实验1 cadence一位全加器设计

实验1 cadence一位全加器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 实验1 一位全加器设计 一、实验内容 1. 设计1位全加器电路 2. 选择芯片设计该电路原理图 3. 设计电路pcb(印制电路板)图 4. 在实验板上验证该电路的正确性 二、实验步骤 1. 一位全加器设计 1)设1位全加器的输入为被加数为A，加数B，低位进位Cin;输出为本位和Sum，对高位的进位为Cout。 2)根据1位加法器的运算{Cout，Sum}=A+B+Cin列真值表如表吗-1所示。 表1-1 1位加法器真值表 输入变量 输出变量 A B Cin Sum Cout 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 3)根据真值表列出逻辑表达式 Sum,ABCin，ABCin，ABCin，ABCin,(AB，AB)Cin，(AB，AB)Cin ,(A,B)Cin，(A,B)Cin,A,B,Cin Cout,ABCin，ABCin，ABCin，ABCin,(A,B)Cin，AB 2. 根据一位全加器设计选择元器件，了解芯片外围特性 1) 本位和电路设计实现分析与元件选择 从一位全加器的Sum的表达式看，该电路的实现需要两个异或门即可，第一个异或门的输入为A、B，他们的输出作为第二个异或门的输入，另一个输入为Cin，第二个异或门输出即为Sum，在他的后面可以接一个发光二极管，验证和的结果。异或门74HC86的电路引脚图如图1-1所示，内部由4个异或门组成。发光二极管的形状如图1-2所示，长针表示发光二极管正极。 2) 向高位进位Cout的设计实现 从表达式可以看出，电路由两个与门和一个或门组成，第一个与门的输入为A、B，第二个 A,B与门输入为异或门输出和Cin，这两个与门输出就是最后的或门的输入，或门输出是Cout。与门74HC08电路图如图1-3(a)所示，或门74HC32电路引脚图如图1-3(b)所示。 3)A、B、Cin数据的设计实现 在数字系统中，1,0的数据可以由电阻和推拉开关组成，三位数据需要3个电阻和一个三路开关。电阻和推拉开关如图1-4(a)(b)所示。 4)电源电路设计 可由5V电源插孔设计实现，可由发光二极管检验电源是否接通，由电容充电稳压。电容如 1 图1-4(c)(d)所示，DC电源插孔如图1-5所示。 1AVCC114 1B4A213 1Y4B312 2A4Y411 2B3A510 2Y3B69 GND3Y78 图1-1 异或门74HC86的内部原理图与芯片封装图 图1-2发光二极管 1AVCC1141AVCC114 1B4A2131B4A213 1Y4B1Y4B312312 2A4Y2A4Y411411 2B3A2B3A510510 2Y3B2Y3B6969 GND3YGND3Y7878 (a)与门74HC08芯片封装图 (b)或门74HC32芯片封装图 图1-3 (a)电阻 (b)开关 (c)瓷介电容 (d)电解电容 图1-4 2 图1-5 CD 5V电源插孔 3. 根据元器件在软件Cadence中绘制电路图，创建网络表 1) Cadence的安装，见软件安装 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 (教材第4章) 2) 建立工程 执行菜单命令“开始-所有程序-Cadence-Release16.3-Design Entry CIS”，显示如图1-6所示的Cadence Product Choices对话框，选择OrCAD Capture或OrCAD _Capture_CIS_option with Capture，单击ok按钮，显示OrCAD Capture设计界面。在该界面执行File->New->project命令，显示如图1-7所示的New Project对话框，在Name文本框中输入工程名为adder，在Location对话画框中输入工程所在路径f:\cadence\adder。如图1-7所示。 图1-6 图1-7 在图1-7中点击ok按钮，在OrCAD Capture设计界面显示两个标签，adder*和page1。Adder* 3 为工程管理目录窗口，如图1-8所示。 图1-8 Adder.dsn为工程文件，SHENATIC1为原理图，PAGE1为绘制的原理图页面，要产生新的绘制页面可以用鼠标右键单击SHENATIC1，在快捷菜单中执行New Page命令，产生新的页面Page2等。Design Cache为缓存区，在原理图绘制中使用的元件名称都显示在下面，如果元件发生了改变，可以通过快捷菜单中的update cache命令对选中的原件更新。Library为自己建平面元件库管理目录，Libarary1.Olb为自己建立的元件库名，其下是自己创建的平面元件名称，一般情况下，只需创建一个自建平面元件库。Outputs下存放创建的输出文件，如网络表，包表等。PAGE1标签为绘制原理图的页面，点选该标签，显示绘图页面、绘图菜单栏和工具栏。