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本书以典型应用为主,通过项目案例详细介绍Altium Designer 14.3在集成库设计、原理图绘制、PCB板设计等方面的操作方法和技巧。本书共分为5个模块共12个项目,内容紧紧围绕集成库设计、原理图绘制、PCB设计以及制造装配文件等内容展开,选取典型项目案例进行详细讲解和专项训练,最终通过两个典型综合案例,使学生从入门、专项学习与训练到综合提高完成电子线路板设计全过程。本书可作为高职院校电子信息类专业“电子线路板设计”课程或“电子CAD实训”课程教材,也可作为PCB板设计初级技术人员的参考书。
内容简介
本书以典型应用为主,通过项目案例详细介绍Altium Designer 14在集成元器件库设计、原理图绘制、PCB设计等方面的操作方法和技巧。本书分为五个模块共11个项目,内容紧紧围绕集成元器件库设计、电路原理图设计、PCB设计以及设计制造文件的输出等内容展开,按照学生认知特点从模块一(门铃电路原理图绘制与电路板设计)入手,达到快速入门的目的,在此基础上通过模块二~模块四就集成元器件库设计、电路原理图设计和PCB设计及设计制造文件的输出等教学内容,选取典型项目案例进行详细讲解和专项训练,最终通过模块五的两个典型综合案例,使学生从入门→专项学习→综合提高完成电子线路板设计全过程。
本书适合作为高职院校电子信息类专业“电子线路板设计”课程或“电子CAD实训”课程的教材,也可作为成人高校、开放大学相关专业的教材,同时也适合从事PCB设计的初级技术人员使用。
目录
模块一Altium Designer 14快速入门
项目1初识Altium Designer
任务1.1熟悉Altium Designer软件的基本工作界面
任务1.2创建PCB工程及相关设计文件
项目实训
项目2门铃电路设计
任务2.1门铃电路原理图的绘制
任务2.2门铃电路PCB的设计
项目实训
模块二集成元器件库的设计
项目3自制原理图元器件库的设计
任务3.1六位一体数码管绘制
任务3.2AT89C51RD2绘制
任务3.3LF353绘制
项目实训
项目4自制封装元器件库的设计
任务4.1六位一体数码管封装绘制
任务4.2AT89C51RD2封装绘制
任务4.3LF353封装绘制
项目实训
项目5创建集成元器件库
任务5.1自制集成元器件库
任务5.2创建项目集成元器件库
项目实训
模块三电路原理图设计
项目6原理图设计——单片机实验板设计
任务6.1原理图工作环境设置
任务6.2元器件库加载与管理
任务6.3元器件查找、放置与编辑
任务6.4元器件布局与布线
任务6.5原理图的编译与文件输出
项目实训
项目7层次原理图设计——单片机实验板设计
任务7.1自上而下层次电路原理图设计
任务7.2自下而上层次电路原理图设计
项目实训
模块四PCB设计
项目8单层PCB设计——声光控节电开关
任务8.1印制电路板的基础知识
任务8.2声光控节电开关的PCB设计
项目实训
项目9双层PCB设计——单片机实验板
任务9.1电路板设计的基本规则
任务9.2单片机实验板的PCB设计
任务9.3输出相关文件
项目实训
模块五综合案例
项目10超声波测距电路板
任务10.1超声波测距电路原理图绘制
任务10.2超声波测距电路PCB设计
任务10.3超声波测距电路PCB输出文件
项目11模拟洗衣机电路板
任务11.1模拟洗衣机电路原理图绘制
任务11.2模拟洗衣机电路PCB设计
任务11.3模拟洗衣机电路PCB输出文件
项目实训
参考文献
精彩书摘
模块三
电路原理图设计
项目6原理图设计——单片机实验板设计
项目目标
(1) 熟练设置原理图工作环境。
(2) 掌握元器件库加载和管理方法。
(3) 掌握元器件的查找、放置与编辑方法。
(4) 熟悉元器件布局与布线的规则。
(5) 掌握原理图的编译及输出文件的方法。
项目任务
(1) 设置原理图工作环境。
(2) 加载和管理元器件库。
(3) 查找、放置与编辑元器件。
(4) 对元器件进行布局与布线。
(5) 对原理图进行编译并修改错误。
