求1电子CAD实习报告
摘要
这门课程主要是为学习而设计的。本文主要分析了MP3播放器的原理和硬件，并根据设计要求重新设计了一款MP3播放器。本文从元器件的选择入手，介绍了其原理图、印刷电路板、利用Protel99软件进行调试和焊接。
设计论文
三、MP3播放器示意图
1和Protel 99 SE软件简介
Protel99SE是Protel公司近10年来致力于开发Windows平台的最新结晶，可以实现从电气概念设计到实物生产数据输出的所有分析、验证和设计数据管理。所以今天最新的Protel产品已经不是一个简单的PCB(印刷电路板)设计工具，而是一个系统工具，涵盖了以PCB为核心的整个物理设计。最新版本的Protel软件可以毫无障碍地读取Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司设计文档，让用户顺利过渡到新的EDA平台。
Protel99 SE***分为五个模块，分别是原理图设计、PCB设计(包括信号完整性分析)、自动布线器、原理图混合信号仿真和PLD设计。以下是Protel99SE的一些最新功能:
l可以生成30多种格式的电气连接网络表。
l强大的全局编辑功能；
l选择原理图中的第一级器件，PCB中相同的器件也会被选择；
l同时运行原理图和PCB，允许在打开的原理图和PCB图之间双向交叉搜索元件、管脚和网络。
l可用于正向标注元件标签(从原理图到PCB ),也可用于反向标注(从PCB到原理图),以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；
l满足国际设计要求(包括国标标题栏和GB4728国标库的输出)；*方便易用的混合数模仿真(兼容spice 3 f 5)；
l用CUPL语言和原理图支持PLD的设计，生成标准的JED下载文件；* PCB可设计32个信号层，16个电源-接地层，16个加工层；
l强大的“规则驱动”设计环境，符合在线和批量设计规则检查；
1智能镀铜功能，铀镀层可自动重铺；
l提供大量工业标准电路板作为设计模板；
l放置汉字的功能；
l能输入输出DXF和DWG格式文件，实现与AutoCAD等软件的数据交换；l智能封装导航(对构建复杂的PGA和BGA封装非常有用)；
便捷的打印预览功能，无需修改PCB文件即可直接控制打印结果；
l独特的3D显示，可以看到制板前组装东西的效果；
l强大的CAM处理，让您轻松输出光图档、物料清单、钻孔档、贴片机档、测试点报告等。
l充分验证的传输线特性和精确的计算算法，信号完整性分析直接从PCB开始；
反射和串扰模拟的波形显示结果与方便的测量工具相结合；
l专家导航帮你解决信号完整性问题。
2、示意图制作
介绍Protel 99se软件，利用该软件可以实现电路原理图。在设计点图中，一页设计图可能画不出来，这就需要使用层次化的电路设计。设计步骤如下:
(1)，在电脑操作界面双击Protel 99的窗口，就会出现Protel 99 se设计的界面。
点击右上角的“文件File”，点击“新建设计..”在下拉菜单中弹出如下窗口。在下一步中，您可以单击“浏览”来更改文件的保存路径，或者直接单击“确定”将文件保存在默认文件夹“d \ design explorer Protel 99 se \ exemplars”中。弹出这样一个窗口，点击“文件”中的“设计”，双击，再双击，这样原理图编辑框就做好了。
(2)在下面的窗口中编辑原理图，单击“浏览Sch”选项卡，然后连续单击主工具栏中的(放大)(缩小)或键盘按钮中的“上一页”(放大)和“下一页”(缩小)，直到原理图编辑区出现一条大小适中的可视“网格线”进行操作。
