大 型 作 业 任 务 书

一、设计题目：多路抢答器 二、设计要求：

1.按照PCB板设计的方法步骤（元件设计、原理图设计、PCB图设计、3D效果）设计给定题目对应的PCB板，并编写相应文档。

2.在Altium Designer 6中完成原理图及PCB板的创建，并编写要完成所需功能（元件的设计、封装和放置以及PCB板的布线等），要求设计的PCB板和所给的实物在外观上类似，功能上一样。

3.把以上两步整理编写出《大型作业设计说明书》，《大型作业设计说明书》的格式为：封面、大型作业任务书、摘要、前言、目录、正文、总结、参考资料。字数不少于5000字，页数不少于15页。

班 级：应电0901 学号0503090114 姓 名：卫 磊 指导教师：杨 旭 2010 年12月22日

I

前言

电路设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）技术，是将

电路设计中各种工作交由计算机来协助完成，是在电子计算机辅助设计（Computer Aided Test，CAT）技术基础上发展起来的计算机设计技术。它集计算机、电子、信息和计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing,CAM）、计算机辅助测试（Ｃomputer Aided Test，CAT）等技术于一体，不仅具有强大的设计能力，而且具有测试、分析及管理的功能。他改变了以往采用定量计算和电路实验为基础的传统设计方式，使电子电路的分析与设计方法发生了重大变革。Protel系列软件已拥有大量的用户群，已经成为电路设计者必备的基础工具之一。Altium Designer6.x是Altium公司最新一代的板级电路设计系统，除了全面继承包括

Protel99SE、ProtelDXP在内的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。他将原理图绘制、电路仿真、集成化印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）设计、涉及规则检查、文档报表输出、可编程器件及逻辑器件设计等完美融合，为用户提供了全面的设计解决方案，是电子线路设计者首选的EDA设计软件。

Altium Designer6是最新一代的板级电路设计系统，它的技术被广泛的用于现在的生活中。这门课程是很好的教材，易于理解，可使学生们灵活的掌握。它主要用在电路板的设计与制造，在现代生活中我们的方方面面都离不开它，如手机，它的主要功能有指甲大小的电路板控制，控制着手机的写信息、发信息、听歌、打电话，照相等。更不用说那些大型的机器的开，运行，停止等。

Altium Designer6技术不仅大大促进了中国的现代化建设还满足了人们日益增长的物质文化的需要。此技术在日后的应用非常广泛，学生们学习这门课程应认真学习，深钻研，在以后的将来你的道路会更加宽广

II

摘要

随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术学知识的手段多种多样。抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。作为一个单位若专购一台抢答器虽在经济上可以接受，但每年使用次数极少，往往因长期存放使（电子元器件）抢答器损坏，在购买的麻烦和及时性会影响活动的开展。因此设计本抢答器。

由NE555p芯片为主构成的多路抢答器具有电子元器件少，结构简单，质轻，便携带等优点。另外此抢答器还具有结构稳定等特点。一般情况下不会产生错误，可靠性能搞。由于其构造简单，其内部电子元器件也都具有很好的抗外界干扰能力，可长期储放。其简单的构造决定了其优惠的价格，一般人都可以接受。因此该抢答器具有很好的使用性。设计此电路具有很大意义。

III

目 录

前言....................................................................................................... II 摘要......................................................................................................III 目 录................................................................................................... IV 第一章 多路抢答器需求分析..............................................................2

1.1市场需求........................................................................................................... 2 1.2 元件需求.......................................................................................................... 3

1.2.1 所需原件名称........................................................................................ 3 1.2.2 元器件符号............................................................................................ 3 1.2.3 元器件原理图元件列表........................................................................ 3

第二章 原理图设计..............................................................................5

2.1原理图设计基础............................................................................................... 5 2.1.1原理图设计的一般步骤：............................................................................ 5

2.1.2 装载原理图元件库................................................................................ 7 2.2原理图设计中注意的事项............................................................................... 7

2.2.1元器件自动对齐..................................................................................... 7 2-3 多路抢答器原理图 ....................................................................................... 10 第三章 多路抢答器PCB设计 ........................................................10

3.1 PCB设计流程 ................................................................................................ 10 3.2 PCB设计的基本原则 .................................................................................... 11 3.3 多路抢答器PCB图 ...................................................................................... 13 3.4多路抢答器3D效果图 .................................................................................. 14 第四章 总 结....................................................................................16 参考文献..............................................................................................17

