網(wǎng)絡(luò)通信模塊電路設(shè)計(jì)

1、xx學(xué)院綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告專業(yè)：xx 年級(jí)/班級(jí)： xxxx級(jí) 20xx20xx學(xué)年第一學(xué)期課程名稱電子線路輔助設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師本組成員學(xué)號(hào)姓名實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)xx學(xué)院xx實(shí)驗(yàn)時(shí)間項(xiàng)目名稱基于ENC28j60的網(wǎng)絡(luò)通信模塊的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)類型綜合性一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖褂肁ltium Designer設(shè)計(jì)一個(gè)基于ENC28j60的網(wǎng)絡(luò)通信模塊。二、 實(shí)驗(yàn)儀器或設(shè)備1. 一臺(tái)計(jì)算機(jī)。2. Altium Designer軟件。三、 總體設(shè)計(jì)(一) 新建工程(二) 元件的制作2.1. 制作ENC28j60芯片的封狀2.2. 制作HR模塊的封裝(三) 繪制電路原理圖3.1. 系統(tǒng)供電電路3.2. ENC28j60通信電路3.3.

2、 HR網(wǎng)絡(luò)接口電路(四) 電路原理圖的后續(xù)操作4.3. 元件的標(biāo)注4.4. 更改元器件的PCB封裝4.5. 原理圖的編譯與查錯(cuò)4.6. 生成元器件報(bào)表4.7. 生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表(五) 繪制PCB電路板5.1. 規(guī)劃電路板5.2. 裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝5.3. 元件的布局5.4. 自動(dòng)布線5.5. 手工修改布線(六) PCB設(shè)計(jì)的后續(xù)操作6.1. 重新定義電路板形狀6.2. 覆銅6.3. 字符串信息整理6.4. DRC檢查6.5. 打印電路圖6.6. 打印PDF文檔四、 實(shí)驗(yàn)步驟1.新建工程執(zhí)行【File】|【New】|【Project】|【PCB Project】命令，新建一個(gè)空白的工程文件， 并

3、將其保存在網(wǎng)絡(luò)通信文件夾下，重新命名為“ENC28j60.PrjPCB”。執(zhí)行【File】|【New】|【Schematic】命令，新建一個(gè)空白的原理圖設(shè)計(jì)文件，命名為 “ENC28j60.SchDoc”。2.元件的制作2.1 制作ENC28j60芯片的封狀執(zhí)行菜單命令【File】|【New】|【Library】|【Schematic Library】，新建庫文件，命名為“ENC28j60.SchLib”并保存；執(zhí)行菜單命令【Tools】|【New Component】，在彈出的對(duì)話框中將新建的元件命名為 ENC28j60；圖 2 添加元件執(zhí)行菜單命令【Place】|【Rectangle】在繪

4、圖區(qū)繪制一個(gè)大小合適的矩形；執(zhí)行菜單命令【Place】|【Pin】放置管腳，ENC28j60 共有 28 個(gè)管腳。圖 3 元件屬性設(shè)置對(duì)話框圖 4 元件管腳編輯器對(duì)話框由于芯片的管腳較多，分別修改比較麻煩，在管腳編輯器中修改元件管腳的屬性則方便得多。雙擊【SCH Library】面板中的“ENC28j60”標(biāo)簽，彈出圖 3 所示的元件 屬性設(shè)置對(duì)話框，再點(diǎn)擊對(duì)話框左下角的【Edit Pins】按鈕，彈出圖 4 所示的元件 管腳編輯器界面。請(qǐng)讀者按照?qǐng)D中的設(shè)置來修改元件的管腳屬性，修改完畢后的原理 圖模型如圖 5 所示。圖 5 ENC28j60 的原理圖模型 接下來為 ENC28j60 添加 P