绘制原理图的过程由菜单栏、工具栏和快捷菜单完成。 3) 建立平面元件 在绘制原理图前，需要对没有平面原件的元器件或者使用自己的平面元件绘制相关的平面图。具体方法是: 1)点击工程标签adder*，执行菜单命令File->New->library，在资源管理窗口的library下生成library1.olb数据库，作为自己的元件库。在library1.olb名称上单击右键，在出现的快捷菜单中选择New Part菜单，弹出如图1-9所示的New part Properties对话框，这里以双列直插芯片74HC138为例，说明建立该平面图的方法。在该属性窗口的Name文本框中输入74HC138，在Footprint窗口中输入平面元件对应电路板上带有焊盘的芯片绘制图即封装的名称，这里的封装名称是DIP16(双列直插16引脚)。点击ok按钮。显示设计平面元件界面。在设计界面上显示一个带有虚线框的芯片外框。 (1)拉长该芯片长度 点选边框，在边框4个角上出现四个小正方形。用鼠标左键拖动下面的任何一个小正方形，可以拉长或拉宽该区域。这里将该区域拉长。 (2)放置引脚 引脚编号自左上角逆时针排列，两边各分布8个引脚，具体排列和引脚信息查看相关芯片资料。执行菜单Place->pin，显示如图1-10所示对话框，在Name文本框中输入A，Number文本框中输入1，表示1号引脚为三位编码输入C、B、A中的A。点击OK按钮，自左上角逆时针旋转单击鼠标左键摆放16个引脚，左右两边对称摆放，两边各有8个引脚，如果虚线框不够长，可以把引脚暂时存放于上下方的位置，待调整长度后在将其拖回放到适合的位置。放置结束后，单击右键，在快捷菜单中执行End Mode命令，结束放置引脚。关于16 4 个引脚的含义如下: 1-A，2-B，3-C，输入的编码信息，输入引脚，C为高位;4-E3，低电平有效;5-E2，低电平有效;6-E1，高电平有效，输入引脚。7-Y7，低电平输出有效;8-GND，接地引脚;9-15引脚分别为Y6、Y5、Y4、Y3、Y2、Y1、Y0，低电平有效，输出引脚;16-VCC，低电平有效。 图1-9 图1-10 双击每个引脚，都会显示图1-10所示的对话框，在对话框中为没个引脚设置对应的Name值和引脚的shape，在Shape下拉列表框中常用的名称及含义如下: Dot:圆圈，表示低电平有效;Clock:上升沿时钟引脚;Dot-Clock:下降沿引脚;Line:长线引脚;Short:短线引脚;short Dot:短线圆圈，表示低电平有效;short Clock:短线上升沿时钟引脚;Short Dot-Clock:短线下降沿引脚;Zero Length，无线引脚。 Type下拉列表框每项的含义为: 3 State:3态引脚;Bidirectional:双向引脚;Input:输入引脚;Open Collector:集电极开路;Open Emitter:发射极开路;Output:输出引脚;Passive:动态的引脚;Power:电源引脚。默认为动态即不确定引脚的方向和类型，动态设定。 对于低电平输入、输出有效的Name，需要在其上加一个非，只要在名称中的每个字母后加上“\”即可。 通过设置，74HC138对应的平面元件如图1-11所示。执行命令菜单Place->Line,把虚线框绘制为实线框，每一条线绘制开始和结束都单击鼠标左键。绘制完成，单击鼠标右键，在快捷菜单中执行End Mode命令，结束绘制线条即芯片外壳边界。修改Value的值为74HC138.单击保存按钮保存该平面元件。 该库中分别绘制异或门芯片74HC86，与门74HC08，或门74HC32的平面图，如图1-12所示。 5 图1-11 图1-12 4) 了解绘图工具栏 自制平面元件绘制完成之后，就可以绘制一位全加器电路的原理图。绘制之前需要了解工具栏的使用。点击Page1标签，转到原理图绘制页面Page1。 工具栏如图1-13所示。其功能项与Place菜单中的菜单项相对应。使用该工具栏即可完成原理图绘制。该工具栏在界面右侧，可以拖动界面上方的位置。 图1-13 :选择按钮，可以选择画面区域的元器件和导线等，也可以起到取消其他操作，转到选择元件的功能上来。 (Place Part):元件库导入和元器件选择按钮，单击可以在右侧显示相关功能的界面。 (Place Wire):手动连线按钮，单击该按钮后，单击出发点按钮小方格，然后用鼠标拉出导线，无需按下鼠标，单击鼠标一下，导线可以拐一个弯，到达目的地引脚，单击引脚小方块，完成连接。单击选择按钮或者单击右键，在菜单中选择End Wire，结束本次连线，可以继续进行下次连线，再执行一次End Wire命令，结束连线操作。 (Place Auto Wire):自动布线按钮。单击该按钮后，再单击出发点引脚小方格，再单击终点目标引脚小方格，由系统自动完成布线操作过程。执行快捷菜单中End Mode可以结束 6 该操作。 (Net Alias):为导线加上别名。单击该单选钮，弹出Place Net Alias对话框，在该对话框的Alias文本框中输入导线别名，作为导线连接的标志，其它具有相同别名的导线属于同一导线，虽然他们并没有连接在一起。