(6) 输出相关文件。
相关知识
要设计电路板,首先必须将电路板的工作原理及各元器件的作用和连接关系等用电路语言表达出来,这就需要绘制电路原理图,电路原理图直接体现了电子电路的结构和工作原理。原理图的绘制主要包括原理图工作环境的设置,元器件库的加载与管理,元器件查找、放置与编辑,元器件布局与布线,原理图的编译与文件输出等内容,本项目将详细介绍这些内容。
任务6.1原理图工作环境设置
任务目标
学会灵活设置原理图工作环境。
任务内容
原理图工作环境设置。
相关知识
在绘制电路图前,首先要进行图纸设置,设置图纸的大小、方向、标题、网格参数等信息。只有图纸参数设置得当,绘制的电路图才会更加美观,设计时也才能得心应手。原理图编辑环境如图3��1所示,整个界面可分为若干个工具栏和面板,下面简要介绍主要工具栏和面板的功能。
图3��1原理图编辑环境
标准工具栏(Schematic Standard): 该工具栏提供新建文件、保存文件、视图调整、元器件编辑和选择等功能。
Altium Designer 14电子线路板设计项目教程
模块三电路原理图设计
布线工具栏(Wiring): 该工具栏提供了电气布线时常用的工具,包括放置导线、总线、网络标号、层次式原理图设计工具以及和C语言的接口等快捷方式,在Place菜单中有相对应的命令。
实体工具栏(Utilities): 通过该工具栏用户可以方便地放置常见的元器件、电源和地网络以及一些非电气图形,并可以对元器件进行排列等操作。该工具栏的每一个按钮均包含了一组命令,可以单击按钮查看并执行具体的命令。
导航栏(Navigation): 该栏列出了当前活动文档的路径,单击按钮和按钮可以在当前打开的所有文档之间进行切换,单击按钮则打开Altium Designer的起始页面。
任务实施
1. 新建PCB项目及原理图文件
(1) 在E盘PCB文件夹中新建一个文件夹并命名为“单片机实验板原理图”,用来存储所创建的文件。
(2) 执行File|New|Project命令,新建一个PCB项目,命名为“单片机实验板”,如图3��2左图所示,单击OK按钮完成项目建设,如图3��2右图所示。
图3��2创建PCB项目
(3) 执行File|New|Schematic命令,新建一个原理图文件,命名为“单片机实验板”,并将该原理图添加到“单片机实验板”的PCB项目中,
图3��3项目添加原理图文件
如图3��3所示。
(4) 执行File|Save命令,保存所建项目及原理图。
2. 原理图工作环境设置
(1) 系统优先设定
执行DXP|Preferences命令,打开Preferences对话框,选中Schematic节点下的Graphical Editing选项,选中Convert Special String复选框,如图3��4所示。
图3��4Preferences对话框
(2) 图纸参数设置
为了符合实际工作的需要,要对原理图图纸的大小、形状、标题栏、设计信息等内容进行设置。双击图3��3所示Projects工作面板中的“单片机实验板.SchDoc”文件名称,进入原理图工作环境,如图3��5所示。
图3��5原理图工作环境界面
执行Design|Document Options命令,弹出Document Options对话框,打开该对话框的Sheet Options选项卡,在Standard Style和Custom Style选项组中可以进行图纸尺寸的设置,在Options选项组中可以设置图纸的边界、颜色、标题栏形状等内容,在Grids和Electrical Grid选项组中可以设置捕获网格、可视网格、电气网格的大小。单片机实验板设计原理图的图纸参数设置如图3��6所示,图幅为A4,捕获网格和可视网格均为10,电气网格设为4; Parameters选项卡的设置如图3��7所示,将DrawnBy参数值设为自己的姓名、Title数值为“单片机实验板”、SheetNumber数值改为1、SheetTotal数值为1。
图3��6单片机实验板设计原理图图纸参数设置对话框
图3��7Parameters选项卡设置对话框
