单面PCB板绘图技巧-第二篇：提高篇第十一章：单面PCB

第二篇：提高篇第十一章：单面PCB板绘图技巧第一节：绘制单面板的意义第二节：单面PCB板的绘图条件1、元件对电路布通率的影响2、电路结构对电路布通率的影响3、网络布线对电路布通率的影响4、合理使用跳线第三节：成品单面印制板的层面第四节：绘制单面PCB板使用的层面第五节：绘制复合元件单面板PCB图第六节：绘制动态显示数码管单面板PCB图第七节：绘制静态显示数码管单面板PCB图第八节：绘制跳线-1-第十一章Protel99SE单面PCB板绘图技巧内部资料不得外传第十一章：单面PCB板绘图技巧第一节：绘制单面板的意义单面板，就是只有单面铜膜走线的电路板，用Protel绘制单面板是非常有意义的，下面就从4个方面说明绘制单面板的意义：1、降低电路制作成本按制版费和单位面积制作费用两方面计算，单面板的制作成本比双面板的制作成本低2-3倍。对于企业，可以降低产品的成本，从实际应用来看，除了某些高频电路、贴片元件电路、面积要求小的电路或者太复杂的电路不适合用单面板以外，其余的电路都可以使用单面板，像电视机、录音机、收音机、功放等消费量很大的电子产品电路，想方设法地把电路绘制为单面板，以降低制作成本。2、降低电路开发成本定型一个电路，通常需要多次改进，每改一次，就浪费一次制版费，这还不仅仅是电路的电气连接错误，还有电路结构方面的调整，都需要制版验证。另外，大量使用贴片元件的电路多数需要双面板，但是，贴片元件的电路在定型期间的调整和测试比较麻烦，先用单面板和普通元件做测试，不但可以降低试验费用，而且用单面板和普通元件做成的电路改贴片元件，成功率极高，只需要更改原理图元件封装为贴片元件，重新绘制PCB板就可以了，尽管有些高频电路用普通元件不好测试，但是，大多数控制电路用普通元件和单面板是可以验证的，当然，这要求电路绘图水平和绘图速度很高。3、缩短电子产品开发周期开发电子产品，制作线路板是比较头疼的环节之一，当急需定型一个电子产品，快速制作电路板是关键。单面的印制板，只要方法得当，手工都可以制作，手工制作一个没有字符和阻焊的单面板，只需一小时左右。4、降低初学者学习电子技术入门费用曾经有电子刊物把制作电路板称为初学者学习电子技术的“拦路虎”，这一点也不夸张，还刊登了各种手工制作单面印制板的方法，那-2-第十一章Protel99SE单面PCB板绘图技巧内部资料不得外传些方法可谓是五花八门，像刀刻法、各种配方的溶液绘制、热转印、直接曝光、还有用眼药膏绘制后拿到冰箱里冷冻，几乎什么怪招都用上了。绘制单面板对于学习电子技术的初学者来说，实在是太重要了。第二节：单面PCB板的绘图条件许多电路绘图高手，或者懂一些电路绘图的电路设计人员，他们明明知道多数电路可以用单面板完成，可是，偏偏要绘制成双面板。究竟是什么原因？估计有两个原因，一个原因是绘制单面板浪费时间，制版费不是自己出。确实绘制单面板比绘制双面板浪费时间，而且难度大。还有一个原因是不知道单面板的绘图技巧，这是可以理解的，不会嘛，可以学，绘制单面板要从电路设计开始，就规划使用单面板，并且想方设法地提高布通率：1、元件对电路布通率的影响元件对电路布通率的影响很大，集成化程度高的元件，走线比较简单，布通率很高，反之，集成化程度低的元件，绘制单面板难度大一些。2、电路结构对电路布通率的影响像单片机电路，并行口方式的总线结构布通率低，串行口的总线结构布通率很高。在不需要高速运行的场合，尽量使用串行器件，可以使电路的走线非常简单，绘制单面板相对容易。3、网络布线对电路布通率的影响网络布线和同步设计是提高布通率最有效的方法之一，一定要在这方面下工夫，如果不用网络布线，放置元件，直接绘制PCB图，不但布通率低，而且费时、费神。4、合理使用跳线单面板只有一层走线，实在走不通的地方就需要跳线，跳线并不是越少越好，而是合理使用，使用跳线要以调整单面板的布线密度为主，跳线的长度最好是100mil的整倍数，这样在折跳线的时候很方便，当跳线的长度控制在600mil以内时，跳线不存在成本，可以用剪下来的电阻引脚折成跳线。