单击OK按钮，在鼠标的指针上出现一个矩形框，单击要加别名的导线，别名显示在导线的上侧。单击右键，在出现的快捷菜单中执行End Mode命令，结束操作。用鼠标拖动别名，发现别名和导线结为一个整体，无法拖动。 (Place Bus):总线按钮。总线是同是传送多位数据线的通路，虽然只有一条线，但是却表示一组数据的集合。在计算机系统中，可以用来表示地址总线、数据总线等。单击该按钮，可以在画布上绘制出一条比较粗的总线来。单击鼠标右键，在快捷菜单中执行一次End Wire命令，结束一次总线绘制，绘制下一条总线，执行第二次End wire，取消操作。 (Place Junction):两条导线实交叉处放置交叉点。采用默认设置，交叉点自动生成。 (Place Bus Entry):总线分支线，该按钮为总线放置与引脚链接的分支线，每个分支线可连接导线，在导线上可添加别名。 (Place Power、Ground):电源正极和负极选择按钮，这两个按钮作用是相同的。点击其中任何一个工具按钮，会弹出Place Ground对话框，在symbol列表框中选择正极标志或负极标志，连接到相应的引脚上去。 (1)负极名称有:$D_LO/SOURCE，0/CAPSYM，0/SOURCE，GND/CAPSYM，GND_EARTH/CAPSYM，GND_FIELD SIGNAL/CAPSYM，GND_POWER/CAPSYM，GND_SIGNAL/CAPSYM。其中SIGNAL表示信号地，其电流较小。 (2)正极名称有:$D_HI/SOURCE，VCC/CAPSYM，VCC_ARROW/CAPSYM，VCC_BAR/CAPSYM，VCC_CIRCLE/CAPSYM，VCC_WAVE/CAPSYM。 选择要连接的电源，单击对话框OK按钮，单击左键，将电源符号放置到画布上，单击右键，执行快捷菜单中的End Mode结束操作。 (Place Hierarchical Block):分层座，对于一张大的原理图来说，通常都是把它分割成多个模块，再对子模块进行设计。Capture支持采用阶层的方式来设计，即用一个方块来代替一个功能模块，进入阶层时，Capture会自动把阶层的管脚关系引入到阶层原理图里。 点击该按钮，弹出Place Hierarchical Block对话框，在该对话框中Reference文本框中输入参考名称，在Implementation type对话框中选择分层类型，在Implementation Name输入实现分层名称，点击Browse按钮，选择相关工程或文件，点击OK按钮，放置分层座到画布上。执行快捷菜单中的End Mode结束放置。 (Place Hierarchical Port):分层端口。为分层座添加输入输出端口。 (Place Off_Page Connector):分页连接器。单击该按钮，显示Place off_page Connector 对话框，在Symbol下面的多行列表框中选择OFFPAGELEFT-L或OFFPAGELEFT-R，设置不同页面发送来引脚数据，单击OK按钮后，在画布上单击鼠标左键放置该标志。单击右键，执行快捷菜单中的End Mode结束操作。双击该标志，在弹出的Display Properities对话框中的Value文本框中修改新的连接名称。 (Place Text):放置文本，为原理图添加注释或说明。 5) 绘制原理图 7 原理图是利用虚拟的平面元件绘制的电路图。元件的平面图都存放于库文件中。 (1)导入平面图对应库文件 单击工具栏中的(Place Part)按钮或者是执行菜单中的Place->Part命令，在Page1界面的右侧显示如图1-14所示的元件选择窗口。 图1-14 添加一个元件，首先要知道该元件库的名称，将元件库填加到Libraries下面的列表框中。关于元件库的类型与名称参看附录3。在一位全加器设计的数字电路中，开关、电阻、电容、发光二极管称为分立元件，对应的平面封装元件库为Discrete.olb，在该库中，存放了常用设计的分立元件，如电阻名称R，无极性电容名称为CAPACITOR NON_POL，极性电容为CAPACITOR POL，发光二极管的名称为F5F1，三路开关为SW DIP-3。单击Libraries下的按钮，弹出Browse File对话框，在对话框中双击Discrete.olb，将库文件添加到了Libraries列表框，在该列框中选择Discrete库，该库中所有分立元件都显示在Part List列表框中。要寻找绘制原理图使用的元件，可以在该框中寻找，也可以在Part文本框中输入元 8 件名称寻找，或者在Part文本框中输入元件名称的前面一部分符号，结合进行查询。元件查询到后，会有一层蓝色覆盖在Part List框中的名称上，平面元件显示在Packaing图片框中，如图1-14所示。在图1-14中，选中的是自己设计的元件库LIBRARY1.olb，选中的元件是74HC08，元件显示在图片框中，双击该原件名称，点击鼠标左键。可以将元件放置到画布上，一次可以放置几个相同的元件，结束摆放，执行快捷菜单中的End Mode命令。5V插孔属于链接器，所在元件库为CONNECTOR.olb，其名称为CON3。