原创 硬件设计流程

刚做完一个项目的硬件设计，将硬件设计流程总结了一下，整理自己的经验和教训，希望大家指出其中的不足，提供更好的方法和建议。

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硬件设计流程

1.       需求分析及准备工作

a)         文档先行，项目一开始，就建立一个文档，命名类似090104MyPrj日志_xm.doc，日期放在前面，可以很容易按文件产生的先后顺序进行排列，便于查找；MyPrj为项目名称，可以写的更详细一些；xm为自己的姓名，在团队设计中很有用。可以将与本项目相关的任何内容按日期记录在本文档中，必要的时候将部分专题内容分离出来形成相应的文档；

b)        需求分析，划分功能块；

c)        为每个功能块选择实现电路，尽量选择成本低、元件容易购买、可靠性高的成熟电路；

d)        对自己不熟悉的电路进行仿真，并搭面包板进行调试；

e)         调试时要预先制定书面方案，按照预定方案进行调试；如果需要对方案进行更改，也要落实到书面，然后再按照更改后的方案进行调试；对试验过程和结果进行详细的记录。这样做的好处，一是在试验过程中不会漫无目的，也不会重复无用的试验，所有试验都是在思考分析的基础上进行的最有效的试验；二是书面记录的试验过程和结果可以作为强烈的客观依据，任何时候说给任何人都可以作为参考。我们也许有过这样的经验：对一个试验结果的描述使用“可能”、“也许”等字眼，原因是我们已经记不清试验的过程和结果了；

f)         单纯硬件电路仿真一般使用multisim；需要用到cpu的可以用protues；

g)        用面包板搭建电路时，注意走线规范、清晰，搭完电路要仔细检查，确认无误后再开始调试；有条件的话，电源用红线，地线用黑色，输入、输出和中间连线分别使用不同的颜色；如果需要改变输入信号，则输入信号需要布置在容易操作的地方；

h)        然后就可以开始画原理图了；

2.       画原理图

a)         文档先行。按功能块确认各部分的电路，选用的元件，为什么选择这种元件，注意事项，参考电路，信号流经的通路等，这些都写清楚了，再开始画原理图。画图的过程中，如果有什么需要修改的，在这里写清楚了，再开始修改；

b)        如果有cpu，需要先分配好cpu的管脚，再开始画原理图，分配的管脚也要有书面记录，说明分配的位置、功能、分配原则和这样分配的原因（如c<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />8051f的中断引脚只能放到P0口）等；

c)        在原理图上画出各功能块的原理图，不同部分之间使用网络标号进行连接，这样做的好处：容易划分各功能块，方便查看，便于移植。

d)        原理图上使用虚线对不同功能块进行分隔，并进行必要的注释，如功能、注意事项、跳线的默认设置等；

e)         画完原理图后要注意检查，确保没有任何错误。常见的错误有：VCC写成VDD；+5V写成5V；gnd和GND同时出现；网络标号没有与相应的导线连接到一起；不同地虽然使用不同的形状，但网络标号一样，实际上不会起到隔离作用。为了避免出现这些错误，可以使用一些简单的方法，如：放置一个网络标号时，如果已经有了这个网络标号，就不要再重新输入了，而是直接从已有的标号中选择；对于电源、地等，可以复制现有的网络标号而不是重新设置一个；

f)         关于元件的顺序号（designator）：如果有30个电容，其中2个为15pF，15个为0.1uF，5个为1uF，其余为10uF，可以将15pF命名为CA?，0.1uF命名为CB?，1uF命名为CC?，10uF命名为 CD?，焊接时很容易找到对应值的电容。对于结构类似的接插件，也可以命名为JUSB、JCAN、JPW等，而不是J1、J2、J3等；

g)        原理图检查无误后，开始为每个元器件确定封装。确定封装时，首先得买到需要封装的元器件，如果买不到，就需要调整封装。

3.       画PCB图

a)         将原理图中的元器件封装导入到PCB中，检查设计的PCB大小是否可以足够放下所有的元器件并进行布线，如果有困难，最好重新设计PCB形状或大小；

b)        简单排列一下元器件，不要互相重叠，并且可以用一张纸打印出来。打印吧，检查每个元器件的封装是否和实际器件相符；检查PCB形状或大小是否跟你设计的盒体相适应；

c)        有的元器件封装，贴片和直插的管脚数目相同，但管脚定义不一样，需要仔细确认；同样的封装有的宽窄不一样，需要确认；有的贴片封装引脚伸出太短，焊接完后无法检查焊接质量，所以事先要将引脚外扩一些；焊盘大小也需要检查；

d)        开始布局：需要打孔的位置先放上焊盘，定好位置，然后锁止，打孔焊盘我一般从模板中抄袭，比如PC104模板；如果是插槽式的，就在内部再画一个KeepoutLayer层的内框来放置元器件，以避免元器件的放置位置干涉安装；

e)         先放置需要机械定位的元器件，如电源插头、USB接口、指示灯等；

f)         将每个功能块的元器件放到一块，然后根据连线方便的原理进行布局；

g)        在pcb板上布置各功能块的位置，进行细节调整，如相邻的电阻位置对齐；

h)        将网络标号进行分类，主要依据是布线的宽度；

i)          根据上面制定的NetClass制定布线规范；

j)          手动布置关键部分，如：晶振；去耦电容；同一芯片内的星形接地；等等；

k)        不希望走线的部分可以在KeepoutLayer层画一个多边形，待其他部分走线完毕后，将这个多边形删除；

l)          自动布线时，好多时候会布不通，这时最简单的办法是调整布局，将元器件布置在容易布线的位置，而不是首先考虑美观。像武术一样，先实用，再美观，可以称之为功夫，如果倒置，就是花架子了。当然，在满足功能和容易布线的前提下，板子布置的美观一些是完全必要的；

m)      自动布线完成后，使用DRC检查，没有错误之后，逐个网络检查布线，调整影响功能和美观的布线；

n)        检查完成后，修改元器件标号的位置，便于查看；元器件标号的字体一般设置为线宽1mil，字高40mil；

o)        在测试口上标注标号，如40脚测试点，在旁边间隔标注P00、P04、P10、P14等，主要是便于调试时查找管脚，否则每次都得从头数起，既麻烦又容易出错；

p)        一般在下部标上“XmPrj090104”字样，这样在同一功能的电路板进行修改时，很容易定位到是哪一个版本；

q)        双面板的话，在顶层和底层要进行覆铜，并连接到地线，（可能）可以提高抗干扰能力；

r)         可以送出制板了；

s)         完成之后，一件重要的工作是将制板的PCB文件和原理图文件进行备份，并清楚的注释为某年月日的制板文件，便于调试时查看。这个文件就是以后修改的基线，所有的修改都需要在副本中进行，这两个文件就不要再动了，当然，设置为“只读”属性是一个好办法。