(3)日常设计中，原理图一般设置为A4图，方便打印。单击“设计...”在工作界面中会出现一个下拉框。单击“选项...”并在弹出窗口中选择它以更改绘制样式。接下来，将元件放入原理图编辑区域，并首先添加元件库。点击左边的“添加\移动”可以添加相应的元件库，这样就可以很方便的添加元件库了。当然也有组件库中没有的组件，需要自己做。您可以创建自己的组件库或对原始组件库进行修改！最好是自己创造。本设计中:需要设计AT89C51，K9F2080，MAX3232，CS4330。具体例子见原理图。
(4)对于本次设计的MP3播放器电路，可能不是一张图就能完成的，所以采用了分层电路设计。分层电路设计中最关键的是整体设计文件的扩展名是”。Pij "(项目文件)而不是"。sch”(电路图见附录一)。第二步，从总体设计中的“闭塞电路I\O口”生成电路图。然后从组件库中调出组件放入原理图编辑区，分别放置，根据设计要求按要求连接组件。(电路图见附录一)
5)连接电路图后，点击操作框“编辑...”中出现的下拉框，然后点选「汇出至跨页...」(附录II)修改表中的元素“标志符”和“足迹”。
“零件类型”的参数修改。然后，单击“更新数据...”在当前操作页面中的"文件"。返回原理图操作页面，点击“创建网络表...”在“设计”(附录三)中。
四、MP3播放器PCB板的制作
用PROTEL99设计电路板的基本过程
一、电路板设计的前期工作
1.使用逻辑示意图设计工具绘制逻辑示意图，并生成相应的网络表。当然，在一些特殊情况下，比如电路板比较简单，网络表已经有了，可以直接进入PCB设计系统，不需要设计原理图。在PCB设计系统中，您可以直接访问零件包装并手动生成网络表。
2.手动更改网络表，将不在某些元件原理图上的焊盘(如固定引脚)定义到与之相连的网络，没有任何物理连接的可以定义到地或保护地。将部分原理图与PCB封装库引脚名称不一致的器件引脚名称改为与PCB封装库引脚名称一致，尤其是二极管和三极管。
第二，画出非标准器件的自定义封装库。
建议把你画出来的器件都放到自己PCB库的专用设计文件里(比如AT89C51封装图)。
第三，设置PCB设计环境，画出中间镂空的印刷电路板框。
1.进入PCB系统后的第一步是设置PCB设计环境，包括设置网格大小和类型、光标类型、板参数、布线参数等。大部分参数可以使用系统默认值，这些参数设置好之后，符合个人习惯，以后不需要修改。
2、规划电路板，主要是确定电路板的边框，包括电路板的尺寸等等。在需要放置固定孔的地方放置合适尺寸的垫片。对于3mm的螺丝，可以使用外径为6.5~8mm，内径为3.2~3.5mm的垫片。对于标准板，它们可以从其他板或PCB izard转移。
注意:在绘制电路板边框之前，必须将当前层设置为禁止层，即禁止布线层。
4.打开所有要使用的PCB库文件后，转移网络表文件，修改零件包装。
这一步是非常重要的环节。网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计和印象电路板设计的接口。只有在加载了网络表之后，才能对电路板进行布线。
在方案设计过程中，ERC检测不会涉及零件的包装。因此，在方案设计中可能会忘记零件的包装，在引入网络表时可以根据设计情况修改或补充零件的包装。
当然，也可以直接在PCB中手工生成网络表，指定器件封装。
布局零件包装的位置，也称为零件布局。
Protel99可自动或手动排版。如果执行自动布局，运行“工具”下的“自动布局”。您需要对这个命令有耐心。布线的关键是布局，大部分设计师都是用手工布局。用鼠标选择一个组件，按住鼠标左键，将该组件拖动到目标位置，释放鼠标左键并固定该组件。Protel99在布局方面增加了一些技巧。新的交互式布局选项包括自动选择和自动对齐。使用自动选择方法，可以快速收集相似的封装元件，然后旋转、展开并排列成组，然后将它们移动到板上所需的位置。简单布局完成后，使用自动对齐来整齐地扩展或收缩一组打包的相似组件。
提示:在自动选择过程中，使用Shift+X或Y和Ctrl+X或Y来扩展和收缩所选元件的X和Y方向。