异或门(74HC86)、与门(74HC08)、或门(74HC32)为IC芯片，他们所在的库为GATE.olb。将这两个元件库添加到Libraries列表框中。绘制原理图时，IC使用自己绘制的平面元件。 查询元件的三种方法介绍: ?直接搜索法:点选元件在“Libraries”文本区中对应的元件库名称，元件会出现在“Part List”列表中，拖动滚动条，找到元件后，双击元件名称，鼠标和元件符号图就会出现在画布中间，点击鼠标一次，元件在画布上放置一次，要取消放置操作，则点击按钮。 ?模糊查询法:点选元件在“Libraries”文本区中对应的元件库名称，在“Part”栏中输入元件名称的前缀和通配符*，即可找到以前缀为开头的所有元件。 ?直接搜索元件法:当需要的元件是已知的，可以不必把元件库直接导入“Libraries”，可在图4-27的“Search For”文本框中直接输入元件名称。元件和库名称可以直接导入“Path”下方的“Libraries”文本区，双击该名称，则库名加入“Libraries”，元件显示在“Part List”列表中，同时可以跟随光标在画布上放置该元件。 (2)摆放元件，进行布局 根据设计的原理图将所有元件全部添加到画布，摆放的原件可以进行方向的调整，具体方法是选中元件，单击右键，在快捷菜单中执行Rotate命令旋转元件，每次可以旋转90度，直到旋转到合适的位置为止，单击右键，选择快捷菜单中End Mode命令，结束旋转，电源也看做一个具体的元件对待。根据器件数据传递顺序自左而右进行布局，合理设置他们之间的间距，具体方法采用鼠标选中对象进行拖动即可。 布局后每个元件由系统自动生成一个流水序列号如电阻R1，R2，电容C1、C2等。同时每个元件还有元件名称或者是元件数值大小，例如IC芯片名称74HC08，电阻值1KΩ等。针对每个元件做出合理的定义和命名。布局和定义名称后的一位全加器如图1-15所示。 图1-15 一位全加器电路布局 Fig.1-15 One bit full-adder circuit layout 修改名称和流水号双击名称即可，在弹出的对话框中进行相应的数值修改。从图1-15中可以看出，5V插孔的流水序列号由系统自动定义为J1，其名称由我们将CON3改为 9 CDJACK，1号引脚为电源正极，2、3号引脚为电源负极;自动流水号为R1的电阻其值R改为1K，该电阻的主要作用是为发光二极管D1起限流作用;电容C1用来充电和稳定电压，从它的上方引出电路需要电源的正极;在发光二极管下方放置负极引脚，在电容上方放置电源正极;在电容C1右边摆放3个电阻R2、R3、R4，电阻阻值为10K，它们和3路开关SW1一起组成赋值电路，分别为一位加法器电路提供被加数、加数、进位三位数值。在紧接着右侧摆放芯片异或门74HC86、与门74HC08、或门74HC32，最后在最右侧摆放两个发光二极管，用来显示本位和和向高位进位的结果，电源正极选用VCC/CAPSYM，电源负极选用GND/CAPSYM。具体位置在连线时必须进行相应调整，调整后电路可以参看图1-16。 (3)连线 单击工具栏上中按钮或按下W键，在原理图绘制界面中的光标会变成十字形状，在需要连接元件的小方块内单击鼠标左键，移动鼠标可以拉出导线，进行连接。若导线需要拐弯，可单击鼠标左键或按下空格键，当到达目的引脚(或连线交点)所在的小方块时，单击鼠标左键，连接完成。在拉出导线过程中要退出连接状态可以按下ESC键或点击工具栏中的选择按钮，在中途要停止连线，可以双击鼠标左键。在进行线路连接时，两条导线交叉连接的位置，有红色的圆圈提示。也可以在需要连接元件的小方块内单击鼠标左键，然后按住鼠标向外拖出连线，到达目的引脚后放开鼠标左键。利用工具按钮为开关中间的连线设置数值标志被加数A，加数B，被加数Cin。连接成功绘制后的一位全加器的原理图如图1-16所示。 图1-16 一位全加器连线图 Fig.1-16 One bit full-adder connected line drawing 设计连线过程如下: 5V插孔CDJACK在连接上变压器后，正极沿1号引脚引出，2、3号引脚为负极引出引脚，可使用其中一个引脚或者将两引脚连接在一起，1号引脚正极、R1、D1连接在一起构成回路，点亮发光二极管D1，表明电路电源导通。1号引脚正极和电容C1构成回路，起到存储电荷和稳压作用，为整个电路提供稳定的5V电压，因此在电容上方用+5V电压进行标记和连接。 电阻R2、R3、R4和3路推拉开关构成数据赋值电路，R2和最右边的开关构成回路，当开关上推，电路导通，开关和电阻中间的点接到电源负极，因此该点数值为0，如果开关下推，开关与电阻断开，电阻只承担一部分电压，另一部分电压施加于电阻下面导线连接的 10 引脚上，此时引脚的值为1。通过推拉3个开关，实现对被加数A、加数B，进位Cin置1或零。 被加数A引出导线连接到异或门74HC86的1号引脚作为第1个异或门的1个异或输入，加数B引出连接到异或门2号引脚作为第1个异或门的1个异或输入，它们异或输出 A,B的结果沿第3引脚1Y输出，连接到4号引脚作为第2个异或门的1个输入，进位Cin引出连接到5号引脚作为第2个异或门的1个输入，6号引脚输出即为Sum，实现了表 Sum,A,B,Cin达式，它的输出连接到发光二极管D2正极，通过D2显示Sum计算的结果，结果为1，二极管发光，结果为0，二极管不发光。 