应用Protel99se设计电子时钟印制板电路 电路, 电子

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针对现代电子产品的发展趋势，线路板的功能对于整个电子产品性能的影响越来越明显。所以设计一个符合工艺要求，满足产品正常工作性能的线路板非常重要。
本文结合作者多年从事电子专业课程教学与研究工作的经验，结合单片机开发以及线路板设计，将具体阐述应用Protel99se软件开发单片机典型产品电子时钟线路板的设计重要步骤以及注意事项。
1 应用Protel99se软件设计电路原理图的注意事项以及步骤
原理图是实现电路功能的最基本的基础，电路原理图反映了各电子元器件的电气连接关系。在电子产品的设计过程中，原理图的绘制是绘制PCB的基础。原理图同时也是工程技术人员进行产品安装与调试的依据。所以在原理图的设计和绘制过程中一定要严格按照原理图的绘制步骤以及工艺要求进行。在原理图的绘制过程中，要严格按照自上而下、从左至右，按照信号流向等基本工艺要求进行。按照电路的功能模块进行元器件的布局，所有的连线要尽量结构化，整体绘图要求结构完整、美观易读。对于较为复杂的产品的原理图可以采用层次电路的设计思维。这样电路的结构清晰，符合原理图设计的基本要求。在电子时钟原理图绘制中，考虑到电路的复杂程度，在设计中采用了由单片机控制电路、时间显示电路、日期以及温度显示电路三个子电路构成的总体电路原理图的方案。在子电路中，为了增强原理图的可读性以及连线的方便，大量采用了网络标号作为电路原理图中器件的电气连接方式。设计完成的电子时钟电路总体原理图以及子电路之一的时间显示电路原理图分别由图1与图2所示。

图1 电子时钟电路总体原理图

图2 电子时钟子电路时间显示电路

2 对元器件进行合适的封装定义以及电气规则检查
元件封装是指元件放置到电子线路板中所表示的外框和焊点位置。不同的元件可以共用同一个元件封装，同种元件也可以有不同的封装，一般都是在完成原理图的绘制后，按照实际的要求对每一个元器件进行合适的封装的定义。一般来说，软件中提供的常见的标准封装库可以满足一般产品的设计要求。在现代化的印制板设计开发企业中，一般都具有公司内部自建的标准封装库。
要求印制板设计人员要能够熟知常见器件的封装形式。
对于不确定的封装，可以采取实际测量及自建封装的方法加以解决。封装的形式直接决定了线路板的可安装性，所以在定义的时候一定要仔细分析、慎重对待。
原理图设计的最后步骤就是进行电气规则检查。其主要是由软件自动分析电路原理图中是否存在同一个网络有多个网络名称;是否有悬空未接的输入信号;是否存在元器件重名等不符合电气规则的错误。在此需要强调的就是电气规则的检查不能代替原理图绘制是否正确的验证。原理图的正确性需要绘图者熟练的绘制技巧以及高度的责任心。
3 人工布局电子时钟印制板中的所有元器件
在对电子时钟印制板元件的布局中，首先需要确定的就是其中年、月、日、星期、室温、度这些标注性汉字的位置。这样才能够使数码管的显示易于读懂。其次考虑到各个对应位置的数码管的放置，在此过程中一定要注意与标注汉字之间的对应关系，以免引起显示的混乱。
在此基础上可以确定四个LED的位置，四个LED设计用来作为时钟小时、分钟、秒的显示，位置放置一定要准确、整齐美观。然后可以确定各个接口的位置，之后考虑如温度传感器、继电器等特殊元件的位置。确定单片机以及构成单片机最小系统各个元件的位置，最后考虑其他元件。整体布局要求考虑到正常工作的性能，整体PCB的美观，元件的布局符合模块化的设计思想等方面。
人工布局的合理性以及工艺性直接决定的印制板的性能以及印制板上铜膜线的走向。作为印制板开发人员一定要在实际的工程设计中积累布局的经验，总结布局的思路以及方法。
4 利用软件自动布线的功能对电子时钟PCB进行布线并调整
Protel99se具有非常完备的自动布线功能。能够模拟人工智能支持32层线路板的布线功能。在应用软件的自动布线功能进行布线的时候，首先要对自动布线的规则进行设置，使得软件在既定的规则下完成自动布线。
Protel99se支持对安全距离、布线的角度、布线层、布线的拓扑技术、线宽等多个实用规则的设置。在使用的过程中一定要根据设计要求以及实际情况作出合理的设置并根据布线的效果进行局部的调整。自动布线完成之后，设计人员还需要对PCB进行局部的调整以及修改，添加必要的标注等工作，保证线路板图功能的实现。电子时钟线路板完成后的PCB如图3所示。

图3 电子时钟电路自动布线完成后的PCB

5 结语
电子时钟电路作为一个典型的单片机产品，具有一定的复杂度以及综合性。开发与设计的过程中广泛涉及层次电路原理图的设计思想以及设计方法，线路板中各个元器件封装的定义以及对于原理图电气规则的检查。
在线路板的PCB的设计部分主要讨论分析了人工布局及自动布线的一般原则，对于一般电子产品的线路板设计具有一定的指导意义与示范作用。