印刷电路板设计实践报告

摘要
Protel是目前EDA行业中使用最方便,操作最快捷，人性化界面的辅助工具。在中国用得最多的EDA工具，电子专业的大学生在大学基本上都学过protel 99se，所以学习资源也最广,公司在招聘新人的时候用Protel新人会很快上手。 Altium声称中国有73%的工程师和80%的电子工程相关专业在校学生正在使用其所提供的解决方案，而目前正版率只有3%左右。利用自己画好的原理生成的PCB电路图用学校现有的资源设备把电路图转印到铜板上腐蚀生成可用的电路板。
第一章 设计内容与设计要求
1.1设计内容
这次课程实践在与注重学生的实践动手能力，板子的功能自己定义，但是我们学过了单片机，于是我们就行制作一块与单片机有关的板子，以后或许会有用，也算是对学过的PCB和单片机知识的一次实际应用。
板子的功能介绍：在液晶显示屏上显示年月日，温度。当厨房着火事温度超过设定的额定值时，蜂鸣器会响起来（模拟报警声），LED灯也会不停的闪烁（模拟应急灯），同时经单片机控制发送短信或打电话到不在家的主人的手机里，提醒主人家里着火了。当厨房的煤气泄漏时，MQ-2可燃气体传感器感应接收并反馈到单片机并启动接蜂鸣器和排风扇进行排风，并且也会打电话给不在家的主人告知家里的煤气泄漏了。主板由51单片机，GSM（全球移动通信系统）模块，1602液晶显示屏，时钟芯片但是DS1302，蜂鸣器，LED灯等组成，还有可燃气体MQ-2传感器。
1.2设计目的：
(1)了解altium designer绘图环境、各个功能模块、界面环境设置方法以及文件管理方法;
(2)理解用altium designer设计电子电路的基本思想;
(3)掌握用altium designer绘制电子电路原理图的基本方法;
(4)掌握用altium designer绘制电子电路PCB板的基本方。
（5）学会转印，腐蚀，钻孔，去油墨，完整的制作一块板子。
1.3设计要求：
要求学会并熟悉一款制图软件（我们选择的是Altium Designer），完成一份完整的原理图设计和PCB图，并且将其打印出来，然后转印并印刷制成一个成品板。
用altium designer软件绘制一个简易厨房报警系统的电路图，自己设计原理图，有部分的元器件要是自己建库。先绘制出电路原理图，然后进行电气规则检验，没有错误后，生成网络表，然后根据网络表生成印制电路板图，最后手动布局，手工调整，手动布线，手工调整布线，保存打印，接着热转印到铜板，腐蚀，钻孔，去油墨等。
第二章 设计框图
2.1系统板的功能框图
火灾自动报警系统主要由探测器（传感器）、报警器、排气装置三部分组成。探测器主要对是否有火灾发生进行判断，判断标准为火灾参数：烟雾浓度、有毒气体浓度、温度等。
在确认火灾发生后，通过报警器产生信号，如声音、灯光等方式告知人已有火灾发生。
具体设计思路如下：
主控制模块采用51单片机，处理外围电路的反馈信息，不停的对环境进行检查处理，并对一定的条件进行调用不同的功能模块。系统板上主要体现的控制I/O，因此51单片机的每个引脚都要用排针引出来共外设的连接，一些固定的基本电路就设计在系统板上即可。
2.2 制版的流程图
首先有总体的系统框架，原理的设计是非常重要的，因为原理图要是设计错误的话那更新到PCB也是错误的，虽然PCB可以单独更改但是比较麻烦，以后的调试不容易调试。原理图要想设计正确的话
那就要所查阅各个模块的外围电路，熟悉每种芯片的应用，了解与单片机的连线关系。PCB连线的关键就是排版了，排版合理的话连起线来就会很容易而已
以后的检测也很方便，尽量根据原理图设计排版把相关的器件摆在一起。打印出来的图纸是油性墨的，因此要好好保护好那个比较容易把油墨弄掉。钻孔的时候要尽量虽好孔。
第三章 原理图设计
原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后是在正确性和布局合理的前提下力求完美。
(1)启动原理图设计界面，进入altium designer,先创建一个PCB工程，然后在工程里添加Schematic(原理图)和pcb,并进行重命名方便今后的查找。
(2)设置原理图设计环境，纸张大小采用B纸即可。
(3)添加现有的元件库，70%左右可以找到，其余的自己要建立原理图元件库自己画所需的元件。
(4)按自己设计的图样进行模块的划分，按模块画原理图。
(5)放置元件，根据实际电路的需要，到元件库中找出所需的元件，然后用元件管理器的Place按钮将原件放置在工作平面上，再根据与按键之间的走线把元件调整好;
(6)原理图布线，根据要求进行布线，一个模块一个模块的连线，并且标上各模块的功能名称。
(7)编辑和调整，利用altium designer所提供的各种强大的功能对原理图进一步调整和修改，以保证原理图的美观和正确。同时对元件的编号，封装进行定义和设定等;
(8)检查原理图，使用altium designer电器规则，及执行菜单命令工程里的complie原理图，对画好的电路原理图进行电气规则检查，若有错误，根据错误情况进行改正。