加数A引出导线连接到与门74HC08的第1个引脚1A，作为第1个与门的输入，加数B银出导线连接到与门的2号引脚，作为第1个与门的一个输入，3号引脚是第1个与门的输出，其值为AB，连接到或门74HC32的1号引脚，作为第1个或门的1个或项输入;异 A,B或门的6号引脚输出，引出导线连接到与门74HC08的4号引脚，作为第2个与门的1个输入，Cin引出导线连接到与门的5号引脚，作为与门第2个与门的1个与项输入，6号引脚则输出，引出导线连接到或门的2号引脚，作为或门第1个或门的1个(A,B)C 或项输入，第一个或门的输出即为，从该引脚引出导线，连接到发Cout,(A,B)C，AB 光二极管D3，通过是否发光确定Cout产生的数值。 三个IC芯片的GND引脚要连接负极，VCC要连接正极，任何回路都必须有一个正极节点和负极接点。 (4)设计电路图方法说明 设计过程没有统一的方法，根据个人的习惯而不同。也可以自左而右一边摆放元件一边连接导线等。 (5)设置标 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 栏 在绘制原理图时，OrCAD软件平台在每一张电路图纸的右下角都放置图纸标题栏。“Title Block”标签的设置内容决定标题栏的具体样式和各项输入内容。用户也可以将图纸上的已有标题栏删去，按照本实例中的步骤重新绘制标题栏并填入各项内容，但是在生成统计报表和网表文件时，这些填入的信息将不会显示。 (1)执行菜单命令“Place”?“Title Block”，显示如图1-17所示的对话框。 (2)在对话框中选择要显示的标题栏类型，然后单击“OK按钮”，将标题栏导入原理图绘制界面中，如图1-18所示。 图1-17 放置标题栏对话框 图1-18显示标题栏 (3)将选中的标题栏放在图纸合适的位置，则可以编写标题栏的内容。双击带尖括号的部分，分别在出现的“Display Properties”对话框中输入标题(Title)为“1位全加器原理图”，DOC的值设为1等。也可以单击“Change……”按钮，对字体进行修改。“Date”栏中根据系 11 统日期填写;“Sheet”栏根据项目中电路图的数量及电路图的顺序而定。设置后的标题栏如图1-19所示。 图1-19 编辑后的标题栏 标题栏的设置很重要，有的用户打开一幅电路图，首先看标题栏中的各项显示。可以选择自己需要的标题栏进行设置，而且只能手工进行修改。 6) 原理图后续处理 当在Capture CIS中完成原理图设计后，需要对原理图进行后续处理，如进行设计规则检查，元件的自动标号、回注、自动更新，进行网表的创建等。只有电路图形成网络表，才可以将数据正确传递，绘制的电路图才可以顺利导入PCB中。 (1)设计规则检查 原理图绘制完成之后，就必须对原理图进行DRC检查，以确保原理图绘制的准确性。在进行检查时，如果发现错误，应该立即修改，然后重新进行检查。具体方法是转到资源管理窗口，选中PAGE1页面，执行Tools?Design Rules Check，弹出如图1-20所示的对话框。为了显示电路出现的规则性问题，选中“View Output”复选框，单击“确定”按钮，使问题显示在文件F:\CADENCE\ADDER\ADDER.DRC中，如图1-21所示。 图1-20 设计规则检查对话框 图1-21显示DRC检查规则的文件窗口 在文件窗口中，没有发现原理图链接的错误性。 ootprint，生成网络表 (2)为所有元件检查并输入f 绘制原理图的目的主要是为了给制作的电路板提供元件信息和和各个链接点之间的连接关系，因此需要生成一个表格，指出每个元件的流水序号、器件名称，特别是指出元器件对应的电路板上带有焊盘的元器件图形的名称(footprint，称为封装，和实际设计的元器件形状、尺寸要相同)，以便于将在制作PCB板时，将器件导入并完成自动布线的工作，这个表称为网络表。在形成该表之前必须为原理图中的每一个元件设置封装元件的名称，具体方法是在原理图中双击每个元件，，在界面中显示一行 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ，用鼠标选中该行记录，单击鼠标右键，在快捷菜单中执行Pivot，显示如图1-22所示的表格。 12 图1-22 元件Edit Properities对话框 在图1-22所示的PCB Footprint对应的文本框中输入封装的名称。在这个数字系统中，对于5V插孔的过孔、焊盘大小和封装必须根据实际数值自己绘制，暂时将封装名称定义为CDJACK，添加到PCB Footprint文本框。其它元器件可以使用自己定义的封装，也可以使用封装库中已经设计好的封装，封装库存放于 “C:\Cadence\SPB_16.3\share\pcb\pcb_lib\symbols”目录下，以.dra为文件扩展名，但外形并不美观，建议设计者自己设计新封装，这部分知识将在后面介绍，这里只要输入预定义的封装名称即可。