实验一 原理图设计基础一．实验目的
1.认识Altium Designer 09窗口界面
2.熟悉原理图设计环境
3.熟悉原理图设计步骤和方法
4.掌握原理图元件库的使用
二．实验内容
绘制单片机基本应用电路原理图
三．实验步骤
1．新建项目文件
1）执行菜单命令【文件file】→【新建new】→【项目project】→【PCB 工程】，执行完后在Project工作面板中将出现如图1-1所示项目文件。
2）执行菜单命令【文件】→【保存工程】 ，弹出保存路径菜单，确定保存路径和输入项目文件名为“单片机基本应用电路” 保存。如图1-2所示。
图1-1 新建项目文件 图1-2 保存项目文件
2．新建原理图文件
执行菜单【文件】→【新建】→【原理图schematic】，在Project工作面板的项目文件下新建一个原理图文件Sheet1.Schdoc，保存为“单片机原理应用电路原理图.Schdoc”保存后效果如图1-3所示。
窗口漂浮可拖动，或成为卡片形式排列。
图1-3 新建并命名原理图文件 图1-4 原理图图纸设置对话框
3．原理图图纸设置
执行菜单【设计design】→【文档选项document options】，弹出【文档选项】对话框。如图1-4所示，图纸类型设置为A4，显示标准标题栏，可视栅格、捕捉栅格均设置为10，电气栅格设置为4。
4．装载原理图元件库
电路中所包含的元件类型有：电阻、电容、三极管。这些常用的元件在集成库Miscellaneous Devices.IntLib中都可以找到。默认情况下，创建原理图文件时，该库会自动加载，若在库列表中无此元件库，可通过下面方法加载。
在右下角system->Libraries工作面板上单击【库…】 ,弹出如图1-5所示对话框。
单击选项下方【添加库】按钮，选择添加Miscellaneous Devices.IntLib，单击打开添加库完成，如图6所示。
图5 添加元件库 图6 添加Miscellaneous Devices.IntLib
5．放置调整元件
1）在Miscellaneous Devices.IntLib中，在元件库中查找电阻如图1-7所示。放置电阻R1(Res)，光标变为十字
2）此时按下Tab键，设置元件属性，主要是：标号（Designator）、Value等，“注释”一般设置不可见。如图1-8所示。
3）然后依次查找并放置无极性电容（Cap）、电解电容（Cap Pol2）、开关（SW-PB）、晶振（XTAL）等。
图 1-7放置电阻 图1-8 电阻属性设置
6．查找元件
如果所用器件不在标准库中，可以到Altium Designer 09自带库中查找。
在如图1-7的【库面板】点【搜索】出现如图1-9搜索库对话框。
图 1-9 搜索库界面 图 1-10 搜索到库元件后界面
域：name 器件名称；library库；description 描述。
运算符：equals等于，contains 包含。模糊搜索元器件时，选contains
值：在此填入元器件的型号，如P89C51RC
范围：“可用库”是已经导入的库；“库文件路径”表示搜索左侧路径中指定位置处的库。
路径：设置搜索的元器件所在库的路径，注意该处“包含子目录”要对勾。
设置完毕后，在图1-9上点击【搜索】开始搜索库元件，搜到后图1-10所示。然后放置即可。
7.绘制电路
1）绘制导线、网络、总线等，完成电路的绘制。
2）给原理图器件编号，【工具】→【注解】。（可以采用【工具】→【静态注释】
3)统一标注元件网络标号： 菜单栏tools->anotate
8.编译
【工程project】→【compile document **.SchDoc 】，如果编译有错，会跳出【Message】窗口，如图1-11所示，根据提示信息改错。直到编译通过。
图1-11 Message窗口
a.某些引脚定义了是输入端，但是你用不着，处于悬空状态，就会报错说：没有驱动信号
处理办法：对不需要的引脚放置个“忽略ERC检查指示符”，就是那个红色的叉。
b.新建工程，拷贝，重新编译
9.保存。
四．思考题
