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1、课 程 论 文基于ARM的10M以太网通信系统的PCB设计 课程名称 电子线路CAD 姓 名 学 号 专 业 电子信息工程 成 绩 任课老师 上课学期 2010-2011学年第二学期 摘 要电子电路设计是现代信息技术的支柱科学，是从事设计各种元器件、电路设计和电子系统设计与制造的技术性强的学科，也是我国正在大力发展并急需人才的专业技术领域。从事该行业的工程人员具有电子应用于电路设计的基础理论、基本知识和基本技能，具有电子技术、电子信息系统建模、电子电路设计、电子设计自动化工具软件与硬件描述语言应用、微电子技术与半导体制造工艺、集成电路设计和电子设计自动化等方面的综合能力和工程实践能力。对于PC
2、B的设计现在又很多软件，比如Protel 99se，Altium公司的2004版本，Power PCB 5.01，还有Power PCB5.01和Power Logie的组合版（PADS PCB），其中PADS版本是现在最新的软件，国内很少有这方面的工程人员。Protel DXP 2004 集成了世界领先的EDA特性和技术，其主要功能集成了原理图设计、PCB设计、Spice 仿真、VHDL仿真和综合、信号完整性分析和CAM文件的编辑与验证等功能。在一定程度上，Protel DXP 2004打破了传统的设计工具模式，提供了以项目为中心的设计环境，包括强大的导航能力、源代码控制、对象管理、设计变量
3、和多通道设计等高级设计方法。在本次的CAD大作业中，运用Protel DXP 2004 ，绘制基于ARM的10M以太网通信系统的PCB设计。关键词：Protel DXP 2004、封装、PCB图目 录1.Protel原理图的绘制和元件的制作11.1.ARM控制芯片LPC2132的制作11.2.以太网接口芯片RTL8019AS的制作21.3.芯片SP3232的制作31.4.元件NFM39R02C470的制作51.5.元件LF1S022的制作51.6.原理图的绘制过程62.PCB图的绘制和元件封装的制作82.1.ARM控制芯片LPC2132封装的制作82.2.以太网接口芯片RTL8019AS封装的
4、制作92.3.元件LF1S022封装的制作92.4.芯片CAT1025-30封装的制作102.5.PCB图的绘制过程113.心得体会144.参考文献145.附录161. Protel原理图的绘制和元件的制作根据设计完成的基于ARM的10M以太网通信系统的原理图，打开Protel 2004 软件，打开File,选择New，在选择Schematic，讲它保存在同一个文件夹内，并命名。现在可以开始在Schematic里面进行原理图的设计。首先调出Libraries，在这里面查找原理图所需要的元件，常用分立元件在Miscellaneous Devices.IntLib元件库中，一般连接器在Miscel
5、laneous Connectors.IntLib元件库中，而其他的封装元件用Search在Libraries里搜索，找到后将其库文件添加到Libraries中，当所有元件都放置到Schematic上的时候，下面就可以按照电路原理图的要求对其连线。单线用Place中的Wire，总线用Place中的Bus，也可以适当使用Net原理图设计要求简洁、美观、设计完成后保存。由于电路原理图中有一些芯片是元件库中没有的，所以要利用Protel 2004创建所需要的元件，创建元件过程如下。1.1. ARM控制芯片LPC2132的制作根据原理图的需要，绘制LPC2132芯片，首先要在用户界面的菜单栏Proje
6、ct中选择Add New to Project，选择Schematic Library。创建新的一个元件库，在里面绘制所需要的元件。元件原理图如下图1所示。图1 LPC2132元件原理图l 创建过程：1) 在Schematic窗口下选择画图工具，选择矩形框，画出一个大小合适的矩形框。2) 选择画图工具中的Place Pin，放置引脚，注意有电气特性的引脚方向要向外。3) 双击引脚，设置引脚的Properties，在里面可以按需要设置引脚名称，电气特性，如图2所示。图2 LPC2132引脚设置 其他的引脚按照上述三个步骤可以顺利完成，最后保存即可。1.2. 以太网接口芯片RTL8019AS的制作
7、根据原理图的需要，绘制RTL8019AS芯片，首先要在用户界面的菜单栏Project中选择Add New to Project，选择Schematic Library。创建新的一个元件库，在里面绘制所需要的元件。元件原理图对比如下图3所示RTL8019AS是100脚的芯片，制作过程如下；1) 在Schematic窗口下选择画图工具，选择矩形框，画出一个大小合适的矩形框。2) 选择画图工具中的Place Pin，放置引脚，注意有电气特性的引脚方向要向外。3) 放置元件是可以自由转动方向，单击元件，按住左键，按动空格键可以将元件旋转90度。4) 双击引脚，设置引脚的Properties，在里面可以
