Altium Designer课程设计
题目名称：51最小系统原理图绘制及PCB板计
系 别： 物理与电气工程系 专 业： 电气工程及其自动化 学 号：
姓 名： 指导老师： 日 期：
Altium Designer课程设计任务书
主要内容：
课程设计目的
（1）掌握51最小系统的基本原理；
（2）掌握并能熟练运用Altium Designer仿真软件；
（3）采用Altium Designer软件，做出仿真结果及画出pcb板。
基本要求：
Altium Designer课程设计 （1）按学校规定的格式编写设计论文。
（2）论文主要内容有：
①课题名称。
②设计任务和要求。
③Altium Designer的应用。
④收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。
主要参考资料
[1] 程昱主编《精通 Protel DXP电路设计》 清华大学出版社
[2] 周润景，张丽敏.Altium Designer原理图和PCB 设计.电子工业出版社.2009
[3] 张毅刚. 单片机原理及应用. 北京：高等教育出版社2004
[4] 谢龙汉.鲁力.张桂东.Altium Designer原理图与PCB设计及仿真.电子工业出版社，2012.1
[5] 谷树忠.Altium Designer教程：原理图、PCB设计与仿真.北京： 电子工业出版社，2010.1
Altium Designer课程设计 [6] 谢自美.电子线路设计-实验-测试.武汉华中科技大学出版社，2000
[7] 阎石.数字电子技术基础-5版.北京：高等教育出版社，2006
目 录
1 任务和要求 .................................................................................................... 1
1.1课程设计目的 ...................................................................................................... 1 1.2任务和要求 .......................................................................................................... 1
2 Altium Designer软件的简介 ................................................................... 1 3 51最小系统电路的功能分析 ....................................................................... 2 4 新建工程过程 ................................................................................................. 5 5 添加原理图及封装库 ..................................................................................... 8
5.1 添加元器件 ....................................................................................................... 8 5.2 添加封装过程 ................................................................................................... 9 5.3 原理图的生成 ................................................................................................. 11
6 制作封装库 ................................................................................................... 11 7 PCB的布线 .................................................................................................. 12
7.1 PCB的布线过程 ............................................................................................ 12 7.2 PCB ................................................................................................................. 13
8 心得体会 ....................................................................................................... 14 参考文献.............................................................................................................. 16
Altium Designer课程设计 1 任务和要求
1.1课程设计目的
（1）掌握51最小系统基本原理；
（2）掌握并能熟练运用Altium Designer仿真软件；
（3）采用Altium Designer软件，做出仿真结果及画出pcb板。
1.2任务和要求
（1）按学校规定的格式编写设计论文。
（2）论文主要内容有：①课题名称。②设计任务和要求。③Altium Designer软件应用以及仿真结果、画出pcb板。④收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。