总结常用的快捷键
五.实验结果
1
实验二 电路原理图设计进阶实验目的：完成层次原理图设计
但当设计大型、复杂系统的电路原理图时，若将整个图纸设计在一张图纸上，就会使图纸变得过分复杂不利于分析和检错，同时也难于多人参与系统设计。
一、自上而下的层次电路设计操作步骤如下。
1．建立一个项目文件，保存为自己的文件名。
2．画一张主电路图（如：Main.SchDoc）来放置方块图（Sheet Symbol）符号
3.点击图标
，处于放置方块图状态，按Tab键，弹出“Sheet Symbol”对话框的，在“Designator”处输入“Modulator”，在“Filename”编辑框内输入“Modulator.SchDoc”，重复步骤（插入第二个方块图(方框图)符号,如图2-1所示。
4单击工具栏中的 添加方块图输入/输出端口工具按钮
，或者在主菜单中选择“Place”→“Add Sheet Entry”命令。光标上“悬浮”着一个端口，把光标移入“隔离部分”的方块图内，按“Tab”键，打开 “Sheet Entry”对话框。
- 在该对话框内，几个英文的含义如下：
- 端口位置（Side）：用于设置端口在方块图中的位置。
- 端口类型（Style）:用来表示信号的传输方向。
- 端口的名称（Name）:是识别端口的标识。应将其设置为与对应的子电路图上对应端口的名称相一致。
- 端口的输入/出类型（I/O Type）:是表示信号流向的确定参数。它们分别是：未指定的(Unspecified)、输出端口(Output)、输入端口(Input)和双向端口(Bidirectional)。
5. 在工具栏上按“
”按钮，或者在主菜单中选择“Place”→“Wire”命令，绘制连线，完成的子图1、子图2相对应的方块图隔离部分、电机驱动的上层原理图如图2-1所示。
图2-1 顶层文件
6．在主菜单中选择“Design”→“Create Sheet From Sheet Symbol”命令，十字光标点击方块图，出现子图和端口，绘制子图如图2-2、图2-3。
图2-2 子图1
图2-3 子图2
7. 在主菜单中选择“File”→“Save All”命令，将新建的3个原理图文件和按照其原名保存。在顶层文件中总体进行编译。
- 注意：在用层次原理图方法绘制电路原理图中，系统总图中每个模块的方块图中都给出了一个或多个表示连接关系的电路端口，这些端口在下一层电路原理图中也有相对应的同名端口，它们表示信号的传输方向也一致。Altium Designer使用这种表示连接关系的方式构建了层次原理图的总体结构，层次原理图可以进行多层嵌套。
二、自下而上的层次电路设计操作步骤如下。
1、将两个子图拷贝到两个新的原理图文件中，重新命名，作为下层文件。新建一个上层文件，如图。
图2-4
2、选中顶层文件，在主菜单中选择“Design”→“Creat Sheet Symbol From Sheet or HDL”命令，打开如图2-5所示的“Choose Document to Place”对话框。
图2-5
在主电路图(Main_top.SchDoc)内连线，在连线过程中，可以用鼠标移动方块图内的端口（端口可以在方块图的上下左右四个边上移动），也可改变方块图的大小，完成后的主电路图如图2-6所示。
图2-6
检查是否同步，也就是方块图入口与端口之间是否匹配，选择菜单“Design”→“Synchronize Sheet Entries and Ports”命令，如果方块图入口与端口之间匹配，则显示对话框“Synchronize Ports to Sheet Entries In 层次原理图设计.PrjPCB”，告知“All Sheet symbols are matched”，如图2-7所示。
图2-7
选择“File”→“Save All”命令，保存项目中的所有文件。
编译原理图的时候，必须在顶层。
注意在设计层次原理图的每张子电路图时，必须把每个元件的封装选择好，这样便于设计PCB板。
实验三 绘制原理图元件库一．实验目的
1．掌握原理图元件库的制作过程。