3. 标题栏内容的显示
执行Place | Text String命令,在图纸标题栏的Title、Number、Sheet of、Drawn By栏依次放置4个文本字符串,并将text内容分别改为“=Title”“=SheetNumber”“=SheetTotal”和“=DrawnBy”,系统自动显示标题栏内容,如图3��8所示。
图3��8标题栏内容显示
任务6.2元器件库加载与管理
任务目标
(1) 掌握元器件库的加载方法。
(2) 掌握元器件库的管理方法。
任务内容
加载和管理元器件库。
相关知识
Altium Designer 14.3的元器件库非常庞大,但是分类明确,采用两级分类的方法来对元器件进行管理,调用相应的元器件时只需找到相应公司的相应元器件种类就可方便地找到所需的元器件。
单击弹出式面板栏中的Libraries标签打开如图3��9所示的Libraries元器件库弹出式面板。如果弹出式面板栏没有Libraries标签,可在绘图区底部的面板控制PCB封装预览栏中打开System菜单,选中其中的Libraries即可显示该面板。
图3��9Libraries元器件库弹出式面板
单击“当前元器件库”的下拉列表框可以看到系统已经装入好几个元器件库,其中Miscellaneous Devices.IntLib通用元器件库和Miscellaneous Connectors.IntLib通用插件库是原理图绘制时用得最多的两个库。选中“元器件列表栏”中的某个元器件,在下面就会出现该元器件的原理图符号预览,同时还会出现该元器件的其他可用模型,如仿真分析、信号完整性和PCB封装; 选中Footprint选项,该元器件的PCB封装就会以3D的形式显示在预览框中,这时还可以用光标拖动旋转封装,以便全方位地查看封装。
通常为了节省系统资源,针对特定的原理图设计,只需加载少数几个常用的元器件库文件就能满足需求,但是有时在现有的库中找不到自己所需的文件,这时就需要自己另外加载元器件库文件。
单击Libraries面板中的Libraries按钮,弹出如图3��10所示的Available Libraries当前可用元器件库对话框。在Installed选项卡中列出了当前所安装的元器件库,在此可以对元器件库进行管理操作,包括元器件库的装载、卸载、激活以及顺序的调整。
图3��10Available Libraries当前可用元器件库对话框
图3��10中列出了元器件库名称、是否激活、所在路径以及元器件库类型等信息。Move Up与Move Down按钮,顾名思义,就是在选中相应的元器件库后可将元器件库的顺序上移或者下移,单击Install按钮可安装元器件库,单击Remove按钮则可移除选定的元器件库。
任务实施
双击图3��3中创建的“单片机实验板.SchDoc”原理图,弹出原理图界面,如图3��11所示。
图3��11原理图界面
单击Libraries面板中的Libraries按钮,弹出如图3��12所示的Available Libraries当前可用元器件库对话框。
图3��12Available Libraries当前可用元器件库对话框
单击Install按钮,选中Install from file选项,选择C:\Documents and Settings\All Users\Documents\Altium\AD14\Library\Miscellaneous Devices.IntLib,单击Install按钮,完成集成库Miscellaneous Devices.IntLib的加载。
按照上面的方法,加载Miscellaneous Connectors.IntLib、MCU.IntLib(自制集成库)、TI Logic Latch.IntLib、TI Interface Line Transceiver.IntLib、TI Logic Gate 2.IntLib、TI Logic Decoder Demux.IntLib 6个集成库,加载元器件库的界面如图3��13所示。在图3��13所示界面中,选中某个元器件库,单击Remove按钮,可以将该元器件库从已经安装的可用元器件库列表中卸载。及时卸载不用的元器件库可以提高计算机的工作效率。至此,完成了“单片机实验板.PrjPcb”项目元器件库的加载和管理工作。