在已存在的封装库中，电阻的封装名称为RES400、RES500，RES600，RES800、RES1000，这里选择RES600;电容分为无极性电容和有极性电容两种，无极性电容封装名称有CAP1000、CAP600、CAP400、CAP300等，极性电容有CAP196等。双列直插芯片有DIP10_2、DIP16_3、DIP14_3、DIP20等;单排母座有SIP6，SIP8、SIP10、SIP12等。双列直插直封装有ZIP16等。这里建议自己绘制封装图并组成电路板。本系统为电阻输入封装名称为RES600，为电容输入封装为CAP600，为三个芯片输入封装为DIP14_3，发光二极管输入封装DIODE120，为开关输入封装为ZIP6。输入完成后，单击保存按钮。 在项目管理器中选中原理图文件“PAGE1”，然后从菜单栏中选择“Tools”?“Create Netlist”菜单，弹出如图1-23所示的对话框。设置相关选项，单击“确定”按钮，弹出1-24所示的存储网络表提示框，继续单击“确定”按钮，出现如图1-25所示的网络表创建进程对话框，创建完毕后，生成“pstxprt.dat”、“pstxnet.dat”、“pstchip.dat”共3个网络表，并显示在窗口中。 在图1-23窗口的“PCB Editor”界面中，单击“Setup”按钮，可以修改配置文件“Allegro.CFG”的存放路径。 13 图1-23 创建网络表对话框 图1-24存储网络表提示框 图1-25网络表创建进程对话框 在路径管理器中选择“SCHEMATIC1”，在快捷菜单中执行“Edit Object Properties”，在出现的窗口中对网络表的元件进行统一管理与编辑。 (3)生成BOM表 选择项目管理器窗口中原理图文件“PAGE1”，单击菜单“Tools”?“Bill of Materials…”，弹出如图1-26所示的对话框，按照图示进行设置，生成文件名为“adder.BOM”的元件清单，该文件可以在项目管理器的Outputs目录中打开，如图1-27所示。 图生成元件清单对话框图元件清单文件1-26 1-27 4. 导入网络表，设计电路板 简单的数字系统可以根据原理图手动焊接电路，但是对于复杂的系统或者是手工无法完 14 成的系统，必须通过厂家的电子生产 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 设备来制作电路， 这就要为生产厂家提供实际的电路板样图，因此，PCB制作是电子系统设计的最为关键的环节。 根据原理图的连线，可以设计电路板。电路板的具体设计构成是在一块塑料板上对器件进行布局后，根据器件引脚的大小用圆形钻头进行钻孔工作，钻出的孔称为过孔，然后根据板上设计的连接导线在过孔之间进行连接导线的铜线铺设，最后元件引脚插入过孔，用电烙铁或机械进行焊锡焊接引脚的工作。因此， PCB设计应该包括ALLEGRO环境配置、过孔与焊盘设计、封装设计、设计电路板、封装导入与布局、布线、布线优化几个步骤。 1) ALLEGRO环境配置 对于一个新的PCB板设计，必须配置适当的工作环境，这里主要针对PCB常用参数进行配置。在进行PCB设计之前，首先要进行包括整体参数绘制、颜色参数、格点参数、层叠参数、Subclasses选项、B/B Via、自动保存功能的设置。设置参数应该在PCB Editor设计窗口进行，执行“开始->所有程序->Cadence->Release16.3->PCB Editor”，显示如图1-28所示的Cadence Product Choices-16.3窗口，选择Allegro PCB Design GXL选项，单击OK按钮，显示如图1-29所示的Allegro PCB Design GXL窗口。 图1-28 Cadence Product Choices-16.3窗口 图1-29 Allegro PCB Design GXL窗口 图1-19就是制作封装与电路板所在的窗口，在该窗口进行相关的参数设置。 (1)整体绘图参数设置 在一个设计开始之前，需要对绘图尺寸参数进行设计，在如图4-6所示的“PCB Editor”设计界面执行菜单命令Setup?Design Parameters，显示如图1-30所示的PCB设计参数设 15 置对话框。 图1-30 PCB设计参数设置对话框 在图1-30中，共有7个选项卡，下面对前4个选项卡的参数做以下介绍。 , Display选项卡 Connect point size:定义连接点的尺寸，系统默认值为10。 DRC marker size:定义DRC标志尺寸，系统默认值为25。 飞线的尺寸，系统默认值为35。 Rat T(Virtual pin) size:连接T型 Max Rband count:设置在放置、移动元件的过程中允许显示网格飞线的最大数量，系统默认值为500。 Ratsnest geometry:设置飞线走线模式。“Jogged”模式表示飞线呈水平或垂直时会自动显示有拐角的线段，“Straight”走线为最短的直线线段。 Ratsnest points:设置飞线的点距。