IV

第一章 多路抢答器需求分析

1.1市场需求

随着时代的发展，科技的进步。电子产品越来越多的进入了人们的生活。而且呈现出多样化，先进化，人性化的发展模式。

另外随着物质生活的提高，人们已不再是只注重物质生活水平的改善，更多的是关注精神文明的提高。昔日的只顾温饱正在被现在的追求科学，追求进步所代替。

伴随着这些进步，更多的贴近人们日常生活的一些电子产品应运而生。其中多路抢答器仅是一例。

它能广泛应用于学校，企业，机关等场合。用来进行一些比赛，游戏等活动。

鉴于它的工作原理简单，结构简单，体积小，质量轻巧，价格便宜，可靠性能高，操作简单等特点，该抢答器具有很高的市场需求，具有很好的市场前景。

2

1.2 元件需求 1.2.1 所需原件名称

在多路抢答器制作过程中需要用到的元器件有：发光二极管、晶闸管、二极管、电阻、电容、按键开关、单刀单置开关、电铃、NE555P芯片。 1.2.2 元器件符号

图 1-2-1 电阻 图 1-2-2 发光二极管 图 1-2-3 二极管

图 1-2-4 晶闸管 图 1-2-5 电容 图 1-2-6 电铃

图1-2-7按键开关 图1-2-8转换开关 图1-2-9 NE555p芯片

1.2.3 元器件原理图元件列表

多路抢答器所需原件

3

多路抢答器电路原理图元件列表

标号 元件所在元件库 名 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib RES2 Miscellaneous Devices.IntLib Cap Miscellaneous Devices.IntLib Diode Miscellaneous BAT18 Devices.IntLib Diode Miscellaneous BAT18 Devices.IntLib Diode Miscellaneous BAT18 Devices.IntLib Diode Miscellaneous BAT18 Devices.IntLib LED1 Miscellaneous Devices.IntLib LED1 Miscellaneous Devices.IntLib LED1 Miscellaneous Devices.IntLib LED1 Miscellaneous Devices.IntLib LED1 Miscellaneous Devices.IntLib LED1 Miscellaneous Devices.IntLib SCR Miscellaneous Devices.IntLib SCR Miscellaneous Devices.IntLib SCR Miscellaneous Devices.IntLib SCR Miscellaneous Devices.IntLib SW-SPMiscellaneous ST Devices.IntLib SW-PB Miscellaneous Devices.IntLib SW-PB Miscellaneous 4

R1 R2 C1 D1 D2 D3 D4 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 VD1 VD2 VD3 VD4 S K1 K2

元件类型 1K 1K 1pF BAT18 BAT18 BAT18 BAT18 LED1 LED1 LED1 LED1 LED1 LED1 SCR SCR SCR SCR 元件封装 AXIAL0.4 AXIAL0.4 RAD0.3 SOT-23 SOT-23 SOT-23 SOT-23 LED-1 LED-1 LED-1 LED-1 LED-1 LED-1 TO-220-AB TO-220-AB TO-220-AB TO-220-AB SPST-2 SPST-2 SPST-2

K3 K4 U1 FE Devices.IntLib SW-PB Miscellaneous Devices.IntLib SW-PB Miscellaneous Devices.IntLib NE555Texas P Instrument.IntLib BELL Miscellaneous Devices.IntLib P008 SPST-2 SPST-2 P008 PIN2 PIN2 表1-2-1所需元件列表

第二章 原理图设计

2.1原理图设计基础

2.1.1原理图设计的一般步骤：

（1） 启动Altium Designer6原理图编辑器 （2） 设置原理图图纸大小及版面 （3） 在图纸上放置元件

（4） 对放置的原件进行布局布线 （5） 对布局布线后的元件进行调整 （6） 电气检查

（7） 保存文档和报表输出

1、点击开始按钮，在程序中找到Altium Designer6，或直接在桌面中找到

该软件点击即可启动。

2、进行原理图设计编辑，首先要进行图样参数设置。图样参数设置是用来

确定与图样有关的参数，如图样尺寸与方向、边框、标题栏、字体等，为电路原理设计做好准备。在原理图编辑情况下双击边框，或者单击鼠标右键按打开鼠标右键快接菜单，选择“Document Option”命令，或者执行“Design\\Document Options”命令，屏幕上将打开Document Option文档选项对话框，可以在这个对话框中进行图纸参数的设置。 3、在原理图中放置元件的方法主要有两种：

5

1）执行菜单命令“Place\\Part”即可打开“Place Part”对话框。 2）在“Place Part”对话框的“Designator”编辑框中输入当前元件序号当然，也可以不输入序号，使用系统的默认值，等到绘制完电路全图之后，通过执行菜单命令“Tools\\Annotate”，就可以轻易地将原理图中所有元件的序号从新编号。 4、绘制原理图具体步骤 1、 新建项目文件