2．熟悉菜单和工具栏的基本使用。
二．实验内容
1.创建一个库元件——STC11F02
2.为库元件添加封装
3.绘制STC11F02单片机最小系统电路
三．实验步骤
1.创建一个库元件
（1）执行【文件】-【新建】-【库】-【原理图库】命令，保存，命名为:myschlib.SCHlib。如图3-1所示。
图3-1 新建库元件界面
单击右下角【SCH】→【SCH library】调出SCH library面板，如图3-2所示。该库中已经默认添加了一个元件component_1 。
图3-2SCH library面板 图3-3 【PIN特性】对话框
（2）执行【工具】→【文档选项】命令，设置相关参数
（3）执行【放置】→【矩形】命令，放置一个矩形
（4）执行【放置】→【放置引脚】命令，放置引脚，注意带“×”的一段朝外，按下TAB键，弹出3-3所示的【PIN特性】对话框。
- Passive:不关心
- I/O：双向
- Input：输入
- Output：输出
- power：电源
- Open emitter ：发射极开路
- Open collector：集电极开路
- HIZ：高阻
图3-4整个名称取反 图3-5 一个字符取反
- 【工具】-【设置原理图参数】，在【否定信号’’】前打钩。
- 当反斜杠在整个显示名称最前面时：整个名称带横杠，如
- 当反斜杠在显示名称字符后面面时：反斜杠前面的一个字符带横杠，如图3-5所示。
图3-6 放置所有引脚图 3-7 调整后放置所有引脚
（5）设置完毕，单击“确定”按钮，关闭对话框。放置引脚，同样的方法放置其他引脚，如图3-6所示。
（6）为了便于绘图对原理图符号进行适当调整，如图3-7所示。
（7）设置器件属性：单击SCH library面板的【元件名】栏中的【编辑】，或者原理图符号上【单击鼠标右键】-【工具】-【器件属性】，弹出Library Component Properties对话框，如图3-8所示。
- Default designator:默认的库元件标示符，例如IC?
- 注释：库元件型号说明，这里设定为STC11F02
- 描述：库元件的性能描述，这里为”8-bit microcontroller,2kB flash”
- 类型：默认即可
- Symbol reference：为所绘制的库元件重新命名。这里为STC11F02
- 锁定PIN：选中该复选框后，所有的引脚将和库元件成为一个整体，这样不能在原理图上单独移动引脚。务必选中，否则绘图时容易出麻烦。
- 在图纸中显示全部PIN（包括隐藏的）：选中后，原理图上会显示该元件的全部引脚。
- 本地化：设置引脚、边框、填充的颜色。
- 编辑PIN：打开【元件管脚编辑器】，编辑引脚。
图3-8 Library Component Properties对话框
2.为库元件添加封装
（1） 执行【工具】-【模式管理器】命令，打开【模型管理器】，如图3-9
图3-9【模型管理器】对话框 图3-10 【PCB模型】对话框
（2） 单击【add footprint】，打开【PCB模型】对话框，如图3-10所示。
（3） 单击【浏览】，打开【浏览库】对话框，如图3-11所示，【浏览库】对话框中显示了当前可用的封装库信息。单击【发现】按钮，进入【搜索库】对话框，如图3-12所示。
图3-11 【浏览库】对话框 图3-12 【搜索库】对话框
- 域：输入name
- 运算符：contains
- 值：DIP20（SOP是贴片，数字是引脚数；DIP是双列直插）
在图3-12界面中设置完成后，点【搜索】开始搜索库，进入【浏览库】对话框，如图3-13所示。
图3-13 【浏览库】对话框 图3-14加载封装提示框
在图3-13中，选择合适的封装，点【确定】，关闭【浏览库】对话框，弹出加载封装提示框，如图3-14所示。单击【是】，加载相应的库，【PCB模型】对话框中已经加载选中的封装，如图3-15所示。单击【确定】，关闭【PCB模型】对话框。封装显示在【模型管理器】对话框中，如图3-16所示。