“Closest endPoint”选项表示显示Etch/Pin/Via的最近两点之间的距离;“Pin to pin”选项表示显示引脚之间最近的距离。 Enhanced Display Modes:通过对其下复选框的选择进行高级模式的设置，设置项的含义如下: Display plate holes:表示显示上锡的过孔; Display non-plated holes:表示显示不上锡的过孔; Display padless holes:表示显示没有加焊盘的过孔; Filled pads:表示将Pin和Via从中空状态改为填满状态; Connect line endcaps:使导线拐弯处变得光滑; Thermal pads:表示显示Negative Layers的Pin/Via的散热十字孔; Bus rats:表示显示的Bus型飞线。 Waived DRCs:此选项表示对DRC忽略其检查。 Via Labels:表示显示过孔层。 Display Origin:表示显示起点。 Diffpair Driver Pins: 表示可以直接显示出差分对驱动脚位。 , Design选项卡 Size:设置图纸尺寸区域 User Units:单位设置。其对应的文本选项中提供了Mils(毫英寸)、Inch(英寸)、Microns(微米)、Mililimeter(毫米)以及Centimeter(厘米)5个选项，根据项目的不同选择合适 16 的单位。 Size:设置整个设计的图纸尺寸。可以在其对应的下拉列表框中选择对应单位的尺寸型号。 Accuracy:定义设计单位的精度。可以在其后的文本框中输入小数点后保留的位数。 Long Name Size:设置名称的字节长度。系统默认值为255。 Extends:范围设置 LeftX:在该框中输入图纸左下角起始横坐标。 LeftY:在该框中输入图纸左下角起始纵坐标。 With:在文本框中输入设计图纸的宽度。 Height:在文本框中输入设计图纸的高度。 Move orign:移动元件区域设置 通过改变该区域中的X和Y的值改变设计中的原点的位置，如果为正值，代表原点原坐标变为负值，反之，则变为正值。 Line Lock:进行走线的相关信息的设置。 Lock direction:锁定拐角方向。在文本框下拉列表框中，“Off”表示走线可以以任意角度进行拐角。“45”表示走线以45度角进行拐角;“90”表示走线以90度角进行拐角。 Lock mode:“Line”表示走线为直线模式;“Arc”表示走线为圆弧形的模式。 Minimum radius:设置圆弧走线模式时的最小走线半径。 Fixed 45 Length:设置走线45度拐角时的斜边固定长度。 Fixed radius:设置圆弧走线模式时固定的半径值。 Tangent:圆弧走线模式下以切线方式走弧线。 Symbol区域设置 该区域设置调入到Allegro中的元件选择角度，以及是否翻转到背面。 Angle:表示设置元件调入时的选择角度，可以是0度到315度之间的任意值。 Mirror:表示选择元件调入时旋转到背面。 Default symbol height:表示设置Symbol的默认高度。 , Text:文本属性的设置 Justfication:对齐方式的设置。在下拉列表框中，“Left”表示文字左对齐;“Center”表示文字中间对齐;“Right”表示文字右对齐。 Parameter block:表示进行参数块的设置。 Setup Text Sizes:设置文字型号。单击按钮，在出现的“Text Setup”对话框中对“Text Blk”(字体类型)、“Width”(文字的宽度)、“Height”文字的高度、“Line Space”(文字行间距)、“Photo Width”(底片上的字体线宽)、“Char Space”(文字间的距离)进行设置。 , Shapes选项卡 在对话框中共有三个按钮，点击按钮在出现的对话框中进行相应的设置，三个按钮对应窗口的设置功能如下: Edit global dynamic shape parameters…:动态的图形在交互蚀刻时允许实时的形状更新参数设置。 Edit static shape parameters…:定义关键的手工蚀刻的静态图形相关参数设置。 Edit split plane parameters…:定义切割嵌入在两个或多个不同网络的电路板相关参数设置。 (2)颜色设置 在PCB Editor界面，执行Display ?Color/Visibility…菜单命令，显示“Color Dialog”对 17 话框，如图1-31所示。在该对话框左侧有“Layers”和“Nets”两个单选钮，选中后，可以显示对应的树形目录，在目录中选择对应选项，在窗口中进行参数配置。 该对话框顶部有“Global Visibility”处有两个按钮和，作用是全局控制是否显示或关闭所有子类。 如果要修改显示元素的颜色，可通过调色板来选择需要修改的颜色，界面左下方的“Color”项对应的就是调色板，相仿的“Next”按钮起到调色板翻页的作用。 图颜色设置对话框-31 1 (3)格点参数设置 在菜单栏中执行“Setup”?