1）执行菜单命令File/New/Project/PCB Project，执行完后在Project工作面板中将出现如图2-1-1所示项目文件。

2）执行菜单命令File/ Project Save AS ，弹出保存路径菜单，确定保存路径和输入项目文件名为“单管放大电路” 保存。如图2-1-2所示。

图2-1-1 新建项目文件

图2-1-2 保存项目文件

2 新建原理图文件

1）执行菜单File/New/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“单管放大电路.Schdoc”保存后效果如图2-1-3所示。

图2-1-3 新建并命名原理图文件

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图2-1-4 原理图图纸设置对话框

3 原理图图纸设置

执行菜单Design/Document Options，弹出Document Options对话框。如图为10，电气栅格设置为8。 2.1.2 装载原理图元件库

单管放大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。

1)在Libraries工作面板上单击2)单击选项下方

,弹出如图2-1-5所示对话框。

按钮，选择添加Miscellaneous Devices.IntLib，

单击打开添加库完成，如图2-1-6所示。

图2-1-5 添加元件库 图2-1-6 添加Miscellaneous Devices.IntLib

2.2原理图设计中注意的事项 2.2.1元器件自动对齐

在制作原理图的时候，用户往往遇到需要重新排列元件的情况，如果是手动

操作，则既费时又不准确，而系统提供的精确排列元件命令（Edit\\Align）正好

7

帮助用户解决这个难题。

执行菜单命令Edit\\Align，可以打开如图2-2-1所示的元件排列对齐对话框，其中列出了具体的排列/对齐命令。这些命令也可以通过工具栏工具开，如图2-2-2所示。

打

图2-2-1 对齐操作命令

图2-2-2件排列\\对齐快捷工具

1.这些命令可以分为两类：一类是水平方向的排列/对齐命令，另一类是垂直方向的排列/对齐命令

(1)水平方向的排列/对齐命令

1) Align Left：通过该命令可使所选取的元件向左对齐，参照物是所选最左端的元件。

2) Align Right：通过该命令可使所选取的元件向右对齐，参照物是所选最右端的元件。

3) Align Horizontal Centers：通过该命令可使所选取的元件向中间靠齐，基准线是选最左端和最右端元件的中线。

4) Distribute Horizontally：使所选取的元件水平平铺。 （2）垂直方向的排列/对齐命令

1) Align Top:该命令使所选取的元件顶端对齐。 2) Align Bottom:该命令使所选取的元件底端对齐。

3) Align VerticalCenters：该命令使所选取的元件按水平中心线对齐。对齐后四个元件的中心处于同一条直线上。

4) Distribute Vertically：该命令使所选取的元件垂直均布。

5）此外，还有一项命令Align To Grid，使用该命令可使所选元件定位到离其最近的网格上。

下面举例说明。假设元件初始分布如图2-2-3所示，则图2-2-4、图2-2-5

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分别为对应执行命令Align Left、Align Horizontal Centers后的对齐效果。

图2-2-3件初始分布图 图2-2-4 元件左对齐后的效果

图2-2-5元件向水平中间靠齐后的效果图

2.上面介绍的这些命令，一次只能进行一种操作。如果要同时进行两种不同的排列/对齐操作，可以使用菜单命令Edit\\Align\\Align。

执行该命令后，系统将弹出如图2-79所示的Align Objects对话框。该对话框分为两部分，分别为水平排列选项(Horizontal Alignment)和垂直排列选项（Vertical Alignment）。

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2-3 多路抢答器原理图

图2-3多路抢答器原理图

第三章 多路抢答器PCB设计

3.1 PCB设计流程

在使用Altium Designer 6设计PCB时，一般可以分为如图4-12所示几个步骤。

图3-1 PCB设计流程

1. 设计电原理图

该步的主要工作是使用原理图编辑器绘制电路原理图，并编译生成网络表。 2. 创建PCB文档

通过创建PCB文档，调出PCB编辑器，在PCB编辑环境完成设计工作。 3. 规划电路板

绘制印制电路板图之前，设计者还应首先对电路板进行规划，包括：定义电路板的尺寸大小及形状、设定电路板的板层以及设置参数等，这是一项极其重要

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的工作，是电路板设计的一个基本框架。

4. 装入元件封装库及网络表

要把元器件放置到印制电路板上，需要先装载所用元器件的封装库，否则在将原理图信息导入到PCB时调不出元件封装，导致出现错误。

5. 元件布局

布局，就是将元件摆放在印制板中的合适位置。这里的“适当位置”包含两个意思，一是元件所放置的位置能使整个电路板符合电气信号流向设计及抗干扰等要求，而且看上去整齐美观；二是元件所放置的位置有利于布线。