图3��13元器件库加载界面
Altium Designer 14.3之后,系统只加载了Miscellaneous Devices.IntLib和Miscellaneous Connectors.IntLib两个集成元器件库,其他需要的集成元器件库需要到官网下载后才能加载。
任务6.3元器件查找、放置与编辑
任务目标
(1) 掌握元器件的查找方法。
(2) 掌握元器件的放置方法。
(3) 掌握元器件的编辑方法。
任务内容
查找、放置和编辑相关元器件。
相关知识
Altium Designer 14.3提供的元器件库十分丰富,有时候即使知道了芯片所在的元器件库并且加载到系统中了,也很难在众多的元器件中找到所需的芯片,在这种情况下可以使用元器件筛选的功能。元器件筛选的功能主要应用于知道元器件的名称并且已经载入该元器件所在的库,但是由于元器件太多不便于逐个查找。可能在大多数情况下,设计者并不知道使用的芯片的生产公司和分类,或者系统元器件库中根本就没有该元器件的原理图模型,设计者可以寻找不同公司生产的类似元器件来代替,这时就需要在系统元器件库中搜寻所需的元器件。
绘制电路原理图首先要找到绘制电路所需的所有元器件,然后放置元器件。元器件的放置可以通过在Libraries面板中载入相应元器件库,选中需要的元器件,单击右上角的Place按钮,就可以在绘图区放置该元器件了。其实元器件的放置并不止这一种方法,还可以执行Place菜单的Part命令或是直接单击工具栏中的Place Part按钮来选取所需的元器件,图3��14所示为放置元器件对话框。
图3��14放置元器件对话框
对话框的Physical Component下拉列表框中列出了最后一次放置的元器件,单击下三角按钮还可以看到最近几次放置的元器件,单击History按钮则可以看到最近放置元器件的详细信息。元器件对话框下面还列出了最后一次放置元器件的详细属性信息,这里不再赘述。
单击放置元器件对话框中的Choose按钮,弹出Browse Libraries元器件库浏览对话框,如图3��15所示。
图3��15Browse Libraries(浏览元器件库)对话框
该对话框与Libraries元器件库弹出式面板比较相似,凡是在Libraries元器件库弹出式面板里面能实现的功能在该对话框中都能实现。不仅元器件库浏览对话框里的项目与Libraries元器件库弹出式面板一样,它们的功能也一模一样。单击对话框中的按钮,弹出Available Libraries(当前可用元器件库)对话框,在此可以加载或卸载元器件库。
……
Altium Designer 14 电子线路板设计项目实训指南 前言 在快速发展的电子信息时代,电子线路板(PCB)设计作为电子产品研发的核心环节,其重要性不言而喻。从消费电子到工业控制,再到尖端科技领域,PCB设计能力直接关系到产品的性能、可靠性、成本乃至市场竞争力。随着电子产品集成度的不断提高和设计复杂度的日益增加,一款强大、高效且易于上手的EDA(Electronic Design Automation)工具成为设计师们的必备利器。Altium Designer凭借其集成的设计流程、友好的用户界面和强大的功能,已成为全球范围内广泛应用的主流PCB设计软件之一。 本书旨在为广大电子信息类专业的学生、初级工程师以及PCB设计爱好者提供一本全面、实用的Altium Designer 14项目设计实训教程。我们深知理论知识与实践技能的结合是培养高素质工程技术人才的关键。因此,本书在内容组织上,力求紧密结合实际项目,通过循序渐进的案例,引导读者掌握Altium Designer 14的核心功能和设计流程,从而能够独立完成从原理图设计到PCB布局布线,再到生成制造文件的全过程。 本书特色与优势 1. 实战导向,项目驱动: 本书的核心理念是“在实践中学习,在项目中成长”。