5、CB 封裝。在圖 11-3 所示的對(duì)話框中點(diǎn)擊【Models for ENC28j60】區(qū)域的【Add】按鈕，選擇“Footprint”引腳封裝。并在彈出的 6 所 示的 PCB 模型對(duì)話框中點(diǎn)擊【Browse】按鈕瀏覽封裝模型，如圖 7 所示。圖 6 PCB 模型對(duì)話框ENC28j60 的封裝為“DIP-28”，這個(gè)封裝所在的庫位于“C:Program FilesAltium Designer Summer 08LibraryPcbThru Hole”目錄下的“Dual-In-Line Package.PcbLib” 文件中，請(qǐng)讀者將其加載并選中其中的 DIP-28，封裝的預(yù)覽如圖 7 的右

6、半部。圖 7 瀏覽元件封裝至此，完整的 ENC28j60 的庫文件就制作完成了。2.2 制作HR模塊的封裝執(zhí)行菜單命令【Tools】|【New Component】，在彈出的對(duì)話框中將新建的元件命名為 HR；執(zhí)行菜單命令【Place】|【Rectangle】在繪圖區(qū)繪制一個(gè)大小合適的矩形；執(zhí)行菜單命令【Place】|【Pin】放置管腳，各管腳的設(shè)置如圖 8 所示，繪制完畢的HR 原理圖模型如圖 9。圖 8 HR 的管腳設(shè)置圖 9 HR 的原理圖模型HR 的 PCB 封裝并非標(biāo)準(zhǔn)的封裝，所以需要自己來繪制。執(zhí)行菜單命令【File】【|New】【|Library】【|PCB Library】，新建

7、 PCB 庫文件，命名為“ENC28j60.PcbLib”并保存。在隨書附帶的光盤中找到 HR 的 Datasheet“HR.pdf”并打開，如圖 10 所示，HR 的幾 何尺寸在圖中均有標(biāo)識(shí)。圖 10 HR 的尺寸 按照?qǐng)D 10 的數(shù)據(jù)繪制出 HR 的 PCB 封裝模型，如圖 11。 繪制過程中要注意焊盤孔徑的大小要稍大于元件實(shí)際的引腳，以及引腳之間的距離。 可以先放置好各焊盤的大致位置，設(shè)置好焊盤的孔徑。然后使用系統(tǒng)的【Reports】|【Measure Distance】工具來確定焊盤的精確位置，最后再繪制絲印層的幾何圖形。圖 11 HR 的 PCB 封裝 接下來將 HR 的 PCB 封

8、裝添加到 HR 的原理圖模型中去。與 ENC28j60 添加 PCB 封裝的過程一樣，在 3 所示的元件屬性對(duì)話框中為 HR 添加 PCB 封裝。需注意的是，添加封裝前還需將剛剛繪制完成的“ENC28j60.PcbLib”加載到3. 繪制電路原理圖3.1 系統(tǒng)供電電路首先加載 1117 元件所在的庫，在【Libraries】面板中點(diǎn)擊【Search】按鈕，彈出圖 13所示的元件庫查找對(duì)話框，在上面的文本框中填入需要查找的元件名“reg1117”并點(diǎn)擊【Search】按鈕開始查找，經(jīng)過一段時(shí)間的搜索，系統(tǒng)會(huì)列出所有相關(guān)的元件。圖 13 查找元器件3.2 ENC28j60通信電路ENC28j60

9、是 10M 的網(wǎng)絡(luò)通信芯片，一方面它通過 SPI 接口與外部控制電路交換數(shù)據(jù) 信息，并且產(chǎn)生接收和發(fā)送中斷信號(hào)，另一方面它將待發(fā)送的數(shù)據(jù)以 10Mbit/s 的速度發(fā) 送到網(wǎng)絡(luò)變壓器。圖 14 ENC28j60 通信電路電路圖3.3 HR網(wǎng)絡(luò)接口電路HR 網(wǎng)絡(luò)接口電路集成了網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45 接口和 LED，電感 L1 是必須的， 在這里可以選擇電感或者是鐵氧體磁珠。圖 15 HR 網(wǎng)絡(luò)接口電路電路圖4. 電路原理圖的后續(xù)操作4.1 元件的標(biāo)注 執(zhí)行【Tools】菜單下的【Annotate Schematic】命令彈出圖 16 所示的自動(dòng)標(biāo)注設(shè) 置對(duì)話框，執(zhí)行下面的【Update Chang