“Grids”命令，将会弹出“Define Grids”对话框，如图1-32所示。在对话框中，“Grids on”是控制显示格点的开关;“Non-Etch”选项中的Spacing x和Spacing y是设定横向和纵向没有电气特性的格点显示间距，Offset x和Offset y是设定横向和纵向格点偏移量，通常设为0;“All-Etch”选项中的Spacing x和Spacing y是设定横向和纵向布线时的格点显示间距，Offset x和Offset y是设定横向和纵向格点偏移量，通常设为0。 如果在“All-Etch”选项设定了显示格点，则下面每一个布线层格点都自动统一为该层。也可修改不同层的格点间距，这样线宽要求随着布线层变化，可以实现更为灵活、精确的定位。 18 图1-32 格点设置对话框 (4)子集(层)选项设置 执行菜单“Setup”?“Subclasses…”命令，弹出如图1-33所示的“Define Subclass”子集选项设置对话框，在每个子集名称的前面有一个按钮，如果点击“BOARD GEOMETRY”前按钮，会弹出如图1-34所示的“Define Non-Etch Subclass”对话框。在“New Subclass”对应的文本框中输入子集新名称，按下回车键即可。也可点击按钮。弹出菜单，选择删除该层。 图1-33子集选项设置对话框 图1-34 添加子集对话框 (5)盲孔和埋孔的设置 盲孔就是连接表层和内层而不贯通整版的导通孔。 盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度通常不超过一定的比率(孔径)。 埋孔是指连接内层之间而在成品板表层不可见的导通孔。上述两类孔都位于线路 19 板的内层，层压前利用通孔成型工艺完成，在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。 焊盘(land or pad)，是表面贴装装配的基本构成单元，用来构成电路板的焊盘图案(land pattern)，即各种为特殊元件类型设计的焊盘组合。盲孔可以以焊盘形式来定义。 手动建立盲孔和埋孔 选择菜单命令“Setup ”?“B/B Via Definitions” ?“Define B/B Via…”，弹出如图1-35所示的“Blind/Buried Via”对话框。 图盲孔和埋孔设置对话框1-35 在对话框中的文本框或下拉列表框的说明如下: (1)Bbvia Padstack:表示建立新焊盘的名字。 (2)Padstack to Copy:表示调用焊盘的形状，点击旁边的按钮，弹出“Select A padstack”对话框，从列表中选择需要的焊盘形状。 (3)Start Layer:表示选择传导层的名字开始新焊盘，有“Top”和“Bottom”两个选项。 (4)End Layer:表示选择传导层的名字结束新焊盘，有“Top”和“Bottom”两个选项。 在该窗口中，可以点击“Delete”按钮删除对应的焊盘，点击“Add BBVia”按钮添加一个新的焊盘。 自动建立盲孔与埋孔 选择菜单命令“Setup ”?“B/B Via Definitions” ?“Auto Define B/B Via…”，弹出如图1-36所示的“Create bbvia”对话框。在“Input PadName”对话框中输入焊盘的名字，“Select start layer:”中选择起始层名称，“Select end layer:”中选择结束层名称，在“Layers”中选择使用层的范围和属性，在“Rule Sets”中选择相应的物理规则后，点击“Generate”按钮产生新的bbvia。 图自动创建盲孔埋孔对话框1-36 20 (6)保存功能设置 为了防止在设计过程中发生意外导致设计突然终止，造成数据丢失现象，可以进行自动保存功能的设置，设置系统每隔一段时间会自动备份当前文件。 执行命令菜单“Setup”?“Users Preference”，弹出“User Preferences Editor”对话框，在对话框的“Categories”目录中，展开“File_management”目录，选中其中的“Autosave”项，如图1-37所示。 “autosave_time”文本框中输入10，表示每隔10min系统将自动备份一次当前文件，最长可设300min。 图自动存盘功能设1-37 2) 过孔与焊盘设计 焊盘的作用是在电路板上放置焊锡以及连接到线和元器件的引脚，这是电路板组成的连接单元(点)，也是电路板设计的开始。而电路中的元器件是电路板构成的组成单元，在电路板设计时必须以封装的形式体现。封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，主要起到安放、固定密封、保护芯片和增强电热性能的作用，封装是沟通芯片内部和外部的桥梁。在设计中，每个器件的封装引脚都是由与之相关的焊盘构成的，焊盘描述了器件引脚如何与设计中所涉及的每个物理层发生的关系。 3) 封装设计 4) 设计电路板 5) 导入封装并布局 6) 布线 21 7) 布线优化 5. 电路板后处理 22