(9)最后一步update PCB,执行更改，将元器件更新到PCB图里。
第四章PCB设计
电路设计的最终目的是为了设计出电子产品，而电子产品的物理结构是通过印刷电路板来实现的。altium designer位设计者提供了一个完整电路板设计环境，是电路设计更加方便有效。应用altium designer设计印刷电路板过程如下：
(1)打开PCB设计文档。双击文档图标，进入设计服务器界面；
(2)规划电路板,根据要设计的电路确定电路板的尺寸。选取Keep Out Layer复选框，绘制电路板的边框。执行菜单Design，重新设计板子形状；
(3)设置参数,参数设置是电路板设计的非常重要的步骤，执行菜单命令设计—规则里，将线的宽度设置为0.5mm，但是电源线要求为1.5mm，画电源线时同样在更改布线规则；
(4)将导进来的元器件进行一次粗略的排版布局，布局原则尽量根据原理图进行布局相应的模块功能的元器件尽量摆在一起这样可以避免线路走的很远很长，一些芯片的相应的电容要尽量放在一起。
(5)接下来就是手动布线，将相同的网络号进行连接，连线时不能直角，因为那样很容易断掉影响板子的性能。
(7)调整布线结束后，可能存在一些令人不满意的地方，特别是丝印层的标号，尽量不要在焊盘上，要对齐一目了然。电容，二级管标上极性，标号清晰方便日后的检测板子，把电路板设计得尽善尽美。
（8）最后一步滴泪了，这样以后焊接的时候就会比较容易，焊盘上的铜多了些也会是电路更加稳定些。
第五章 制版主要步骤介绍
（1） 原理图的设计，按自己的思路设计连接各个器件；
（2） PCB图的设计，根据相应的网络标号一一连接起来，去掉所有的飞线即是完成连线，布局很重要的。
（3） 通过打印机，喷墨打印机，将PCB图打印出来；
（4）热转印，将带转印图纸贴在已经割好的铜板上，小心地将它放置到转印机前，用手先轻轻的按住，带转印机将其卷入一点是就可以放手了，等待一会儿即可。如果是用专业的大型转印机，速度又快而已一次又可以转印多块板。
（5） 腐蚀：将转印出来的板子上 的图纸撕掉，然后再烧一壶热水，把板子放到腐蚀盒里，洒上腐蚀粉适量的，多一些可以加快腐蚀时间的，但是会比较浪费的，因此适量就好了。带热水烧好了，倒入适量的热水，太多会对稀释腐蚀浓度的降低腐蚀效果，然后轻轻摇晃腐蚀盒让其均匀反应，不过腐蚀时间尽量不要太长了，因为那有可能造成把覆盖好的碳也给溶掉，这样就会把同线路也给弄掉了，破坏了电路。
（6） 钻孔：用钻孔机钻孔，事先要选好针头根据自己所画的焊盘的直径选择针头不可过大会把铜给钻没了就不能焊接元器件了。钻孔时候一定要认真不能钻偏了。
（7） 去油墨：用铁丝球将板子上的碳刷去，因为有碳在的话不好焊接，要是先去油墨再钻孔的话铜板太亮会反光影响钻孔的质量的，所以建议先钻孔再去油墨的。
问题的调试与解决
产生问题原因
(1)连线超过元件器件的断点；
(2)pcb图中有些引脚的网络标号没有;
(3)原理图中未定义元件的封装形式；
(4)封装可以找到，单元件的管脚名称与印刷电路库中封装的管脚名称不一致。
(5)打印出来的图纸中有根线断掉了。
解决方法
(1)在元件端点处连线；
(2)在原理图中的标号没有标到真确位置，需要重新编号在updaet下;
(3)到网络表文档中查找未定义封装的元件，补上元件封装；
(4)将印刷电路板元件封装中的修改成与原理图中定义一致。
(5)先转印，在腐蚀之前用黑色的油性笔将线路补齐还是可以用的。
原理图元件的设计：
1.先画出所需元件的框尽量居中画对准那个十字；
2.接着是放置引脚，这需要查看一些芯片的资料看下有几个引脚还有引脚的备注；
3．画好后，就要保存，命名添加的库中；
PCB封装设计：
1.查找所要画的元器件的资料，特别是引脚的间距，各个引脚之间的距离，每个焊盘的直径是多少；
2.然后画出元器件的框架（即丝印层的框），然后按所找的资料进行焊盘的放置于排列；
3.标注一些简要的信息，如引脚号，第一个引脚是方形的用来表示起始位置。
4.保存并命名好，接着添加到相应的元件中。
心得与体会
此次课程设计对我来说受益匪浅，这门课的实用性很大，对于我们电子专业来说硬件设计是必不可少的，学完这个后我们以后自己就可以会制一些简单是单层板了。这门课程设计不仅加深巩固所学内容，同时对所学内容进行扩展，有一定的深度和广度，能充分发挥学生的能动性和想象力。我觉得PCB连线比较困难了，刚开始没有注意布局问题一些相关模块的元器件放到大老远，连起线来很辛苦很不好走，为此布局布了布两三遍。这次课程设计得到了很多的锻炼，首先是学以致用，把本学期所学习的单片知识再一次巩固一番并且应用到实践中，是知识理解的更加透彻一些。然后这次课程设计是一个小团队的合作，我们队一开始就分工比较明确，整个过程都安排的挺好的，大家都在努力，一起查资料一起研究电路图一起讨论问题，团队的合作是令人愉快的，这为以后的团队合作奠定基础了。我们在整个过程一起进步了，这一点比较重要的。

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