電路設計軟件應用報告
學院： 通信與電子工程學院
班級： 通信132班
學號：
姓名： 張
指導教師： 李
目錄
Altium Designer 簡介3
一、實習目的3
二、實習內容4
三、系統硬件電路的功能描述4
3.1 系統硬件功能的總體描述4
3.2分部分的硬件功能描述4
四、 典型元件原理圖庫、PCB庫的設計方法7
4.1原理圖繪制過程7
4.2、PCB的生成13
五、實習心得體會15
六、參考文獻16
附圖：總原理圖及PCB附圖（A3格式）
Altium Designer簡介
Altium Designer系統是Altium公司于2006年年初推出的一種電子設計自動化(Electronic Design Automation，EDA)設計軟件。該軟件綜合電子產品一體化開發所需的所有必須技術和功能。Altium Designer 在單一設計環境中集成板級和FPGA系統設計、基于FPGA和分立處理器的嵌入式軟件開發以及PCB版圖設計、編輯和制造，并集成了現代設計數據管理功能，使得Altium Designer成為電子產品開發的完整解決方案。 隨著電子工業的飛速發展和電子計算機技術的廣泛應用，促進了電子設計自動化技術日新月異。特別是在20世紀80年代末期，由于電子計算機操作系統Windows的出現，引發了計算機輔助設計(Computer Aided Design CAD)軟件的一次大的變革，紛紛臣服于Microsoft的Windows風格，并隨著Windows版本的不斷更新，也相應地推出新的CAD軟件產品。 在電子CAD領域，Protel Technology (Altium的前身)公司在EDA軟件產品的推陳出新方面扮演了一個重要角色。 20世紀80年代末，Windows系統開始日益流行，許多應用軟件也紛紛開始支持Windows操作系統。Protel也不例外，相繼推出了Protel For Windows 1.0，Protel For Windows 1.5等版本。這些版本的可視化功能給用戶設計電子線路帶來了很大的方便，設計者不用再記一些煩瑣的命令，這也讓用戶體會到資源共享的樂趣。 20世紀90年代中期，Windows 95開始出現，Protel也緊跟潮流，推出了基于Windows 95的3.X版本。3.X版本的Protel加入了新穎的主從式結構，但在自動布線方面卻沒有什么出眾的表現。另外，由于3.X版本的Protel是16位和32位的混合型軟件，所以不太穩定。 Altium Designer作為最佳的電子開發解決方案，Altium Designer將電子產品開發的所有技術與功能完美地融合在了一起，其所提供的設計流程效率是傳統的點式工具開發技術所無法比擬的。與以前的Protel版本相比較，Altium Designer的主要特點及功能如下： 1.一體化的設計流程 2.增強的數據共享功能 3.可編程器件的充分利用 4.完全的約束驅動設計 5.結構化的設計輸入 6.面向各種處理器的嵌入式軟件設計 7.高密板和高速信號設計的支持 一、實習目的 掌握一種電路原理圖與電路板的繪制方法是電類工程師的必備條件。本實習可使用軟件工具Altium Designer9.0以上版本（或Protel99SE或POWERLOGIC、PADS）。本實習的教學任務是通過實際操作練習，使學生掌握利用電路設計軟件繪制各種電路板原理圖的方法，SCH部分應掌握： 軟件界面和基本操作；元件封裝的設計； 原理圖設計的基本操作；系統工作環境的設置等基本應用。學會繪制的技巧和了解設計各種實際應用電路的方法，同時可以進行PCB設計。 二、實習內容 結合以前所學課程（例如模擬電路、數字電路、單片機、電子設計自動化、通信原理等）設計一個系統，繪制具有一定復雜度的電路原理圖。要求如下： 1）所給出的原理圖設計應有系統的理論完整性，應該包含類似晶振、復位電路等構成基本系統的元件，并且給出其合理的取值。 2）此系統至少包含不同型號的8腳以上（含8腳）的芯片器件（例如89c51等，相同型號的多個芯片算一個）數量不少于4個，從而能夠可以從硬件上完成2-3種以上可以描述的硬件功能。 特別說明： 諸如以下的多腳非芯片不計入其中，例如液晶（LCDxx）、鍵盤（Keyxx）、下載接口（JTAG、ISP、IAP等）、擴展接口（CONxx、Headerxx、Jxx）、七段數碼管等非芯片接口不計入芯片數量。如果有擴展RAM或ROM只能最多選擇擴展其中之一的功能。 3）根據自己設計的系統，設計部分芯片的原理圖封裝，按照設計繪制正確的原理圖。 4）根據設計的原理圖設計PCB圖（可選，加分項）