8、按需要设置引脚名称，电气特性。 图3 RTL8019AS元件原理图图4 RTL8019AS引脚设置1.3. 芯片SP3232的制作根据原理图的需要，绘制SPS3232芯片，首先要在用户界面的菜单栏Project中选择Add New to Project，选择Schematic Library。创建新的一个元件库，在里面绘制所需要的元件。元件原理图对比如下图5所示 图5 SP3232元件原理图创建过程：1) 在Schematic窗口下选择画图工具，选择矩形框，画出一个大小合适的矩形框。2) 选择画图工具中的Place Pin，放置引脚，注意有电气特性的引脚方向要向外。3) 双击引脚，设置引脚的P
9、roperties，在里面可以按需要设置引脚名称，电气特性。4) 元件原理图需要添加文本，可以选择画图工具中的A，添加文档。双击TEXT，可以修改文档名称，然后放置在需要的位置。如图6所示。图6 添加文本1.4. 元件NFM39R02C470的制作根据原理图的需要，绘制NFM39R02C470芯片，首先要在用户界面的菜单栏Project中选择Add New to Project，选择Schematic Library。创建新的一个元件库，在里面绘制所需要的元件。元件原理图对比如下图7所示 图8 NFM39R02C470元件原理图创建过程：1) 由于该元件比较特殊，由两个电阻和一个电容组成，可以
10、利用元件库中的电阻和电容。2) 在Libraries Search中各自找出电阻和电容元件库的路径，打开路径文件，把已有的元件原理图复制到新建的元件库中。3) 按照要求放置元件。 1.5. 元件LF1S022的制作根据原理图的需要，绘制LF1S022芯片，首先要在用户界面的菜单栏Project中选择Add New to Project，选择Schematic Library。创建新的一个元件库，在里面绘制所需要的元件。元件原理图对比如下图9所示。 图9 LF1S022元件原理图创建过程：1) 由于元件是一个网线接头，按照原理图，选择画图工具中的Place Line，在图上画图所需要的线段。2)
11、 由于有网格存在，可能有些线段不能对齐，这时候可以选择删除网格，使用快捷键shift+ctrl+G即可。3) 放置所需的引脚，设置引脚名称及电气特性，最后保存文件。1.6. 原理图的绘制过程 创建原理图所需的元件后，开始原理图的绘制，首先运行软件，在Project文件单击右键，选择Add New to Project中的Schematic。新建一个原理图文件，在主画面上点击右键，选择Options中的Document Option，对原理图纸进行相关的参数设置，如下图10所示。图10 原理图参数设置完成对图纸的参数设置后，需要将创建的原理图库添加到原有的原理图库中，选择Find compone
12、nt中的Libraries，在installed一栏下，选择install，找出新创建的元件库，确认添加。如图11所示。图11 添加新建元件 至此，完成了元件库的添加。接着可以在搜索栏中找到所有需要的元件。放置所需的元件，选择Place Wire按要求连接元件。单击元件，出现虚线后，对着元件按住左键，按空格键可以改变元件的放置方向。 按照上述方法，依照原理图，可以完成原理图的绘制，最终完成绘制原理图如图12所示。图12 最终原理图2. PCB图的绘制和元件封装的制作完成原理图的绘制后，开始制作PCB图，新建一个PCB设计文档，保存和命名与原理图设计的相同，在打开原理图的界面下，执行Design
13、/Update CAD.PcbDoc，在弹出的窗口中选择Execute Changes 按钮，工作区自动切换到CAD.pcbDoc的工作环境。 由于新创建的元件还没有添加封装，因此需要绘制元件封装。元件的封装的需要根据元件的datasheet进行绘制，下面介绍元件封装的绘制。2.1. ARM控制芯片LPC2132封装的制作根据LPC2132的datasheet可知，该元件的封装是LQFP64，该封装是标准封装，因此可以在软件自带的封装库中可以找到相应的封装直接使用。绘制过程如下：1) 新建一个PCB Library到Project中。2) 在libraries Search中选择Protel
14、Footprint，搜索LQFP64，找出封装的路径。3) 打开LQFP64的封装文件，全选封装，选择复制，然后黏贴在新建的PCB Library文件中，如图13所示，选择保存。图13 LQFP64的封装在这里有一个要注意的地方，封装画好后，需要对封装进行定位设置，选择菜单栏的Edit中的set Reference，选择Pin 1 作为定位。这样做的目的是防止在PCB图中移动元件时会出错。2.2. 以太网接口芯片RTL8019AS封装的制作根据RTL8019AS的datasheet可知，该元件的封装是LQFP100，该封装是标准封装，因此可以在软件自带的封装库中可以找到相应的封装直接使用。绘制