10、es List】命令，系統(tǒng)對(duì)所有元件進(jìn)行預(yù)編號(hào)， 編號(hào)的結(jié)果顯示在 Proposed 欄中； 執(zhí)行【Accept Changes】命令，彈出圖 17 所示的工程變更單，該對(duì)話框中顯示出 了即將對(duì)原理圖做出的更改。執(zhí)行【Validate Changes】對(duì)即將對(duì)原理圖做出的更改進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證無誤后執(zhí)行【Execute Changes】命令執(zhí)行更改，如圖 11-18 所示，點(diǎn)擊【Close】完成自動(dòng)標(biāo)注。圖 16 元件的自動(dòng)標(biāo)注圖 17 工程變更單圖 18 執(zhí)行標(biāo)號(hào)的更改4.2 更改元器件的PCB封裝 執(zhí)行菜單命令【Edit】|【Find Similar Objects】，光標(biāo)變成十字狀，將光標(biāo)移

11、至任何一 個(gè)電阻元件上點(diǎn)擊彈出圖 19 所示的查找相似對(duì)象對(duì)話框。將對(duì)話框中的“Symbol Reference”項(xiàng)后的“Any”改為“Same”，再點(diǎn)擊【OK】按鈕確認(rèn)，此時(shí)原理圖中所 有的電阻元件均處于選中狀態(tài)，下面再統(tǒng)一修改他們的引腳封裝屬性。圖 19 查找相似對(duì)象對(duì)話框打開【SCH Inspector】面板，將面板中的“Current Footprint”由當(dāng)前的 AXIAL-0.4改為 C0805 貼片封裝并確認(rèn)，此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)電路圖中所有的電阻元件封裝都變成了C0805。圖 20 修改電阻元件的引腳封裝以同樣的方法將電路中所有的無極性去耦電容封裝由原先的 RAD-0.3 改為 C080

12、5。將原理圖中其它元件的封裝按照下一小節(jié)導(dǎo)出的元器件報(bào)表中的內(nèi)容進(jìn)行修改。4.3 原理圖的編譯與查錯(cuò)接下來對(duì)原理圖進(jìn)行編譯，執(zhí)行【Project】|【Compile Document ENC28j60.SchDoc】 命令，編譯完畢后系統(tǒng)會(huì)提示原理圖的編譯結(jié)果，若有錯(cuò)誤的話則在在【Message】面板 中顯示編譯錯(cuò)誤的信息，編譯完全通過的話則沒有錯(cuò)誤提示。4.4 生成元器件報(bào)表生成元器件報(bào)表可以對(duì)電路中元器件的封裝、標(biāo)號(hào)等進(jìn)行進(jìn)一步的檢查。圖 21 元器件表對(duì)話框執(zhí)行菜單命令【Reports】|【Bill of Materials】彈出圖 21 所示的元器件報(bào)表生成對(duì) 話框，這里面列出了原理圖

13、中元器件注釋、描述、標(biāo)號(hào)以及封裝的具體信息。為了方便保 存或是打印，可以將該報(bào)表導(dǎo)出為 Excel 文件格式，導(dǎo)出前先進(jìn)行預(yù)覽，點(diǎn)擊【Menu】 按鈕在彈出的菜單中選擇【Report】命令，打開圖 22 所示的元器件清單導(dǎo)出預(yù)覽框。 若對(duì)預(yù)覽滿意的話點(diǎn)擊【Export】按鈕，在工程文件夾下的“Project Outputs for ENC28j60” 文件夾中生成 Excel 格式文檔，打開該文檔如圖 23 所示，內(nèi)容與元器件列表對(duì)話框中 的內(nèi)容相同。圖 22 元器件報(bào)表導(dǎo)出預(yù)覽4.5 生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表執(zhí)行菜單命令【Design】|【Netlist for Document】|【Protel】，系