（3）了解原理图设计基础、学习Altium Designer软件的功能及使用方法。
（4）掌握绘制原理图的各种工具、利用软件绘制原理图，掌握编辑元器件的方法构造原理图元件库。
（5）熟练掌握手工绘制电路版的方法，掌握绘制编辑元件封装图的方法，自己构造印制板元件库。
2 Altium Designer软件的简介
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Altium Designer课程设计 电路设计自动化 EDA（Electronic Design Automation）指的就是将电路设计中各种工作交由计算机来协助完成。如电路原理图（Schematic）的绘制、印刷电路板（PCB）文件的制作、执行电路仿真（Simulation）等设计工作。随着电子科技的蓬勃发展，新型元器件层出不穷，电子线路变得越来越复杂，电路的设计工作已经无法单纯依靠手工来完成，电子线路计算机辅助设计已经成为必然趋势，越来越多的设计人员使用快捷、高效的CAD设计软件来进行辅助电路原理图、印制电路板图的设计，打印各种报表。
Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows XP操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。
Altium Designer 除了全面继承包括Protel 99SE、Protel DXP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。该平台拓宽了板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。 由于Altium Designer 在继承先前Protel软件功能的基础上，综合了FPGA设计和嵌入式系统软件设计功能，Altium Designer 对计算机的系统需求比先前的版本要高一些。
3 51最小系统电路的功能分析
（1）时钟电路
51 最小系统上的时钟管脚：XTAL1（19 脚）：芯片内部振荡电路输入端。XTAL2
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Altium Designer课程设计 （18 脚）：芯片内部振荡电路输出端。
XTAL1 和XTAL2 是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。如图1所示。
图1 18.19引脚
（2）复位电路
5l 最小系统的复位引脚RST（ 第9 管脚） 出现2个机器周期以上的高电平时，系统就执行复位操作。如果RST 持续为高电平，系统就处于循环复位状态。
复位电路如图2所示。
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Altium Designer课程设计 图2 复位电路
（3）晶振电路
晶振作用非常大，全称叫晶体振荡器，它结合内部电路产生所需的时钟频率，晶振提供的时钟频率越高，那么运行速度就越快，一切指令的执行都是建立在晶振提供的时钟频率。晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。如图3所示。
图3 晶振电路
（4）EA/VPP（31 脚） 的功能和接法
51 最下系统的EA/VPP（31 脚） 如图4所示，它是内部和外部程序存储器的选择管脚。当EA 保持高电平时，系统访问内部程序存储器；当EA 保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器，只访问外部存储器。对于现今的绝大部分系统来说，其内部的程序存储器（一般为flash）容量都很大，因此基本上不需
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Altium Designer课程设计 要外接程序存储器，而是直接使用内部的存储器。
4 新建工程过程
（1）打开File→open→project→integrated project从而新建一个integrated projec。如图4所示。
图4 新建工程窗口图
（2）右击PCB.PrjPCB保存该project至指定目录并将用户名更改为“51最小系统”。
（3）选中该“51 最小系统”工程，右击，选择add new to project→Schematic,如图5所示。
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图5 绘制原理图文件
（4）选中该“51 最小系统”工程，右击，add new to project→PCB,如图6所示。
图6 创建PCB图
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Altium Designer课程设计 （5）选中该“51 最小系统”工程，右击，add new to project→schematic library,如图7所示。
图7 创建原理图库
（6）选中该“51 最小系统”工程，右击，add new to project→ 添加PCB元件库。如图8所示。
PCB library,即
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图8 添加PCB元件库
5 添加原理图及封装库
5.1 添加元器件
在元件库（B2011052240）.schlib中找出自己要用的元器件。并拖到“*.hcsdoc”，如图9所示。
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图9 添加元器件
5.2 添加封装过程
（1）完成如上步骤后，将自己所需要用到的所有元器件进行封装。现在就拿我画的按键进行封装步骤如下：
（2）在右上角library中找到按键的标志，点击摁住拖到“元件库（B2011052240）. schlib”。
（3）点击Tools下的Model Manager，然后在Model Manager中找到SW，点击添加Add Footprint，进行封装点击Browse，选中SW,ok完成一定记得保存。封装结果如图10所示。
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图10 按键封装结果