三、系統硬件電路的功能描述 3.1 系統硬件功能的總體描述 本次設計的電路可以實現AD轉換，ROM存儲空間的擴展以及單片機與外設直接實現串口通信的功能，本電路設計包含晶振和復位電路。 3.2分部分的硬件功能描述 圖3-1
本部分是總體電路部分的核心。主要由51單片機，時鐘電路和復位電路組成。采用內部時鐘方式，AT89C51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，它的輸入端為XTAL1,輸出端引腳為XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調電容，構成一個穩定的自激振蕩器，上圖左半部分是AT89S51內部時鐘方式的電路。C1和C2的典型值通常選擇為30pF。電容大小會影響振蕩器頻率高低、振蕩器的穩定性和起振的快速性。晶振頻率范圍通常是1.2～12MHz。晶體頻率越高，單片機速度就越快。速度快對存儲器的速度要求就高，印制電路板的工藝要求也高，即線間的寄生電容要小。晶體和電容應盡可能與單片機靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩定、可靠地工作。為提高溫度穩定性，采用溫度穩定性能好的電容。 常選6MHz或12MHz的石英晶體。隨著集成電路制造工藝技術的發展，單片機的時鐘頻率也在逐步提高，已達33MHz。按鍵手動復位有電平和脈沖兩種方式。本設計用的按鍵式電平復位電路。又在P1.7口接了一個LED燈，主要作用是工作指示燈。當單片機上電時，將P1.7設置為低電平，則指示燈亮，說明單片機正常工作。 圖3-2
本模塊是實現AD轉換的功能，在輸入端輸入模擬量，在輸出端則是轉化為數字量。A/D轉換器把模擬量轉換成數字量，以便于單片機進行數據處理。 目前單片的ADC芯片較多，對設計者來說，只需合理的選擇芯片即可。現在部分的單片機片內集成了A/D轉換器，在片內A/D轉換器不能滿足需要，還是需外擴。另外作為擴展A/D轉換器的基本方法，應當掌握。 盡管A/D轉換器的種類很多，但目前廣泛應用在單片機應用系統中的主要有逐次比較型轉換器和雙積分型轉換器，此外-Δ式轉換器逐漸得到重視和較為廣泛的應用。 逐次比較型A/D轉換器，在精度、速度和價格上都適中，是最常用的A/D轉換器。 隨著超大規模集成電路技術的飛速發展，A/D轉換器的新設計思想和制造技術層出不窮。為滿足各種不同的檢測及控制任務的需要，大量結構不同、性能各異的A/D轉換芯片應運而生。目前，除并行輸出A/D轉換器外，隨著單片機串行擴展方式的日益增多，帶有同步SPI串行接口的A/D轉換器的使用也逐漸增多。串行輸出的A/D轉換器具有占用端口線少、使用方便、接口簡單等優點。 圖3-3 AT89S51串行口的輸入、輸出均為TTL電平。抗干擾性差，傳輸距離短，傳輸速率低。為提高串行通信的可靠性，增大串行通信的距離和提高傳輸速率，都采用標準串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等。根據通信距離和抗干擾性要求，可選擇TTL電平傳輸、RS-232C、RS-422A、RS-485串口進行串行數據傳輸。 本模塊是利用單片機外擴的RS232串口電路，實現單片機與外設之間的串口通信。在測控系統中，由于單片機的數據存儲容量和數據處理能力都較低，所以一般情況下單片機通過串行口與PC機的串行口相連，把采集到的數據傳送到PC機上，再在PC機上進行數據處理。 由于單片機的輸入輸出是TTL電平，而PC機配置的都是RS-232標準串行接口，為9針“D”型連接器（插座），如圖3-4所示。由于兩者的電平不匹配，必須對單片機輸出的TTL電平轉換為RS-232電平。 圖3-4
圖3-5 AT89C51單片機與EPROM的硬件接口電路，圖3-5為外擴了16KB的EPROM 27128的電路圖。由于只擴展了一片EPROM，所以片選段CE’ 直接接地，也可接到某一高位地址線進行線選，當然也可以接到某一地址譯碼器的輸出端。
四、 典型元件原理圖庫、PCB庫的設計方法 4.1原理圖繪制過程 1) 建立工程 方法一：選擇菜單File\Project\PCB Project。 方法二：單擊File工作面板中New區域下的Blank Project(PCB) 。 方法三: 單擊Home工作區窗口中的Printed Circuit Board Design，在新出現的窗口中單擊New Blank PCB Project。 圖4-1 圖4-2