6. 设置布线规则

对于有特殊要求的元件、网络标号，一般在布线前需要设置布线规则，比如安全间距、导线宽度、布线层等。

7. 布线

布线，就是布铜导线，实现各个焊盘之间的电气连接。该操作既可以自动布线也可以手工布线，Altium Designer 6自动布线功能十分强大，如果元件布局合理、布线规则设置得当，自动布线的成功率接近100%；若自动布线无法完全解决或产生布线冲突时，可进行手工布线加以调整。

8. 生成报表以及打印输出

完成电路板的布线后，保存PCB图，然后利用各种图形输出设备，输出PCB图。

按照上述流程设计出PCB图后，即可将该文档交给印制电路板生产单位进行制作。

3.2 PCB设计的基本原则

PCB设计的好坏对电路板抗干扰能力影响很大，因此，在进行PCB设计时，必须遵循PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。为了设计出性能优良的PCB，应遵循下面讲述的一般原则。

1. 布局原则

首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后，再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。

在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则：

（1）尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。

（2）某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

（3）重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。

（4）对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；

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若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

（5）应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。

根据电路的功能单元．对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则： （1）按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。

（2）以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上．尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

（3）在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观．而且装焊容易．易于批量生产。

（4）位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。电路板面尺寸大于200×150mm时，应考虑电路板所能承受的机械强度。

2. 布线原则

在 PCB 设计中，布线是设计PCB的重要步骤，布线有单面布线、双面布线和多层布线。为了避免输入端与输出端的边线相邻平行而产生反射干扰和两相邻布线层互相平行产生寄生耦合等干扰而影响线路的稳定性，甚至在干扰严重时造成电路板根本无法工作，在 PCB 布线工艺设计中一般考虑以下方面：

（1）连线精简原则

连线要精简，尽可能短，尽量少拐弯，力求线条简单明了。 （2）安全载流原则

铜线宽度应以自己所能承载的电流为基础进行设计，铜线的载流能力取决于线宽和线厚（铜箔厚度）。当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1~15mm时，通过2A的电流，温度不会高于3℃，因此导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.02-0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线。

（3） PCB抗干扰原则

印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，涉及的知识比较多。下面仅就一些抗干扰设计说明如下：

电源线设计原则：根据印制线路板电流的大小，要尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。

地线设计的原则：数字地与模拟地分开；接地线应尽量加粗，若接地线用很细的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低，如有可能，接地线线宽应在2~3mm以上。

另外铜膜导线的拐弯处应为圆角或斜角（因为高频时直角或尖角的拐角处会影响电气性能），双面板两面的导线应互相垂斜交或者弯曲走线，尽量避免平行走线，减少寄生耦合等。

3. 焊盘

焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。

以上是一些设计PCB的基本原则，当然这很大程度上还与设计者的经验有关。

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3.3 多路抢答器PCB图

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图3-3多路抢答器PCB图

3.4多路抢答器3D效果图

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图3-4-1多路抢答器3D效果图

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第四章 总 结

通过本次实训我了解了电子产品制作的基本流程。掌握了从原理图到PCB图，再到3D效果图的具体步骤与方法。更加熟悉了Altium Designer的操作过程，与工作原理注意事项。

在实际操作过程中不仅需要考虑理论的要求，还要考虑实际的需求。要充分做到理论与实际的结合。另外在进行实际操作的过程中还需考虑整体与局部的联系，还有前后之间的影响。

在进行作图之前应对本次操作有可大体思路，先做什么，后做什么，共有多少需要做。由于是大型作业在具体实施的过程中不可能一次完成，因此每次结束时均需对所做的内容进行保存。并且每次修改过后也应保存

本次实训内容涉及课本前前后后的所有重点内容，实习的过程是理论联系实际的过程，同时也是复习在学习的过程。通过实训加深了对重点知识的记忆与理解，巩固了以往不牢固的知识。补充了以往学习时的知识漏洞。为巩固知识，再学习做了很大的帮助。

此次实训受益匪浅

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参考文献

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[5] 刘小伟.刘宇.温培和.Altium Designer 6.0电路设计实用教程.北京：电子工业出版社.2007

[6] 李秀霞.郑春厚.Protel DXP电路设计与仿真教程.北京：北京航空航天大学出版社.2008

[7] 陈兆梅.Protel DXP 2004 SP2印制电路板设计实用教程.北京：机械工业出版社.2008

[8] 黎文模.段晓峰.Protel DXP电路设计与制版实用教程.北京：人民邮电出版社.2006

[9] 肖玲妮.叙淑正.张玲.Protel 2004电路设计.北京：清华大学出版社.2006 [10] 王浩全.傅英明.洪华.Protel DXP电路设计与制版实用教程.北京：人民邮电出版社.2006

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[13] 胡应战 Altium Designer 6电路设计使用教程.河南：河南科学技术出版社，2009.

[14] 田磊 邢鹏康 《电子CAD》实验实训指导书. 河南：河南工业职业技术学院。

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