14、統(tǒng)會(huì)在 Project 面板的 “GeneratedNetlist Files”目錄中生成“ENC28j60.NET”網(wǎng)絡(luò)報(bào)表，雙擊打開報(bào)表，如圖 24 所示，在該表的基礎(chǔ)上可以完成 PCB 電路板的設(shè)計(jì)。其實(shí)在 Altium Designer 中進(jìn) 行原理圖和 PCB 設(shè)計(jì)并不需要自己單獨(dú)生成網(wǎng)絡(luò)報(bào)表，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)完成原理圖設(shè)計(jì) 系統(tǒng)和 PCB 編輯系統(tǒng)之間的信息交互。圖 24 生成的網(wǎng)絡(luò)報(bào)表5. 繪制PCB電路板執(zhí)行菜單命令【File】|【New】|【PCB】，新建一個(gè) PCB 設(shè)計(jì)文件，并保存為 “ENC28j60.PcbDoc”。5.1 規(guī)劃電路板打開新建的“ENC28j60.PcbDo

15、c”文件，執(zhí)行菜單命令【Design】【|Layer Stack Manager】，彈出圖 25 所示的 PCB 板層設(shè)置對(duì)話框，設(shè)置電路板為雙層板并確定。圖 25 PCB 板層設(shè)置執(zhí)行菜單命令【Design】|【Options】，設(shè)置 PCB 圖紙。讀者可以按照自己的設(shè)計(jì)習(xí) 慣來設(shè)置圖紙的尺寸以及網(wǎng)絡(luò)的大小，一般不需要修改默認(rèn)的圖紙尺寸。圖 26 PCB 圖紙屬性設(shè)置5.2 裝入網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝在載入原理圖網(wǎng)絡(luò)表前首先要在 PCB 編輯環(huán)境中加載入元器件所需的引腳封裝。將自己所建立的元件引腳封裝“ENC28j60.PcbLib”加載到系統(tǒng)中來。并且還要 加載“C:Program FilesA

16、ltium Designer Summer 08LibraryPcbThru Hole”目錄下的 “Dual-In-Line Package.PcbLib”。接下來載入網(wǎng)絡(luò)表，在 PCB 編輯系統(tǒng)中執(zhí)行菜單命令【Design】【|Import Changes FromENC28j60.PRJPCB】，彈出圖 27 所示的網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入窗口，里面列出了所有的網(wǎng)絡(luò)表加 載項(xiàng)，執(zhí)行【Validate Changes】命令對(duì)所有的加載項(xiàng)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證無誤后執(zhí)行【Execute Changes】命令加載網(wǎng)絡(luò)表，加載完成后圖 28 中“Status”狀態(tài)欄中全部呈“”狀， 表示加載正確無誤，點(diǎn)擊【Close】

17、按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。載入網(wǎng)絡(luò)表和元件的引腳封裝后的 PCB 編輯界面如圖 29 所示，載入的元件引腳封裝分布在 PCB 板框的右部，網(wǎng)絡(luò)連線以預(yù)拉線的形式存在。點(diǎn)擊選取右方藍(lán)色的元件放置空間，并按鍵盤上的【Del】鍵將其刪除。刪除元件放 置空間后的 PCB 編輯界面如圖 30 所示。圖 27 網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入窗口圖 28 網(wǎng)絡(luò)表加載完成圖 29 完成導(dǎo)入后的 PCB 編輯界面圖 30 刪除元件放置區(qū)間5.3 元件的布局由于元器件較少，手工布局非常方便，而且效果要比系統(tǒng)的自動(dòng)布局好得多， 所以在這里選擇了手工布局。為了便于該網(wǎng)絡(luò)通信模塊后面的手工制板，在這里將所有的貼片元件像貼片電阻電容等都放置在電路板

18、的底層，而直插式元件包括網(wǎng)絡(luò)通信芯片、隔離變壓器等則放在電 路板的頂層，這樣做是為了使所有的焊盤均放置在底層，手工制板可以采用單面板制作。 布局完成后的電路板如圖 31 所示。圖 31 布局完成后的效果圖為了元件布局和布線時(shí)便于查看，隱藏電路板上的字符串信息可以使界面變得整潔清晰。點(diǎn)擊編輯區(qū)域左下角的 按鈕并切換到【Show/Hide】選項(xiàng)卡，如圖 32 所示，將【String】選項(xiàng)設(shè)置為“Hidden”。圖 32 【Show/Hide】選項(xiàng)卡設(shè)置5.4 自動(dòng)布線本電路簡單可以采用自動(dòng)布線后手工修改的方式布線。布線規(guī)則的設(shè)置直接影響到系統(tǒng)布線的質(zhì)量，所以首先對(duì)布線的設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行設(shè)定，這里僅對(duì)走