在Project工作面板中新建的項目文件上單擊右鍵或在Project按鈕上單擊，然后在彈出的快捷菜單中選擇Save Project，如上圖所示； 2) 建立原理圖 建立項目文件后,就可以在該項目文件下新建原理圖文件(SCH)了。 方法一：執行菜單命令File\New\Schematic。 方法二：單擊File工作面板中New區域下的Schematic Sheet。 圖4-3 單擊工具欄中存盤按鈕 或選擇菜單File\save,系統將會彈出文件保存對話框,如下圖所示,在對話框中選擇保存路徑并輸入文件名稱,單擊保存。  圖4-4一般情況下，在結束設計退出軟件之前，應依次關閉打開的文件和項目。關閉文件可以選擇菜單File\Close或在欲關閉的文件標簽上單擊鼠標右鍵從彈出的快捷菜單中選擇Close*** （***為文件名）；關閉項目文件時，在圖所示的快捷菜單中選擇Close Project。如果文件或項目未保存則提示存盤。 采用類似的方法，可以新建并保存或關閉PCB文件，PCB庫文件，集成元件庫等。 原理圖的操作步驟: 1、創建原理圖文件：在當前項目中創建原理圖文件。 2、配置工作環境：設置圖紙的大小、方向和標題欄，也可以根據需要配置個性化的設計界面。 3、放置電路元器件：在原理圖圖紙空間中添加電路所需的元件、其他電氣對象和非電氣對象。其中的元件可以從原理圖庫文件中獲取，對于庫中沒有的元件，可以自行創建。要使原理圖能夠生成正確的用于制作印刷電路板的網絡表文件，需要對元件的電氣特征進行相關設置。 4、布局原理圖：要使電路原理圖規范、美觀、便于布線、減少錯誤，需要對原理圖中各個元件的位置進行合理的布局。 5、原理圖布線：在各個元件管腳之間添加具有電氣連接特性的連接線。 6、電氣檢測和調整：檢測原理圖有無錯誤，并對出錯的內容進行修改和調整。 7、輸出報表：使用各種報表工具生成包含原理圖文件信息的報表文件。其中，最重要的是網絡表文件。 8、保存原理圖文件：將設計完成的原理圖文件保存到磁盤中。 9、打印圖紙：根據需要打印規范化的原理圖紙。 3) 原件庫的操作 對于元件和庫文件的各種操作，Altium Designer Summer 09系統中專門提供了一個直觀靈活的【庫…】面板 圖4-5
直接加載元件庫 執行【設計】/【添加/移除庫】命令或在【庫…】面板上，單擊左上角的 “庫…”按鈕，則系統彈出如圖4-6所示的【可用庫】對話框。 圖4-6【可用庫】對話框
對話框中有3個選項卡，【工程】中列出的是用戶為當前工程自行創建的元件庫，【已安裝】中列出的則是系統當前可用的元件庫。 
在【工程】選項卡中單擊“添加庫”按鈕，或者在【已安裝】選項卡中單擊“安裝”按鈕，系統彈出如圖4-6所示的元件庫瀏覽窗口。 圖4-7 圖4-8
查找元件并加載相應的元件庫 打開【庫…】面板，單擊“搜索”按鈕，系統彈出【搜索庫】對話框。 在【域】列表框的第一行選擇“Name”， 在【運算符】列表框中選擇“contains”，在【值】列表框中輸入元件的全部名稱或部分名稱 ，如“AD9850”。設置【搜索】類型為：“Components”，選中【庫文件路徑】單選框，此時，【路徑】文本編輯欄內顯示系統所提供的默認路徑：“C\PROGRAM FILES\ALTIUM DESIGNER SUMMER 09\Library\”，如圖4-8所示。單擊“搜索”按鈕后，系統開始查找。 查找結束后的【庫…】面板如圖4-9所示。可以看到，符合搜索條件的元件只有1個，其原理圖符號、封裝形式等顯示在面板上，用戶可以詳細查看。 圖4-9 單擊【庫…】面板右上方的“Place”按鈕，則系統會彈出提示框，以提示用戶：要放置的元件所在的元件庫為“AD RF and IF Frequency Synthesiser.IntLib”，并不在系統當前可用的元件庫中，詢問是否將該元件庫進行加載。 單擊“是”按鈕，則元件庫“AD RF and IF Frequency Synthesiser.IntLib”被加載。此時，單擊【庫…】面板上的“庫…”按鈕，可以看到。在【可用庫】對話框中，“AD RF and IF Frequency Synthesiser.IntLib”已成為可用元件庫，如圖4-10所示。 圖4-10 4）原理圖中元件庫的操作 當繪制原理圖時，常常在放置元件之前，需要添加元件所在的庫。因為元件一般保存在一些元件庫中，這樣能很方便用戶設計使用。盡管Altium Designer Summer 09內置的元件庫已經相當完整，但是在繪制原理圖的時候還是會遇到一些在庫中找不到的元件，比如某種很特殊的元件或新出現的元件。 因此，Altium Designer Summer 09提供了一個完整的創建元件庫的工具，即元件庫編輯管理器，使用戶能夠隨心所欲地編輯符合自己要求的庫元件，并可建立相應的庫文件，加入到工程中，使得工程自成一體，便于工程數據的統一管理，也增加了其安全性和可移植性。