图3-15 加载封装 图3-16封装已经添加
3.同样的方法绘制MAX813L看门狗芯片的SCH库元件。
4.绘制STC11F02单片机最小系统电路
图3-17 STC11F02单片机最小系统电路
四．思考题
1．简述制作原理图元件库的基本过程？
2．创建原理图元器件有那几种方法？
实验四 印刷电路板设计一．实验目的
1．掌握PCB设计流程，手动布局以及自动布线的方法；
2．理解导向生成PCB的方法以及布线规则的设置；
3．了解PCB布局的方法。
二．实验内容
设计图3-17 “STC11F02单片机最小系统电路”的PCB板。
三．实验步骤
1． 新建和设置PCB文件
执行菜单命令：【文件】-【新建】-【PCB】，新建一个PCB文件，保存为STC11F02.PcbDoc，如图4-1所示
图4-1 新建PCB文件 图4-2 PCB filter面板
2．绘制改变板子形状
第1步：首先是在 Keep Out Layer层。使用绘图工具绘制板子形状。
第2步：选中绘制的板子外形边框线；绘制完后，采用查找相似对象的方法，选中绘制的线条；或采用“PCB filter面板”如图4-2所示， 输入“iskeepout”过滤词，可选中在Keep Out Layer层绘制的线条。
图4-3 生成的板框 图4-4 焊盘属性
第4步，执行【设计】-【板子形状】-【按照选择对象定义】，生成PCB外形，如图4-3所示。
2．加螺丝孔：
切换到机械层，即点击Mechanical 1
方法一：在合适的位置画个圆圈即可。不在赘述
方法二：在PCB上放置焊盘，设置好直径，将孔属性中进行如下设置即可。“镀金的”的对钩去掉。因为是螺丝孔，无需镀金。如图4-4所示
方法三：放置过孔，螺丝孔，经常把“网络”连接到GND，如图4-5所示
图4-5过孔属性 图4-6 加螺丝孔后线路板
在此采用过孔的方法放置4个螺丝孔，如图4-6所示。
3．装载元件和手动布局
（1）原理图中，使用【设计】/update PCB document命令，或者在在PCB编辑器中【设计】/Import Changes From 命令，系统打开如图4-7的【工程更改顺序】窗口
图4-7 【工程更改顺序】窗口 图4-8验证后的【工程更改顺序】窗口
（2）单击【工程更改顺序】窗口中的“生效更改”按钮，对进行更改验证，并显示出手影响元素检查后的结果，如图4-8所示。检查无误的信息以绿色的“√”表示，检查出错的信息以红色的“×”表示，显示检测不通过的原因。
（3）根据检查验证结果重新更改原理图中存在的缺陷，直到通过为止。单击“执行更改”按钮，将元器件、网络表装载到PCB文件中，如图4-9所示。所有元件的封装导入到PCB环境中，如图4-10所示。
图4-9接受后的【工程更改顺序】窗口 图4-10导入封装后
（4）根据信号流动方向，以及将接口类元器件放置在PCB板边缘的原则对元器件进行手动布局。交互选择：当在SCH原理图中选中元器件时，PCB环境下对应的元器件，也被选中。
（5）手动布局过程中常用快捷键表4-1；完成布局，如图4-11所示。
表4-1 手动布局常用快捷键
快捷键 | 说明 |
A | 调出“排列”菜单 |
I+L | 在矩形区域内排列 |
L | 调出【视图配置】对话框 |
空格 | 旋转元件 |
G | 点出标尺;例如G+G是设置跳转栅格 |
R+P | 测量两个部件之间的距离 |
R+M | 测量两个点之间的距离 |
Q | 公尺和英尺切换 |
图4-11 完成布局 图4-12 规则对话框
4．布线规则设置：尤其是一些线的宽度和距离。例如地线和电源线。
【设计】→【规则】→【Routing】→【Width】，在此单击鼠标右键→【新规则】，可以添加规则，如图4-12所示，其中“优先权”设置优先权，前面的优先权高。
5．手动布线：手动布线完成，如图4-13所示。
表4-2 手动布线常用快捷键
快捷键 | 说明 |
P+P | 放置焊盘 |