第三节：成品单面印制板的层面-3-第十一章Protel99SE单面PCB板绘图技巧内部资料不得外传成品单面印制板的层面在通常情况下由四个层面构成1、顶层阻焊层用绿色抗高温颜料通过丝网印刷的方法，印刷在印制板元件面，在双面印制板上起阻焊和防止铜薄走线氧化的作用，在单面印制板上只起美观作用，有的印制板厂家为了降低成本，省略了顶层阻焊层。目前少数电路板的顶层阻焊层也有红色或黑色的。2、顶层丝印层用白色抗高温颜料通过丝网印刷的方法，印在印制板元件面顶层阻焊层上，用来指示元件外形、元件编号、跳线和电路板信息的特殊符号。3、底层铜薄层通过丝网印刷的方法，在单面敷铜板的铜薄层，印刷感光油墨，经过曝光、显影和腐蚀后得到的铜薄走线和焊盘、过孔。4、底层阻焊层用绿色抗高温颜料通过丝网印刷的方法，印在印制板焊接面，只露出焊盘部分，起阻焊和防止底层铜薄走线氧化的作用。第四节：绘制单面PCB板使用的层面绘制单面PCB板使用的层面通常由下面5个工作层面构成：1、TOP层顶层铜薄走线层，简称：“顶层走线”或“顶层”，系统默认为红色。这个层面在双面印制板中表示的是顶层铜薄走线，在单面印制板中，表示跳线。2、BOT层底层铜薄走线层，简称：“底层走线”或“底层”，系统默认为兰色。这个层面表示的是电路板焊接面连接焊盘和过孔的铜薄走线，但是，不包括焊盘和过孔。3、TOver层顶层丝印层，简称：“顶层丝印”或“丝印层”，系统默认为绿色。相当于成品电路板的顶层表示元件外形的丝印层。4、KeepOut层禁止布线层，系统默认为紫色。这个层面实际上是个虚层，多数情-4-第十一章Protel99SE单面PCB板绘图技巧内部资料不得外传况下是用它定义电路板的外形大小，有其说它是一个“层”，不如说它是一个“框”，但是，它的作用较大，不仅仅是用这个层面的线来定义线路板的尺寸，而是没有这个“框”，就不能很好地实现自动布线，Protel根据禁止布线层绘制范围内的元件进行自动布线，布线范围绝对不会超过这个“框”，如果在这个“框”内用禁止布线层画一条线或者是画一个小“框”、圆、弧等图形，自动布线也不会越过禁止布线层画的线和图形。据说印制板厂定义电路板框不是用禁止布线层，而是用机械层，其实，在实际绘图中，几乎所有电路板都是用禁止布线层定义电路板框，真正做板的时候，怎么定义电路板框，那是专业印制板厂家的事。5、Multi层复合层，系统默认为灰色。在单面、双面印制板中，这个层面包括过孔和焊盘以及用这个层面绘制的线和图形，因为单面印制板只有底层焊盘和过孔，双面、多层印制板中每一层都有焊盘和过孔，因此称为“复合层”，单面印制板有一个复合层，双面印制板有两个相同的复合层，而多层印制板因为过孔连通不同层面的铜薄走线，所以多层印制板的复合层不尽相同。以上介绍绘制单面印板图需要的工作层面，实际上就是系统默认绘制标准双面PCB图需要的工作层面，这些由Protel系统默认的层面颜色，已经是比较好用了，这些层面颜色，没有特殊要求不必更改。第五节：绘制复合元件单面板PCB图打开电路图4.Sch，如图：假如89C2051通过ULN2003驱动六个继电器，由于51单片机上电复位时，所有I/O口为高电平，为了防止开机时所有继电器吸合，89C2051-5-第十一章Protel99SE单面PCB板绘图技巧内部资料不得外传和ULN2003之间需要加反相，用三极管反相肯定焊盘和走线比较多，不易布成单面板，用CD4069最简洁。电路图4.Sch单片机驱动继电器不一定是最好方法，仅仅以89C2051和ULN2003之间需要反相为例，说明单面板的布线方法，单片机的复位电路和晶振电路，还有继电器没有绘制。