19、線寬度和間隔兩個(gè)規(guī)則進(jìn)行設(shè)定。由于要手工制板，腐蝕電路板時(shí)銅膜走線的 寬度和間隔都不能太窄，這里將銅膜走線寬度首選為 15mil，走線間隔則為最小 20mil。設(shè)置分別如圖 33 和 34 所示。圖 33 設(shè)置走線寬度圖 34 設(shè)置走線間隔自動(dòng)布線還需對(duì)布線的范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)，即在“Keep-Out Layer”繪制出一個(gè)封閉的走線區(qū)域。切換到“Keep-Out Layer”，執(zhí)行【Place】|【Line】命令，繪制出一個(gè)封閉的矩形，將所有元器件包括在內(nèi)。圖 35 設(shè)置布線范圍執(zhí)行菜單命令【AutoRoute】|【All】，彈出圖 36 所示的布線策略選擇窗口，選擇 其中的“Default 2

20、Layer Board”，即默認(rèn)的布線策略，并點(diǎn)擊下面的【Route All】按鈕開 始自動(dòng)布線。自動(dòng)布線成功后的電路板如圖 37 所示，同時(shí) Messages 面板顯示自動(dòng)布 線的狀態(tài)信息，布線結(jié)束后 Messages 面板的內(nèi)容如圖 38。圖 36 布線策略選擇圖 37 自動(dòng)布線完成后的 PCB 板圖 38 布線信息顯示5.5 手工修改布線自動(dòng)布線不可能坐到盡善盡美，存在一些不完美的地方需要手工調(diào)整布線，經(jīng)過修改 后的電路 PCB 圖如圖 39 所示，去除了不少的冗余走線，而且將大多數(shù)的走線調(diào)整至底層，頂層僅僅有 4 條走線。這樣做是因?yàn)槭止ぶ谱?PCB 板單面板的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于雙面板，在這

21、里將采用手工制作單面板，頂層的走線則采用飛線的方式完成。圖 39 手工修改布線后的 PCB 電路圖6 PCB設(shè)計(jì)的后續(xù)操作電路板布線完畢后還有許多后續(xù)的工作要處理，比如說定義電路板形狀、覆銅、DRC 檢查，如果要自己手工制作 PCB 電路板則還要將電路圖打印出來。6.1 重新定義電路板形狀布線完成后電路板的尺寸大小也就確定了，下面來重新定義電路板的形狀。圖 40 框選電路板區(qū)域切換到 Keep-Out Layer，用【Place】|【Line】命令根據(jù)實(shí)際電路板的尺寸重新繪出電 路板的邊界。用鼠標(biāo)框選整個(gè)電路板區(qū)域，使板框內(nèi)（包括 Keep-Out Layer 中的邊界線）處于選中 狀態(tài)，如圖

22、 40 所示。執(zhí)行菜單命令【Design】|【Board Shape】|【Define from selected objects】，則系統(tǒng)會(huì) 根據(jù)繪制的板框邊界線計(jì)算電路板的形狀，執(zhí)行完畢后的電路板如圖 41 所示。圖 41 重新定義電路板形狀的結(jié)果6.2 覆銅由于是單面板制作，覆銅僅需在走線的板層即底層進(jìn)行。切換到底層后執(zhí)行【Place】|【Polygon Place】命令，彈出圖 42 所示的覆銅屬性設(shè)置對(duì)話框，在此選擇實(shí)心式覆銅， 并將覆銅連接到 GND 網(wǎng)絡(luò)確定后用鼠標(biāo)沿著板框邊界繪制鋪銅的范圍，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算 覆銅面積的大小。圖 42 覆銅屬性設(shè)置覆銅完成后的效果圖如圖 43 所示