不同于枯燥的理论讲解,我们选取了多个典型且具有代表性的电子线路板设计项目,涵盖了从基础的单层板到复杂的双层、多层板设计,从简单的数字电路到包含模拟和数字混合信号的电路。每个项目都经过精心设计,能够让读者在完成项目的同时,深入理解并熟练运用Altium Designer 14的各项功能。 2. 循序渐进,易于上手: 本书的章节安排遵循从简到繁、从易到难的原则。首先,从Altium Designer 14的安装与基本界面介绍入手,让读者快速熟悉软件环境。随后,逐步引入原理图编辑、元器件库管理、PCB布局、布线规则设置、信号完整性初步分析以及 Gerber 文件生成等关键环节。每一个新概念的引入都伴随着详细的操作步骤和图文说明,确保初学者能够轻松掌握。 3. 功能覆盖全面,注重细节: Altium Designer 14的功能强大且全面,本书选取了最常用、最核心的功能进行重点讲解。包括但不限于: 原理图设计: 绘制逻辑清晰、规范的原理图,掌握符号库和PCB库的关联。 元器件库管理: 学习创建、编辑和管理原理图库、PCB库,以及掌握三维模型的导入与应用。 PCB布局: 优化元器件的放置位置,考虑信号流向、散热、电磁兼容性(EMC)等因素。 PCB布线: 掌握手动布线、自动布线技巧,以及差分对、电源/地平面、蛇形走线等高级布线技术。 设计规则检查(DRC): 学习设置和执行DRC,确保PCB设计符合制造工艺要求。 信号完整性(SI)初步分析: 了解SI的基本概念,并学习在Altium Designer中使用相关工具进行初步分析。 3D模型查看与应用: 利用3D模型预览PCB与外壳的配合情况,提高设计的直观性和准确性。 Gerber文件与制造输出: 掌握生成符合PCB制造厂要求的Gerber文件、钻孔文件、物料清单(BOM)等。 4. 案例丰富,贴近实际: 本书中的项目案例均来源于实际的电子产品设计场景,例如: 简单LED驱动电路: 学习基础的原理图绘制和单层PCB设计。 数字钟模块: 涉及基本的数字逻辑电路设计和元器件库的使用。 音频放大器模块: 学习模拟电路的PCB设计,关注电源和地线的处理。 STM32开发板(简化版): 涵盖微控制器、存储器、外设接口等复杂元器件的布局布线,以及多层板的设计。 USB设备(如U盘控制器): 学习高速信号的布线技巧,差分信号的处理。 电源模块: 重点关注电源、地平面的设计和EMC考虑。 本书的案例覆盖了多种类型的电路和设计需求,能够帮助读者应对各种实际设计挑战。 5. 详细的操作指导: 本书的每一项操作都提供了详细的步骤和截图,并辅以必要的文字说明。读者可以按照书中的指示一步一步进行实践,确保理解每一个环节的操作逻辑和软件功能。 6. 强调设计规范与质量: 在项目设计过程中,本书不仅教授如何使用软件工具,更注重强调电子线路板设计的规范性和质量要求。例如,原理图的绘制应符合行业标准,PCB布局应考虑信号完整性和电磁兼容性,布线规则的设置应贴合实际制造工艺等。这些规范的掌握对于培养合格的电子工程师至关重要。 本书读者对象 高等职业院校、高等专科学校的电子信息工程、通信工程、自动化、集成电路设计等专业的在校学生。 电子工程、嵌入式系统、物联网等相关领域的初级工程师和技术人员。 对PCB设计感兴趣的爱好者和自学者。 需要提升Altium Designer软件设计技能的从业人员。 如何使用本书 为了最大化学习效果,建议读者按照以下方式使用本书: 1. 安装与熟悉软件: 在开始项目实训前,请确保已成功安装Altium Designer 14软件,并花时间熟悉其基本界面、菜单结构和常用工具栏。 2. 理论与实践结合: 在学习每一章节的项目时,建议先阅读相关功能的介绍和操作说明,然后再动手进行实践。对于书中提出的概念和原理,应结合自己的理解去应用。 3. 动手实践,勤于思考: 学习PCB设计最重要的一环就是动手实践。请务必跟着书中的步骤完成每一个项目,并在过程中不断思考设计思路和技巧。遇到问题时,不要轻易放弃,尝试回顾之前的步骤或查找相关资料。 4. 灵活运用,拓展创新: 本书提供的项目案例是学习的起点。