注:零件布局要从机械结构散热、电磁干扰、以后布线方便等方面综合考虑。首先，安排并锁定与机械尺寸相关的设备。
七、布线规则设置
布线规则是设置布线的各种规格(如使用级别、各组线宽、过孔间距、布线拓扑结构等。可以通过设计规则菜单从其他板导出，然后导入到该板中)。这个步骤不需要每次都设置，可以根据个人习惯设置一次。
选择设计-规则一般需要重置以下几点:
1，净空限制(布线标签)
它规定了电路板上不同网络的路由焊盘和过孔之间必须保持的距离。一般板可以设置为0.254mm，空板可以设置为0.3mm，密插线板可以设置为0.2-0.22mm，少数印制板厂家的产能是0.1-0.15 mm，如果能得到他们的同意，可以设置这个值。0.1mm以下绝对禁止。
2.路由级别和方向(路由标签的路由层)
3.过孔形状(通过布线标签样式布线)
它规定了手工和自动布线时自动生成的过孔的内径和外径，分为最小值、大值和优选值，其中优选值最重要，下同。
4.线宽(路由标签的宽度限制)
它规定了手动和自动布线的宽度。整板范围偏好一般为0.2-0.6mm，增加了一些网络或网类线宽设置，如地线、+5V电源线、交流电源输入线、电源输出线、电源组等。网络组可以预先在设计网表管理器中定义。一般地线的宽度可以是1mm，各种电源线的宽度可以是0.5-1mm。印制板上的线宽和电流的关系大约是每毫米线宽允许1安培的电流。详见相关资料。在自动布线中，当线径的首选值对于要布线的SMD焊盘过大时，它会自动收缩到最小宽度和进入SMD焊盘时焊盘宽度之间的一段，其中Board是整个板上的线宽约束，其优先级最低，即首先满足网络和网络组的线宽约束条件。
5.镀铜连接形状的设定(制造标签的多边形连接方式)
建议减压连接的导体宽度为0.3-0.5 mm，四根线为45或90度。
其他项目通常可以使用其原始默认值，而诸如布线的拓扑结构、电源层之间的距离以及具有匹配连接形状的网络长度等项目可以根据需要进行设置。
选择工具-首选项，其中选项栏的交互路由选择推送障碍(遇到不同网络的路由时，忽略障碍穿越，避开障碍阻挡)模式，选择自动移除(自动删除冗余路由)。默认栏中的轨道和过孔也是可以更改的，所以一般没必要去碰它们。
将填充层放在不需要布线的区域，比如散热器和水平二脚晶振下面的布线层，如果需要锡，将填充层放在顶部或底部焊料的相应位置。
布线规则的设定也是印刷电路板设计的关键之一，需要丰富的实践经验。
八、自动接线和手动调节
1.点击菜单命令自动布线/设置，设置自动布线功能。
选择除添加测试点外的所有项目，尤其是锁定所有预布线选项，布线网格可选择为1mil。在自动布线开始之前，PROTEL会给你一个推荐值。您可以忽略它或将其更改为推荐值。这个值越小，板在100%布线越容易，但难度越大，耗时越长。
2.单击菜单命令自动布线/全部启动自动布线。
如果不能完全布局一般规则，可以继续手动做或者撤销一次(不要使用撤销所有布线功能，会删除所有预布线和空闲的焊盘和过孔)，然后调整布局或布线规则，重新布线。完成后进行DRC，并纠正任何错误。在布局布线过程中，如果发现原理图有误，应及时更新原理图和网络表，手动更改网络表(同第一步)，重新安装网络表后再进行铺设。
3.手动调整接线。
需要加粗的地线、电源线、电源输出线要加粗，一些缠绕过多的线要重新整理，去掉一些不必要的过孔，用VIEW3D功能再检查一遍实际效果。在手动调整时，可以选择工具-密度图来检查布线密度。红色最密，黄色次之，绿色较松。读完后，按键盘上的End键刷新屏幕。一般来说，红色的部分要调得松一些，直到变成黄色或绿色。
9.切换到单层显示模式(单击菜单命令工具/首选项，并在对话框的显示栏中选择单层模式)。
将各布线层的电线拉整齐美观。手动调节的时候要一直做DRC，因为有时候有些电线会断开，你可能会从断开点中间走上几根电线。快完成的时候，可以把每个布线层分别打印出来，供换线时参考，而且要经常使用3D显示和密度图功能查看。
