-32 调整电路板的电气边界调整电路板的电气边界 图图11-33 3D11-33 3D效果图效果图 图图11-34 11-34 电路板布线的结果电路板布线的结果 11.3.5 DRC11.3.5 DRC设计校验设计校验 电路板设计完成后，为了保证电路板设电路板设计完成后，为了保证电路板设计正确无误，应当进行计正确无误，应当进行DRCDRC设计校验。设计校验。图图11-35 11-35 地线网络地线网络“GNDGND”的覆铜结果的覆铜结果 图图11-36 11-36 设置设置DRCDRC设计校验规则设计
17、校验规则 11.4 11.4 输出元器件明细表输出元器件明细表 在电路板设计完成，并且设计校验确认在电路板设计完成，并且设计校验确认正确无误后，为了方便电路板元器件的采购正确无误后，为了方便电路板元器件的采购和装配工作，还应当输出元器件明细表。和装配工作，还应当输出元器件明细表。图图11-37 11-37 输出的元器件明细表输出的元器件明细表 11.5 11.5 接收电路的电路板设计接收电路的电路板设计 前面对发射电路的电路板设计作了较前面对发射电路的电路板设计作了较为详细地介绍，着重介绍了电路板的手动为详细地介绍，着重介绍了电路板的手动布线方法。布线方法。下面介绍接收电路的电路板设计，将下面
18、介绍接收电路的电路板设计，将重点介绍交互式的布线方法。重点介绍交互式的布线方法。图图11-38 11-38 新建的设计文件管理文件夹新建的设计文件管理文件夹 11.5.1 11.5.1 设计原理图符号设计原理图符号 本例中需要绘制的原理图符号包括单片本例中需要绘制的原理图符号包括单片机机AT89C52AT89C52、解码电路、解码电路PT2272PT2272、继电器、变、继电器、变压器、整流桥以及信号发射模块的原理图压器、整流桥以及信号发射模块的原理图符号。符号。11.5.2 11.5.2 绘制原理图绘制原理图 本例中先绘制接收解码电路，然后绘制本例中先绘制接收解码电路，然后绘制单片机电路和继
19、电器执行电路，最后绘制电单片机电路和继电器执行电路，最后绘制电源电路。源电路。图图11-39 11-39 放置接收解码电路的结果放置接收解码电路的结果 图图11-40 11-40 连好导线的接收解码电路连好导线的接收解码电路 图图11-41 11-41 放置好原理图符号的结果放置好原理图符号的结果 图图11-42 11-42 调整元器件位置后的结果调整元器件位置后的结果 图图11-43 11-43 布完线的布完线的CPUCPU及继电器电路及继电器电路 11.5.3 11.5.3 制作元器件封装制作元器件封装 在进行在进行PCBPCB电路板设计之前，需要准备元电路板设计之前，需要准备元器件封装，
20、对于系统中没有的元器件封装需器件封装，对于系统中没有的元器件封装需要进行创建。要进行创建。11.5.4 11.5.4 电路板设计电路板设计 接下来进行电路板的设计。接下来进行电路板的设计。图图11-44 11-44 绘制电路板的电气边界绘制电路板的电气边界图图11-45 11-45 载入元器件封装和网络标号的结果载入元器件封装和网络标号的结果图图11-46 11-46 放置并锁定接插件的结果放置并锁定接插件的结果 图图11-47 11-47 布局布局CPUCPU元器件元器件AT89C52AT89C52 的结果的结果 图图11-48 11-48 布局完变压器和继电器布局完变压器和继电器 后的结果
21、后的结果 图图11-49 11-49 元器件成组自动布局元器件成组自动布局 的结果的结果 图图11-50 11-50 基于统计的自动布局基于统计的自动布局 的结果的结果 图图11-51 11-51 关键元器件布局关键元器件布局 图图11-52 11-52 布局完部分电路后的结果布局完部分电路后的结果 图图11-53 11-53 剩余元器件的布局结果剩余元器件的布局结果 图图11-54 3D11-54 3D效果图效果图 图图11-55 11-55 对重要的布线区域进行保护对重要的布线区域进行保护 图图11-56 11-56 预布线预布线图图11-57 11-57 自动布线的结果自动布线的结果 图
22、图11-58 11-58 取消地线网络后的布线取消地线网络后的布线图图11-59 11-59 手工调整的结果手工调整的结果图图11-60 11-60 对地线网络对地线网络“GNDGND”进行覆铜进行覆铜 小小 结结 本章介绍了无线收发电路的电路板设计本章介绍了无线收发电路的电路板设计的全过程，所包含的内容贯穿了前面各章的全过程，所包含的内容贯穿了前面各章节介绍的知识。节介绍的知识。（1 1）了解电路板的电气和机械功能：分）了解电路板的电气和机械功能：分析电路板设计的要求，包括电路板的电气析电路板设计的要求，包括电路板的电气功能和电路板在机械安装、元器件安装和功能和电路板在机械安装、元器件安装和
23、散热方面的要求，为原理图设计和电路板散热方面的要求，为原理图设计和电路板设计做准备。设计做准备。（2 2）芯片选型：电路板电气功能明确后，）芯片选型：电路板电气功能明确后，接下来就应该进行芯片选型了，这是绘制接下来就应该进行芯片选型了，这是绘制原理图设计之前的必备工作。原理图设计之前的必备工作。（3 3）创建原理图符号：芯片选型后，）创建原理图符号：芯片选型后，可能有的元器件在系统中没有原理图符号，可能有的元器件在系统中没有原理图符号，这时应当在绘制原理图之前为这些元器件这时应当在绘制原理图之前为这些元器件创建原理图符号。创建原理图符号。（4 4）绘制原理图：载入原理图库后，）绘制原理图：载入
24、原理图库后，根据电气功能绘制原理图。根据电气功能绘制原理图。（5 5）创建元器件封装：在）创建元器件封装：在PCBPCB编辑器中编辑器中载入元器件和网络表之前，应当首先创建载入元器件和网络表之前，应当首先创建系统中没有的元器件封装，否则在载入元系统中没有的元器件封装，否则在载入元器件封装和网络表的过程中就会出错。器件封装和网络表的过程中就会出错。（6 6）电路板设计：电路板设计的过程）电路板设计：电路板设计的过程包括载入元器件封装库、创建包括载入元器件封装库、创建PCBPCB文件、规文件、规划电路板、设置划电路板、设置PCBPCB编辑器的环境参数、设编辑器的环境参数、设置元器件布局设计规则和元器件布局、设置置元器件布局设计规则和元器件布局、设置电路板的布线设计规则和电路板的布线等。电路板的布线设计规则和电路板的布线等。（7 7）电路板的）电路板的DRCDRC设计校验。设计校验。（8 8）生成电路板的元器件明细表。）生成电路板的元器件明细表。