15、过程如下：1) 新建一个PCB Library到Project中。2) 在libraries Search中选择Protel Footprint，搜索LQFP64，找出封装的路径。3) 打开LQFP100的封装文件，全选封装，选择复制，然后黏贴在新建的PCB Library文件中，选择保存。2.3. 元件LF1S022封装的制作元件LF1S022是一个网线接口，俗称水晶头，从网上可以查到到该元件的datasheet，根据datasheet里面的尺寸在Protel中画出封装。过程如下：1) 新建一个PCB Library到CAD Project中，保存文件。2) 在主画面中选择Place Pad
16、，放置一个圆盘。双击该圆盘，根据datasheet的尺寸对圆盘进行设置。如图14所示。3) 根据datasheet的要求，还需要设置圆盘间的距离，使用快捷键ctrl+M，可以测量它们之间的距离。如图19所示。4) 按照datasheet的要求把元件封装完成并保存。 图14 设置圆盘的尺寸 图15 设置圆盘间的距离2.4. 芯片CAT1025-30封装的制作根据CAT1025-30的datasheet可知，该元件是直插双列型封装绘制过程如下：1) 新建一个PCB Library到Project中，并保存文件。2) 在主画面中选择Place Pad，放置一个矩形的铜片，双击，可以对其进行必要的参数
17、修改，如图16所示。3) 完成贴片的绘制会，在主画面下方选择Top Overlay一栏，选择Place Line，画出芯片的形状，如图17所示。4) 完成封装绘制，并保存。注意：在移动单元元件时可以事先设置移动一格的距离，使用快捷键ctrl+G可以设置具体数值。图16 矩形铜片的参数设置 图17 芯片的形状至此，完成了所有元件的封装绘制，还需要将封装添加到相应的元件上。具体做法如下。1) 在Schematic Library文件夹下，找到相应的元件原理图库，在SCH Library中双击该元件，在窗口的右下方点击Add Footprint,在PCB Model中选择Browse，找出该元件封装
18、，最后确认。如图18所示。2) 在Schematic Library中对着元件名右键选择Update Schematic Library，保存文件。 图18 将封装添加到元件2.5. PCB图的绘制过程 进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。大多数参数都是可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。 确定电路板的边框，即尺寸大小。在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。注意在绘制电路板地边框前，一定要将当前层设置成keep out层，即禁止布线层。在原理图主画面下，选择菜单栏中的Design
19、中的Update PCB Document to Pcb1.PcbDoc中。软件自动将原理图的封装关联到PCB上，如图19所示。这时可以发现原理图中的一些错误及时纠正。图19 原理图的错误纠正开始时的PCB在PCB板外面，这时需要对PCB板进行重新规定大小，选择菜单栏中的Design里面的Board shape，在选择redefine Board Shape。移动光标，裁定合适的边界。如图20所示。图20 定义PCB板的大小完成对PCB板的规定后，开始布置零件封装的位置，用鼠标选中元件，按住鼠标左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。零件布局，应当从机械结构散热、电磁干扰、将
20、来布线的方便性等方面综合考虑。先布置与机械尺寸有关的器件，并锁定这些器件，然后是大的占位置的器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。元件最终放置位置如图21所示。图21 在PCB板上放置元件最后就是选择布线规则，布线规则是设置布线的各个规范，点击菜单命令Auto Route/Setup对自动布线功能进行设置。接着进行手工初步调整：需加粗的底线、电源线、功率输出线等加粗某几根绕得太多的线重布一下，消除不必要的过孔。布线最终结果如图22所示。图22 最终的PCB板3. 心得体会 学习protel已经是一年前的事了，那时和老师一起搞项目，就自学protel，自己看老师的原理图，根据原理图制作PCB，
21、但是这次大作业的有所不同，需要跟多的专业知识。 制作PCB图虽然网上在这方面的资源很多，但是更多的我还是请假周围的同学。一些常用元件都有自己的封装，而且有时候封装的形式不一样，有贴片式的和直插式的。需要分别开来。在绘制原理图的时候，因为元件比较多，很容易遗漏一些元件间的连接。知道绘制PCB图的时候才发现这些问题。导入PC版的制作，PCB的制作有很多规则，首先要满足可行性看，而且会出现很多很多错误，我就是在纠正错误这个环节用了很多时间，另外就是要节省空间，画出板的大小后，就可以将元件添加进去了，第一次手动布线，花了很长时间还是做不好，最后采用了自动布线，我想，一块好的PCB需要人的手动布线，好的