本章中將詳細介紹如何制作元件、元件的封裝及新建一個庫，以及輸出相應的文件報表。 當繪制原理圖時，常常在放置元件之前，需要添加元件所在的庫。因為元件一般保存在一些元件庫中，這樣能很方便用戶設計使用。盡管Altium Designer Summer 09內置的元件庫已經相當完整，但是在繪制原理圖的時候還是會遇到一些在庫中找不到的元件，比如某種很特殊的元件或新出現的元件。 因此，Altium Designer Summer 09提供了一個完整的創建元件庫的工具，即元件庫編輯管理器，使用戶能夠隨心所欲地編輯符合自己要求的庫元件，并可建立相應的庫文件，加入到工程中，使得工程自成一體，便于工程數據的統一管理，也增加了其安全性和可移植性。本章中將詳細介紹如何制作元件、元件的封裝及新建一個庫，以及輸出相應的文件報表。 啟動原理圖庫文件編輯器有多種方法，通過新建一個原理圖庫文件，或者打開一個已有的原理圖庫文件，都可以進入原理圖庫文件的編輯環境中。 執行【文件】/【新建】/【庫】/【原理圖庫】命令，則一個默認名為“SchLib1.SchLib”原理圖庫文件被創建，同時原理圖庫文件編輯器被啟動，如下圖所示:
圖4-11 原理圖符號繪制工具欄 單擊實用工具中的  ，則會彈出相應的原理圖符號繪制工具欄，如圖3-2所 示。其中各個圖標的功能與【放置】級聯菜單中的各項命令具有對應的關系，如下圖所示： 圖4-12 圖4-13
【SCH Library】面板是原理圖庫文件編輯環境中的專用面板，用來對當前原理圖庫中的所有元件進行編輯和管理，如下圖所示：
圖4-14
用戶要建立自己的原理圖庫，一種方式是自己創建各種庫元件，繪制其原理圖符號并編輯相應屬性，就象前面我們所做的一樣；還有一種方式是把現有庫文件中的類似元件復制到自己的庫文件中，直接使用或者在此基礎上再進行編輯修改，創建出符合自己需要的原理圖符號，這樣可以大大提高設計效率，節省時間和精力。 復制庫元件 把集成庫“TI Logic Decoder Demux.IntLib”中的元件“SN74LS138N”復制到前面所創建的原理圖庫“電路設計課設.SchLib”中。 打開原理圖庫“電路設計課設.SchLib”。 執行【文件】/【打開】命令，找到“C：\Program Files\Altium Designer Summer 09\Library\Texas Instruments”目錄下的庫文件“TI Logic Decoder Demux. IntLib”，如圖4-15所示。
圖4-15
4.2、PCB的生成 要先新建PCB工程如圖4-16所示。 
圖4-16 然后執行編譯操作，如圖4-17，結果應如圖4-18。 圖4-17 圖4-18 然后點擊設計->Update PCB Document 圖4-19 最終布線結束生成圖如下所示 圖4-20
五、實習心得體會 通過這次課程設計讓我學會并熟悉了Altium designer 這一軟件的應用，包括原理圖、原理圖相應的元件庫的建立以及PCB的生成和布線應注意的問題等都更加熟悉。 在制圖過程中遇到了許多問題，比如，第一次接觸這個軟件很多地方都不知道，花了較多時間熟悉軟件功能，而且自己在網上找到的許多庫里的元件沒有封裝，在最后生成PCB的時候無法正常生成，因此又重新找了對應的芯片替換。還有在編譯過程中發現了許多錯誤和警告，在我一個個對照百度搜索了錯誤的內容之后一點點地修改好了原理圖，最后進行PCB的繪制。在PCB布線之前的元器件的擺放很有講究，要盡可能的減少線的交集，因為雙面板子線如果交叉沒辦法正常生成板子，所以在調整元器件位置時候需要耐心。并適當用空格鍵旋轉器件減少線的交叉。最后自動布線就可以了。 本課題所繪制的原理圖，是利用單片機和AD轉換模塊、RS232串口電路模塊和存儲器擴展模塊四個部分來實現AD轉換，ROM存儲空間的擴展以及單片機與外設直接實現串口通信的功能，本電路設計包含晶振和復位電路。 本次課程設計加強了我運用軟件的能力，熟練了我對實驗設備的調試能力，也鍛煉了我檢錯能力，收獲頗豐。我接觸到了很多新的知識，也回顧了部分學過的內容，這幾天過的非常充實，也很有意義。在很多次失敗之后，通過自己的努力和不斷摸索讓我明白了最什么事情都要有耐心，不怕困難，勇往直前。這樣肯定能鍛煉自己的解決問題的能力，讓自己在未來的學習和工作中有更多的實踐經驗。當然過程中還存在些許不足之處，不足之處還望老師能批評指正，謝謝！
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2018-7-6 07:36 上傳
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