23、。圖 43 覆銅完成效果6.3 字符串信息整理在前面的設(shè)計(jì)過程中為了更方便的觀察元器件之間的電氣關(guān)系已經(jīng)將字符串信息隱藏，但是在電路板制作過程中這些信息又是必不可少的，字符串信息必須準(zhǔn)確而且美觀。 在圖 32 所示的【Show/Hide】選項(xiàng)卡中將字符串顯示，同時(shí)將覆銅隱藏，電路板的顯示如圖 44 顯示。可見字符信息顯得十分凌亂，并且由于元件大多是分布在電路板的底 層，字符串也是鏡像顯示的，不容易分辨。沒關(guān)系，執(zhí)行菜單命令【View】|【Flip Board】 可以將電路板翻轉(zhuǎn)，即電路板的底層與頂層將翻轉(zhuǎn)顯示，顯示效果如圖 45 所示。這樣 就可以非常清楚的看出字符串的內(nèi)容了。圖 44 字符串

24、的顯示圖 45 電路板的翻轉(zhuǎn)顯示字符串整理完畢后的電路板最終效果圖如圖 46 所示，十分整潔漂亮。圖 46 電路板最終效果圖6.4 DRC檢查接下來是對(duì)電路板進(jìn)行 DRC 檢查，以驗(yàn)證是否有違反設(shè)計(jì)規(guī)則的情況發(fā)生。執(zhí)行菜 單命令【Tools】|【Design Rule Check】，在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊【Run Design Rule Check】 按鈕進(jìn)行 DRC 校驗(yàn)。DRC 檢查結(jié)果如圖 47 所示，可見檢查完全通過，沒有違反設(shè)計(jì) 規(guī)則的情況發(fā)生。至此網(wǎng)絡(luò)通信模塊的 PCB 設(shè)計(jì)已經(jīng)全部完成。圖 47 DRC 檢查結(jié)果6.5 打印電路圖打印電路圖是為了將設(shè)計(jì)好的電路板在半透明的紙或膠片上

25、打印出來，覆蓋在感光電 路板上使電路圖轉(zhuǎn)印到感光電路板上再進(jìn)行腐蝕制板。由于是單面板，所以只需打印電路 板底層的焊盤、導(dǎo)孔與銅膜走線的信息，而絲印層的信息是不用打印的。圖 48 打印屬性設(shè)置圖 49 PCB 打印屬性設(shè)置執(zhí)行菜單命令【File】|【Page Setup】進(jìn)行打印屬性設(shè)置，如圖 48 所示，點(diǎn)擊【Advanced】按鈕進(jìn)入 PCB 打印屬性設(shè)置頁面。如圖 49 可知，系統(tǒng)默認(rèn)是打印當(dāng)前 的所有頁面，即 Top Overlay、Bottom Overlay、Top Layer、Bottom Layer、Keep-out Layer、 MultiLayer。在這里只需打印底層布線電路

26、板，即 Bottom Layer。雙擊“MultiLayer Composite Print”欄，彈出圖 50 所示的打印屬性設(shè)置頁，分別選中 Top Overlay、Bottom Overlay、 Top Layer、Keep-out Layer、MultiLayer 等板層，點(diǎn)擊下面的【Remove】按鈕將這些不用 打印的板層刪除。另外還要將【Options】區(qū)域的“Show Hole”和“Mirror Layers”勾選， “Show Hole”是將電路板中的孔顯示出來，便于制作時(shí)手工鉆孔；“Mirror Layers”是將 底層電路板鏡像打印。設(shè)置完畢后的屬性頁如圖 51 所示。圖 50 默認(rèn)的打印屬性設(shè)置圖 51 修改后的打印屬性設(shè)置點(diǎn)擊【OK】按鈕返回到編輯頁面，執(zhí)行【File】|【Print Preview】進(jìn)行打印預(yù)覽，預(yù)覽的效果如圖 52 所示，沒有錯(cuò)誤的話即可點(diǎn)