在掌握了基本的设计流程和技巧后,鼓励读者尝试修改案例中的电路,或者结合自己的实际需求进行创新设计。 5. 参考与交流: 在学习过程中,如果遇到困难,可以查阅Altium Designer的官方文档、在线论坛或与其他学习者交流。 致谢 感谢所有为本书的出版付出辛勤努力的编辑、审稿专家以及为PCB设计技术发展做出贡献的同行们。特别感谢Altium公司提供的强大软件工具,为我们学习和实践提供了坚实的基础。 免责声明 本书内容旨在提供Altium Designer 14的学习指导和实践参考。尽管我们已尽力确保内容的准确性和完整性,但由于软件版本更新和实际项目需求的复杂性,读者在使用过程中仍可能遇到各种情况。本书的作者和出版方不对任何因使用本书内容而导致的直接或间接损失负责。请读者在使用软件和进行设计时,务必遵循相关的技术规范和安全要求。 目录(示例,具体章节内容会根据实际项目详述) 第一篇:Altium Designer 14基础入门与软件环境搭建 第一章 Altium Designer 14概述与安装 1.1 电子设计自动化(EDA)技术简介 1.2 Altium Designer 14的功能特点与优势 1.3 软件的安装与配置 1.4 Altium Designer 14主界面与工作空间导航 第二章 基本项目管理与设计流程概览 2.1 创建与管理工程项目 2.2 Altium Designer 14设计流程详解 2.3 工作空间的个性化设置 第二篇:原理图设计与元器件库管理 第三章 原理图编辑器入门 3.1 创建与编辑原理图文档 3.2 导线、总线、端口与电气连接符的绘制 3.3 放置与编辑元器件 3.4 层次化原理图设计基础 第四章 元器件库的创建与管理 4.1 原理图库的创建与编辑 4.2 PCB库的创建与编辑 4.3 3D模型的导入与关联 4.4 元器件库的搜索与查找 第五章 项目一:简单LED指示灯电路设计 5.1 项目需求分析与电路设计 5.2 原理图绘制与元器件放置 5.3 简单的原理图库管理 5.4 原理图与PCB的关联 第三篇:PCB布局与布线 第六章 PCB编辑器入门 6.1 创建与编辑PCB文档 6.2 PCB板框的绘制与编辑 6.3 元器件的放置与对齐 6.4 覆铜与电源/地平面设计 第七章 PCB设计规则设置 7.1 设计规则的类型与应用 7.2 间距规则、宽度规则、层规则设置 7.3 差分对与高频信号布线规则 7.4 设计规则检查(DRC)的执行 第八章 PCB布局技巧与实例 8.1 影响布局的因素分析(信号流、散热、EMC等) 8.2 项目二:简易电源模块PCB布局 8.3 元器件分组与优化摆放 第九章 PCB布线技巧与实例 9.1 手动布线与交互式布线 9.2 自动布线器的使用 9.3 差分对、蛇形走线等高级布线技术 9.4 项目三:数字时钟模块PCB布线 第四篇:高级设计与制造输出 第十章 信号完整性与电源完整性初步分析 10.1 信号完整性(SI)基本概念 10.2 Altium Designer中的SI分析工具介绍 10.3 电源完整性(PI)基本概念 10.4 PI分析与优化方法 第十一章 项目四:STM32开发板(简化版)PCB设计进阶 11.1 复杂元器件的布局与布线 11.2 高速信号的处理与优化 11.3 多层板的差分线与电源/地平面的设计 11.4 3D视图的应用与检查 第十二章 PCB制造文件的生成与输出 12.1 Gerber文件的生成与设置 12.2 钻孔文件的生成 12.3 物料清单(BOM)的生成 12.4 其他制造信息输出(光绘文件、坐标文件等) 第十三章 项目五:USB设备PCB设计与制造文件输出 13.1 USB接口电路设计要点 13.2 高速差分信号的布线实践 13.3 最终的制造文件生成与检查 第五篇:附录 附录A Altium Designer 14常用快捷键 附录B PCB设计常见问题解答 附录C 术语表 通过本书的学习,读者将能够熟练掌握Altium Designer 14这款强大的PCB设计软件,并具备独立完成各类电子线路板设计项目的能力,为未来在电子信息领域的职业发展奠定坚实的基础。