最后，取消单层显示模式，保存。
X.如果设备需要重新标记，单击菜单命令工具/重新标注并选择方向，然后按确定按钮。
并返回到原理图，选择工具-返回注释并选择新生成的*。WAS文件，然后按确定按钮。为了美观，原理图中的一些标签应该再拖放一次。调整好所有标签，DRC通过后，将丝印图层的所有字符拖放到合适的位置。
注意，尽量不要将字符放在元件下方或过孔焊盘上方。对于过大的字符，可以适当缩小，钻绘层可以根据需要放一些位坐标和位维度。
最后放上印版名称、设计版号、公司名称、文件首次处理日期、印版文件名、文件处理号等信息。(请参考第五步的图)。可以通过第三方提供的程序添加图形和中文注释，如BMP2PCB.EXE和弘视公司的ROTEL99和PROTEL99SE专用PCB汉字输入包中的FONT.EXE。
XI。用眼泪填满所有过孔和焊盘。
补充眼泪可以增加他们的牢度，但是会让棋盘上的线条难看。依次按下键盘的S和A键(全选)，然后选择工具-泪滴，选择常规栏的前三个，选择添加和跟踪模式。如果不需要将最终文件转换成PROTEL的DOS板格式文件，也可以使用其他模式，然后按OK键。完成后，依次按下键盘的X和A键(未选择)。对于补丁和单面板，一定要添加。
12.放置覆铜区域
将设计规则中的安全间距临时更改为0.5-1mm，并清除错误标记。选择Place-Polygon Plane或点击每个布线层上的覆铜地线网络(尽量用八角形而不是弧形包裹焊盘。最后如果要转换成DOS文件，必须选择使用八边形)。设置完成后，再按一次OK键，画出要覆铜区域的边框，最后一条边可以留白。直接按鼠标右键开始覆铜。默认情况下，它认为你的起点和终点总是由一条直线连接。当电路频率较高时，栅格尺寸可以大于轨道宽度，覆盖栅格线。
相应地放置剩余布线层的铜包层，观察某一层上没有铜包层的大区域，在其他层上有铜包层的地方放一个过孔，双击铜包层区域中的任意一点并选择一个铜包层，直接单击确定，然后单击是更新这个铜包层。几个覆铜层重复几次，直到每个覆铜层都是满的。将设计规则中的安全间距改回原始值。
十三，终于又做DRC了。
选择间隙约束最大/最小宽度约束短路约束和未布线网络约束，并按下运行DRC按钮纠正任何错误。一切无误后保存。
十四、对于支持PROTEL99SE格式(PCB4.0)处理的厂商，此文件可以导出为*。边看文件目录边看PCB文件；对于支持PROTEL99格式(PCB3.0)处理的制造商，该文件可以保存为用于DRC的PCB 3.0二进制文件。通过后不保存退出。将此文件导出为*。查看文档目录时的PCB文件。目前大量厂商只能在DOS下制作PROTEL AUTOTRAX绘制的板卡，所以要生成一个DOS板卡的PCB文件，以下步骤必不可少:
1.将所有mechanical图层内容更改为mechanical图层1，将网络表导出为*。NET文件，并将PCB导出为*。查看此PCB文件时，PCB文件为PROTEL PCB 2.8 ASCII文件格式。
2.用PROTEL FOR WINDOWS PCB 2.8打开PCB文件，在文件菜单中选择另存为，选择Autotrax格式保存为可以在DOS下打开的文件。
3.在DOS下用PROTEL AUTOTRAX打开这个文件。可能需要再次拖放单个字符串或调整其大小。所有上下放置的两条腿的面片组件都可能导致pad X-Y的大小互换，所以要逐个调整。大型四柱贴片IC也会交换所有焊盘X-Y，只能自动调一半，然后手动一个一个换。请随时保存，这个过程容易出现人为失误。PROTEL DOS板没有撤销功能。如果你之前盖了铜，选择了用弧线包裹焊盘，现在所有的网络基本都是连在一起的，手工一个一个的删除修改这些弧线是很累的，所以建议你一定要用八角形包裹焊盘。这些都完成后，使用上面导出的网络表作为DRC路由中的分隔设置，数值要比WINDOWS板下的小。如果有任何错误，纠正它，直到所有DRC通过。