P+T | 放置导线： 按~键，跳出快捷菜单提示 按Ctrl，单击Net，可在两个焊盘之间自动布线。 按大键盘的1键切换预布线 按大键盘的2键可以添加一个过孔（在拐角处） 按小键盘/放置过孔（过孔出现在导线末尾） 按l键切换布线层 按小键盘*放置过孔（在拐角处）并在布线层切换。 按“空格键”改变布线起始角度 按Shift+空格，改变布线拐角类型弧形的拐角的弧度可以通过快捷键“，”（逗号）或“。”（句号）进行减小或增加弧的半径。使用shift+“<”快捷键或Shift＋“>”快捷键则以10倍速度增加或减小控制。 按Shift+A，调出蛇形布线，再按1和2改变转角，3和4改变间距，<和>改变宽度。 按Shift+R，改变穿越方式。 按Shift+W，选择布线宽度（只能在min和max之间选择 ）。 |
P+D+L | 放置尺寸标注 |
Shift+S | 只显示当前层的对象 |
Ctrl+点某线 | 选中NET上的布线，变亮，其他变暗。 |
Ctrl+Pagedown | 图纸充满屏幕 |
鼠标滚轮 | 上下移动 |
Shift+鼠标滚轮 | 左右移动 |
Ctrl+鼠标滚轮 | 放大缩小 |
D+S+V | 通过设定定点，而改变PCB板边界形状 |
D+S+R | 直接画出板子形状 |
U | 删除布线 |
P+D+L | 标出量的尺寸 |
R+M(CTRL+M) | 测量两点之间距离 |
J+L | 定位到指定的坐标的位置。定位坐标应该为吸附尺寸的整数倍 |
J+C | 定位到指定的元件处。在弹出的对话框内输入该元件的编号。 |
图4-13 布线完成
6．添加泪滴
第1步：打开需要放置泪滴的PCB板，执行【工具】→【滴泪】命令，弹出泪滴设置对话框，如图4-14所示。
图4-14 泪滴设置对话框 图4-15加泪滴后
第2步：在“通常”设置栏中，如果选择“全部焊盘”，将对所有的焊盘放置泪滴；如果选择“全部过孔”，将对所有的过孔放置泪滴；如果选择“仅选择的对象”，将只对所选择的元素所连接的焊盘和过孔放置泪滴。
在“行为”设置栏，“添加”单选按钮表示此操作将添加泪滴；“删除”单选按钮表示此操作将删除泪滴。
在“泪滴类型”设置栏，设置泪滴的形状，其中“Arc”和“Track”选择泪滴的形状。
第3步：单击OK按钮，系统将自动按所设置的方式放置泪滴，效果如图4-15所示。
7．覆铜：可以增强抗干扰能力或散热能力。
单击工具栏“放置多边形平面”图标或单击【放置】→【多边形覆铜】，如图4-16所示，可进行覆铜设置。具体方法是：
图4-16 【多边形覆铜】对话框
第1步：设置好覆铜属性：
层:选择要覆铜的层，Top Layer或者Bouttom Layer。
连接到网络 ：选择覆铜连接的NET。多数选择GND。
Pour Over Net Polygons Only:覆铜不跟要连接的NET成为一体。即覆铜不覆盖连接的NET。
pour over all same net objects: 即覆铜覆盖拟连接的NET。
死铜移除：打钩，可以出去死铜
第2步：在要覆铜的层上画出铺皮外形即可完成覆铜。如图4-17所示。
图4-17 覆铜效果图
8．生成元器件表：
生成XLS格式的元器件列表，便于元件采购等。
报告→Bill Of Materials
四．思考题
1．如何设置布线规则？
2．简述PCB板设计的流程。
画好原理图之后，属性修改好封装，如果封装找不到就需要自己新建封装，反正要把所有元件都加上封装，之后保存。新建PCB文件，定义板子尺寸和栅格等，在直接在原理图界面design--update PCB doucument PCB，接下来就是摆放原件和布线了
心得体会：通过这四次的实验基本掌握了计算机辅助制图的方法。了解了他们的功能，通过原理图设计基础电路，原理图设计进阶绘制，原理图元件库，印刷电路板设计这四个功能块的设计基本掌握了他们的方法，为以后的工程设计打下了良好的基础，感谢这样的辅助制图设计实验，让自己又多了一项新的技能，从实验步骤一步步的走下去，看到结果无误的那种开心心情，其实这样的实验挺有意思的，以后还会继续学习更多的关于这样制图方法。
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