按键的参数参数如图11所示，在这里也可以再次修改数据。
图11 按键参数
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Altium Designer课程设计 （4）其他元器件同理，将所有的元器件都添加封装完成后。
5.3 原理图的生成
将电路图上得所有元器件绘制、做好封装并将其全部保存到元器件库里面。然后，在库里面将所需的元器件一个个调用到Schematic页面上，并将各个元器件放置到合适的位置。各个元器件上面还有不同的器件名称和管脚的电气符号，通过双击元器件就可以对元器件的电气符号进行标注或修改。对于原理图上得电气端口可以在页面上方的选项框里面找到相对应的端口原件，点击就可以直接运用，并将其与对应的线路连接在一起。电气总线也是可以在页面上方的相应位置找到相应的绘线按钮，点击将总线绘制在相应的位置，并与其他线路连接起来。如图12所示。
图12 51原理图
6 制作封装库
把刚才制作的“原件库”在添加到工程中。这时工程中有两个库，一个包含杂原件的
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Altium Designer课程设计 软件自带库，一个我们自己的库。打开库，双击原件，即可把原件依次添加到操作界面里。然后我们把原件用线连接起来。注意当原件较多时，我们可以用网络标号的方法来代替。这个过程是根据实际的各元器件的尺寸大小来进行制作。
（1）新建封装库—在新建的工程51最小系统.PrjPCB单击右键→Add New to Project→ PCB Library；
（2）制作新元器件封装库—Tools→Component Wizard。
7 PCB的布线
7.1 PCB的布线过程
（1）执行菜单命令File→new→PCB,为项目添加新的PCB文件，同时启动PCB编辑器。
（2）执行菜单命令Design→Import Changes From 51最小系统.PrjPcb,将原理图设计数据导入PCB文件，打开工程（项目）更新，更新文件并改错。
（3）若生成更新时有错则应该到原理图上面或到菜单栏上单击设计→浏览冲突进行更改。
（4）布线过程中应遵循布线规则，避免串扰，该设计所涉及的规则大致如下：
①PCB设计中应避免产生锐角和直角，产生不必要的辐射，同时工艺性能也不好。在布线中尽量采用135度拐角。
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Altium Designer课程设计 ②布线应该尽量满足以下要求：总的连线尽可能短，关键信号线最短；高电压、大电流信号与小电流、低电压的弱信号完全分开；模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开；高频元器件的间隔要充分。
③同类型插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向防止同一种类型的有极性分立元件也要力争在X或Y方向上保持一致，便于生产和检验。
④元件布局时，应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起，以便于将来的电源分割。
⑤元器件应放置紧凑、整齐、美观。如图13所示。
图13 布线图
7.2 PCB
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图14 布线完成图
8 心得体会
回顾本次课程设计，难点颇多，主要集中于以下几点：
（1）之前从未接触过类似Altium Designer这样的设计软件，且没有过相关使用电脑进行电路设计的经验。
（2）Altium Designer的全英文界面使得对于这款软件的上手难度大大增加。
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Altium Designer课程设计 （3） 对于元器件的认识和对于PCB板、封装的基本概念不够成熟，致使设计进度推进缓慢。
（4）PCB布线对于整体布局能力的要求较高。
通过为期两周的课程设计，以上的问题大都得到了圆满的解决。自己在设计51最小系统的过程中也积累了一定的PCB设计绘制经验和能力，这对于解决日后学习工作中遇到的相关问题都是难能可贵的财富。这次的课程设计与其他的有着不同的地方，首先我花了大约一周的时间把Altium Designer软件自学了，虽然不是完全透彻，但对于这次做的课程设计要用到的地方是没什么大问题了，然后拿到题目之后，开始分析51最小系统的基本原理，研究如何画原理图画板。会使用Altium Designer软件是对我们这个专业最基本的要求。
维持大约两周的课程设计结束了，在这次课程设计中不仅检验了我自学的能力，也培养了我如何独立的完成一件事情的能力，同时又加强了我与老师同学交流的水平，我想着对于以后不管在学习还是工作中都会很大的帮助的，在课程设计期间也会遇到这样或者那样的问题，但是可以学到很多之前没接触过的东西，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的独立思考的能力。在设计的过程中可以说的是困难重重，不过会及时的与老师同学探讨，这次的课程设计使我对课本知识又进一步的加深理解，把原来不懂的知识点重新理了一遍，让我明白了掌握书本知识点的重要性，同时也要加强独立思考和解决问题的能力。
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Altium Designer课程设计 参考文献
[1] 程昱主编《精通 Protel DXP电路设计》 清华大学出版社
[2] 周润景，张丽敏.Altium Designer原理图和PCB 设计.电子工业出版社.2009
[3] 张毅刚. 单片机原理及应用. 北京：高等教育出版社2004
[4] 谢龙汉.鲁力.张桂东.Altium Designer原理图与PCB设计及仿真.电子工业出版社，2012.1
[5] 谷树忠.Altium Designer教程：原理图、PCB设计与仿真.北京： 电子工业出版社，2010.1
[6] 谢自美.电子线路设计-实验-测试.武汉华中科技大学出版社，2000
[7] 阎石.数字电子技术基础-5版.北京：高等教育出版社，200
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