22、手动布线需要人长时间的训练磨出来的，制作好PCB后是铺地，然后是打印预览。最后完成了这个大作业。作为电路设计必须使用的软件，Protel 2004被现代电子设计者们广泛的使用，我们作为电子信息工程专业的学习者，理应熟练掌握这种实用性好、专业性强的软件。4. 参考文献王玉凤： 电路设计与仿真基于Multisim 8与Protel 2004刘 刚: Protel DXP 2004 SP2原理图与PCB设计万华清： Protel DXP 2004电路设计人民邮电出版社2011版；AbstractElectronic circuit design is the backbone of modern i
23、nformation technology, science, is engaged in the design of various components, circuit design and electronic system design and manufacture of highly technical subjects, but also our human resources is urgently needed to develop and field of expertise. Engineers in the industry with electronic circu
24、it design applied to the basic theory, basic knowledge and basic skills, with electronic technology, electronic information system modeling, electronic circuit design, electronic design automation tools and hardware description language applications, microelectronics and semiconductor manufacturing
25、processes, integrated circuit design and electronic design automation and other aspects of comprehensive ability and engineering practice.For now a lot of PCB design software, such as Protel 99se, Altiums 2004 version, Power PCB 5.01, there is Power PCB5.01 and Power Logie combination version (PADS
26、PCB), which is now the latest version of PADS Software, domestic very few engineers in this area.Protel DXP 2004 incorporates the worlds leading EDA features and technology, its main function integrated schematic design, PCB design, Spice simulation, VHDL simulation and synthesis, signal integrity a
27、nalysis and CAM file editing and verification. To a certain extent, Protel DXP 2004 design tools to break the traditional pattern, provides project-centric design environment, including the powerful navigation capability, source code control, object management, design variables and multi-channel design, advanced design methods. In this great work in the CAD, the use of Protel DXP 2004, drawing 10M Ethernet communication ARM-based PCB design system.Keywords: Protel DXP 2004, package, PCB plans5. 附录PCB原理图16