應(yīng)用Protel99se設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘印制板電路

針對現(xiàn)代電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，線路板的功能對于整個(gè)電子產(chǎn)品性能的影響越來越明顯。所以設(shè)計(jì)一個(gè)符合工藝要求，滿足產(chǎn)品正常工作性能的線路板非常重要。

本文結(jié)合作者多年從事電子專業(yè)課程教學(xué)與研究工作的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合單片機(jī)開發(fā)以及線路板設(shè)計(jì)，將具體闡述應(yīng)用Protel99se軟件開發(fā)單片機(jī)典型產(chǎn)品電子時(shí)鐘線路板的設(shè)計(jì)重要步驟以及注意事項(xiàng)。

1 應(yīng)用Protel99se軟件設(shè)計(jì)電路原理圖的注意事項(xiàng)以及步驟

原理圖是實(shí)現(xiàn)電路功能的最基本的基礎(chǔ)，電路原理圖反映了各電子元器件的電氣連接關(guān)系。在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，原理圖的繪制是繪制PCB的基礎(chǔ)。原理圖同時(shí)也是工程技術(shù)人員進(jìn)行產(chǎn)品安裝與調(diào)試的依據(jù)。所以在原理圖的設(shè)計(jì)和繪制過程中一定要嚴(yán)格按照原理圖的繪制步驟以及工藝要求進(jìn)行。在原理圖的繪制過程中，要嚴(yán)格按照自上而下、從左至右，按照信號流向等基本工藝要求進(jìn)行。按照電路的功能模塊進(jìn)行元器件的布局，所有的連線要盡量結(jié)構(gòu)化，整體繪圖要求結(jié)構(gòu)完整、美觀易讀。對于較為復(fù)雜的產(chǎn)品的原理圖可以采用層次電路的設(shè)計(jì)思維。這樣電路的結(jié)構(gòu)清晰，符合原理圖設(shè)計(jì)的基本要求。在電子時(shí)鐘原理圖繪制中，考慮到電路的復(fù)雜程度，在設(shè)計(jì)中采用了由單片機(jī)控制電路、時(shí)間顯示電路、日期以及溫度顯示電路三個(gè)子電路構(gòu)成的總體電路原理圖的方案。在子電路中，為了增強(qiáng)原理圖的可讀性以及連線的方便，大量采用了網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號作為電路原理圖中器件的電氣連接方式。設(shè)計(jì)完成的電子時(shí)鐘電路總體原理圖以及子電路之一的時(shí)間顯示電路原理圖分別由圖1與圖2所示。

圖1 電子時(shí)鐘電路總體原理圖

圖2 電子時(shí)鐘子電路時(shí)間顯示電路

2 對元器件進(jìn)行合適的封裝定義以及電氣規(guī)則檢查

元件封裝是指元件放置到電子線路板中所表示的外框和焊點(diǎn)位置。不同的元件可以共用同一個(gè)元件封裝，同種元件也可以有不同的封裝，一般都是在完成原理圖的繪制后，按照實(shí)際的要求對每一個(gè)元器件進(jìn)行合適的封裝的定義。一般來說，軟件中提供的常見的標(biāo)準(zhǔn)封裝庫可以滿足一般產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。在現(xiàn)代化的印制板設(shè)計(jì)開發(fā)企業(yè)中，一般都具有公司內(nèi)部自建的標(biāo)準(zhǔn)封裝庫。

要求印制板設(shè)計(jì)人員要能夠熟知常見器件的封裝形式。

對于不確定的封裝，可以采取實(shí)際測量及自建封裝的方法加以解決。封裝的形式直接決定了線路板的可安裝性，所以在定義的時(shí)候一定要仔細(xì)分析、慎重對待。

原理圖設(shè)計(jì)的最后步驟就是進(jìn)行電氣規(guī)則檢查。其主要是由軟件自動(dòng)分析電路原理圖中是否存在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)名稱;是否有懸空未接的輸入信號;是否存在元器件重名等不符合電氣規(guī)則的錯(cuò)誤。在此需要強(qiáng)調(diào)的就是電氣規(guī)則的檢查不能代替原理圖繪制是否正確的驗(yàn)證。原理圖的正確性需要繪圖者熟練的繪制技巧以及高度的責(zé)任心。

3 人工布局電子時(shí)鐘印制板中的所有元器件

在對電子時(shí)鐘印制板元件的布局中，首先需要確定的就是其中年、月、日、星期、室溫、度這些標(biāo)注性漢字的位置。這樣才能夠使數(shù)碼管的顯示易于讀懂。其次考慮到各個(gè)對應(yīng)位置的數(shù)碼管的放置，在此過程中一定要注意與標(biāo)注漢字之間的對應(yīng)關(guān)系，以免引起顯示的混亂。

在此基礎(chǔ)上可以確定四個(gè)LED的位置，四個(gè)LED設(shè)計(jì)用來作為時(shí)鐘小時(shí)、分鐘、秒的顯示，位置放置一定要準(zhǔn)確、整齊美觀。然后可以確定各個(gè)接口的位置，之后考慮如溫度傳感器、繼電器等特殊元件的位置。確定單片機(jī)以及構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)各個(gè)元件的位置，最后考慮其他元件。整體布局要求考慮到正常工作的性能，整體PCB的美觀，元件的布局符合模塊化的設(shè)計(jì)思想等方面。

人工布局的合理性以及工藝性直接決定的印制板的性能以及印制板上銅膜線的走向。作為印制板開發(fā)人員一定要在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中積累布局的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)布局的思路以及方法。

4 利用軟件自動(dòng)布線的功能對電子時(shí)鐘PCB進(jìn)行布線并調(diào)整

Protel99se具有非常完備的自動(dòng)布線功能。能夠模擬人工智能支持32層線路板的布線功能。在應(yīng)用軟件的自動(dòng)布線功能進(jìn)行布線的時(shí)候，首先要對自動(dòng)布線的規(guī)則進(jìn)行設(shè)置，使得軟件在既定的規(guī)則下完成自動(dòng)布線。

Protel99se支持對安全距離、布線的角度、布線層、布線的拓?fù)浼夹g(shù)、線寬等多個(gè)實(shí)用規(guī)則的設(shè)置。在使用的過程中一定要根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及實(shí)際情況作出合理的設(shè)置并根據(jù)布線的效果進(jìn)行局部的調(diào)整。自動(dòng)布線完成之后，設(shè)計(jì)人員還需要對PCB進(jìn)行局部的調(diào)整以及修改，添加必要的標(biāo)注等工作，保證線路板圖功能的實(shí)現(xiàn)。電子時(shí)鐘線路板完成后的PCB如圖3所示。

圖3 電子時(shí)鐘電路自動(dòng)布線完成后的PCB

5 結(jié)語

電子時(shí)鐘電路作為一個(gè)典型的單片機(jī)產(chǎn)品，具有一定的復(fù)雜度以及綜合性。開發(fā)與設(shè)計(jì)的過程中廣泛涉及層次電路原理圖的設(shè)計(jì)思想以及設(shè)計(jì)方法，線路板中各個(gè)元器件封裝的定義以及對于原理圖電氣規(guī)則的檢查。

在線路板的PCB的設(shè)計(jì)部分主要討論分析了人工布局及自動(dòng)布線的一般原則，對于一般電子產(chǎn)品的線路板設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義與示范作用。