十四、你也可以直接生成GERBER和钻孔文件并提交给制造商进行文件-CAM管理并按Next & gt扣出六个选项，Bom是元件清单，DRC是设计规则检验报告，Gerber是光绘图文件，NC Drill是钻孔文件，Pick Place是自动取放文件，Test Points是测试点报告。选择Gerber，按照提示一步一步操作。与生产过程能力相关的一些参数需要由印版制造商提供。直到你按下完成键。在生成的Gerber Output 1上单击鼠标右键，选择插入NC Drill添加钻孔文件，然后单击鼠标右键选择生成CAM文件生成真实的输出文件。光绘图文件可以导出后，用CAM350打开并检查它们。注意，电源层是负输出。
15.发邮件或复印件给加工厂，注明板材的材质和厚度(制作一般板材时，厚度为1.6mm，特大板可以2mm，射频用微带板一般在0.8-1mm左右，并给出板材的介电常数等指标)、数量、加工时需要特别注意的事项等。邮件发出后两小时内给厂家打电话确认是否收到。
十六。生成BOM文件并导出，编辑成符合公司内部规定的格式。
十七。将车架螺孔连接件等与底盘加工相关的零件(即先选择其他不相关的零件再删除)导出为AutoCAD R14的公制尺寸DWG格式文件，供机械设计人员使用。
设计总结
本课程设计的主题是“MP3播放器的硬件电路设计”。主要思路是从MP3播放器的原理描述，元器件的选择，原理图的绘制，PCB板的制作开始，但本次设计重点是绘制原理图和制作PCB板两个步骤。
设计内容中提到的MP3播放器的原理描述及其元器件的选择都可以从网上搜到，这里不再赘述。
在绘制本课程设计原理图的过程中，MP3原理设计的框图比较大，宜采用多模块电路设计，将电路分为MCU(微处理器控制单元)、解码电路模块和音频电路模块。应用多模块电路设计有点困难。毕竟老师上课没讲解，这就需要你自己去学了。正是因为去年选修了一门课，加上自己的参考书来设计分级电路，所以最重要的一步就是分级电路的扩展需要改变，而这往往是设计分级电路的关键。如果没有这种改变，分级电路中的块将不能产生相应的电路图。
在绘制模块电路图时，MCU(微处理器控制单元)和解码电路模块先添加元器件，然后对应电路中的AT89C51、K8F2080、MAX3232和CS4330在原元器件库中找不到，只好创建元器件。原理图画出来后，我以为所有的元件都是用电线连接，但考虑到太复杂，在王老师的提示下，我用了网络标签连接。在这一点上，由于我的疏忽，在绘图工具中添加了文字，所以结果不言而喻，两个管脚之间没有导通，不仅费时费力，而且还有一个问题，就是模块电路中的参数在导出电子表格后被修改，然后更新，但无论如何都无法更新。当然，这只能从原理图上一个个修改元器件的包装和规格。虽然原理图画得不错，但也花了不少时间。
原理图画好之后，接下来就是做PCB板了。在这次设计中，我想采用和别人不一样的双层贴片包装形式，尽量保持现实中MP3播放器的实际尺寸，也算是在工厂实习吧！虽然想法是好的，但实际上，对我来说，这是从零开始。我没有实践经验和一些设计规范。最大的障碍是我不认识Protel 99软件里的英文单词。我开始做PCB板的时候，最大的障碍就是不认识Protel 99软件里的英文单词。我只能使用Protel 99作为PCB板指南来制定PCB板规格，这就是加载的组件的封装。在这个过程中，可能会有“包装找不到”接下来就是布局。根据我的经验，不使用自动布局，不合理，过于紧凑，所以使用手动布局。布线规则、覆铜等具体操作相对简单。最后使用PCB 3D视图观察制作效果。
在这个设计中，我还是走了很多弯路。对Protel 99软件不熟悉，遇到新知识有点不知所措。学完这一课，你一定要在业余时间勤加练习Protel 99软件，提高速度。
这个课程设计持续了一周。在王老师的指导和同学们的帮助下，我顺利完成了设计，在此衷心感谢！
我很郁闷，不能上传图片。算了，就这样吧。