在电路图4.Sch里用同步器新建电路图4.Pcb，先设置好PCB绘图环境，再用同步器把电路图4.Sch对应的PCB封装放置到电路图4.Pcb，批量取消元件名称，按图11-4-1排列元件和元件编号，在原理图里，89C2051和ULN2003之间用CD4069反相，用到的反相器是顺序排列的，这样排列，在原理图非常好看，但是，PCB图布线比较困难，看看IC2和两边的网络线，几乎是一团糟，实在不好看出头绪，象这样布线，别说是单面板，就是双面板也不是很容易就布通。用自动布线试试，看能布出个什么效果，就用新建文件后的默认值自动布线，布线后的效果如图，虽然几秒钟就全部布通，但是，这样的布线效果实在不能恭维。-6-第十一章Protel99SE单面PCB板绘图技巧内部资料不得外传其实，89C2051和ULN2003之间用CD4069反相，使用CD4069的哪个非门都是一样的，没有必要顺序使用，仔细观察PCB图，就知道如何使用非门，找到规律，重新调整和排列原理图里的非门，原来使用非门的顺序是A、B、C、D、E、F，根据PCB的走线规律使用非门的顺序是A、F、B、E、C、D，如图：用同步器重新更改网络，手工布线后的效果如图：-7-第十一章Protel99SE单面PCB板绘图技巧内部资料不得外传看，走线多么简洁，一根跳线都没有用，这样布线，有什么理由非要用双面板！关闭丝印层，更能看清简洁的走线，如图：这里使用的技巧，是通过网络线更能看清楚PCB元件之间，管脚的连接关系，还有就是自制复合元件，把CD4069做成复合元件，调整和使用CD4069任何一个非门都非常方便，大大提高布通率，为绘图成单面板提供有利条件。第六节：绘制动态显示数码管单面板PCB图打开电路图5。用89C51的P0口做段驱动，用P2口做位驱动，以动态方式驱动显示六个数码管：-8-第十一章Protel99SE单面PCB板绘图技巧内部资料不得外传动态显示的原理，是所有的数码管相同管脚连在一起，由单片机驱动，至于点亮哪个数码管，由位驱动决定，所有的数码管相同管脚连在一起，单面板不易布通，而采用“S”形走线方式，很容易用单面板布通，这时候数码管1、3、5的管脚网络标号相同，2、4、6的管脚网络标号相同，相邻两者之间的网络标号不同，如图：数码管“S”形走线方式的布线效果如图：数码管的两个公共端在内部本来就是相连的，在PCB图里放置红色-9-第十一章Protel99SE单面PCB板绘图技巧内部资料不得外传的顶层走线是为了通过PCB的DRC检查。数码管到三极管之间的走线也找到最佳方式，用贴片三极管，也是为了提高布通率，普通封装的三极管，体积太大，不易布通。打开电路图5.Sch和电路图5.Pcb文件仔细观察，这样的布线技巧是很容易理解。89C51和ULN2003之间不加反相器，是因为在上电复位的时候，P1口驱动数码管用的是PNP三极管，高电平时三极管不可能导通，就算ULN2003全部为低电平，数码管也不会亮，在编写程序时，主程序一开始可以执行MOVP2，#00H，ULN2003输出端口就全部为高阻态。在编写动态显示数码管程序时，数码管1、3、5用一组段码表，2、4、6用一组段码表，这样的程序不难编写，比在PCB图里调整走线简单得多，而且不占成本。如果借鉴这个数码管显示电路，要注意数码管的封装，0.5英寸数码管有两种封装，一种是两个引脚距离为100mil（2.54mm），还有一种是两个引脚距离为2.5mm，别看这0.04mm，封装搞错的话，插元件的时候已经有感觉了，电路图5.Pcb用的是引脚距离为100mil的数码管，配套数据库文件里的元件库，两种PCB封装都有。第七节：绘制静态显示数码管单面板PCB图上一节介绍了并行动态方式显示数码管单面板PCB图，显示6个数码管就用了14个I/O端口，单片机I/O端口的资源浪费太大了，下面介绍串行静态方式显示数码管单面板PCB图的绘图方法，显示6个数码管或者六个以上的数码管，最多只需要单片机的4个I/O端口：打开电路图6.Sch，如图：-10-第十一章Protel99SE单面PCB板绘图技巧内部资料不得外传89C2051的三个端口接串入并出移位寄存器CD4094，OE端通过三极管反相接CD4094，OE端是为了上电复位时避免数码管点亮，CD4094和89