大家好，欢迎来到IT知识分享网。

在下个学期，本人有一门计算机组成原理的课程设计，需要用Verilog设计一个可用的CPU。为了这门课设，我选择在这个暑假先进行研究一下。
在经过多方查找之后，我在学校的图书馆中找到了《CPU自制入门》这本书。这本书使用Verilog实现了一个简单的CPU，同时注重了动手能力，让读者可以真正利用FPGA技术实现一个CPU。
为了能在暑假中更联系的学习，我选择在这段放假前不太连续的时间先把电路板进行制作。
这本书最大的好处就是全书三章之间没有任何联系，从任何一张开始阅读都可以。

本项目我以打包上传，连接如下，包括自己绘制的各个库，原理图、PCB 图、gerber文件等
由于是第一次使用该软件，可能会有各种弱鸡的错误，望各位大佬搬砖轻拍
链接：https://pan.baidu.com/s/1g9qprZcH_Ndrrnvw_0fSjA
提取码：tx37

1. 软件的选择

在书中，作者使用的是免费版的 eagle。而在经过一番比较之后，我选择使用的是 Altium Designer2019 版本，即国内常用的 AD 进行本次电路板的制作。
选择 AD 的主要理由一个是因为这个软件在国内有很大的市场，各个软件教程等便于在网上寻找，而 eagle 在国内基本上没有什么教程。
再一个，如果使用 eagle，还需要安装其他一些软件辅助，而 eagle 的免费版有各种各样的限制。
因此，我选择使用AD2019。

2. 制作前的准备

本来我打算直接开始绘制的，但仔细一研究就发现，AD自带的器件库根本无法满足制作PCB的要求。因此在开始PCB绘制之前，我们还需要进行一些准备工作。主要是器件的原理图库以及封装库的绘制。为了进行这两个库的绘制，就需要进行元器件的挑选，以及规格书的下载。
我的主要器件在嘉立创的立创商城中选购，立创商城中可以直接在器件详情页面进行规格书的下载，省去了寻找规格书的时间。
在商城中可以基本上配齐所需要的器件，极个别的没有的器件我选择在淘宝上进行购买。
在书中，作者详细列出了需要使用的器件。一览表如下：

以上为在立创商城选购的器件，同时，在淘宝需要选购的器件为FPGA芯片，规格为Xilinx的Spartan-3E XC3S250E-4VQG100C；配置ROM，型号为XCF02S；USB-串口转换芯片FT2232D，七段数码管LF-301VA。 在进行原理图库、封装库绘制的过程不详细赘述，具体过程在网上都有。 需要注意的是，在进行封装库绘制时，器件默认的焊盘为多层，即一个插件的孔，会打穿整个PCB板，如图  如果我们需要放置一个贴片元件的焊盘，我们需要将Layer设置为Top Layer层。 同时，我们需要对焊盘进行标号，且标号必须和原理图中的管脚标号一一对应，不然会出现许多意想不到的错误。

3. 原理图的绘制

在进行PCB制作时，我们需要先对原理图进行。
在书中，由于作者使用的eagle免费版对PCB大小存在限制，故作者分成了电源板、FPGA板进行制作。这次使用的AD没有该类限制，故选择在同一张PCB上制作，仅绘制一个原理图即可。
由于绘制的原理图图片巨大无法在屏幕上显示完全，故不再进行展示，本处使用书上的图片进行展示。整个原理图基本上按照书上的进行绘制，仅做出部分改动。（不知道咋地，拍摄时照片为竖版，CSDN变成横版，见谅）

在此处，由于使用的是一张板绘制PCB，已经不需要通过排针进行电源板和FPGA板的连接，故左上角的CON_POW_M删除，不再使用。

本图和上图为相连的图片。为了保证原理图的整洁，采用了大量的网络标号进行联系。所谓的网络标号是指两个管脚不需要使用线进行实际连接，仅需要使用相同的网络标号进行标注，即可连接起来。

本部分电路图主要是用于芯片编程，用于上传数据。在图片中原左下角的四颗圆孔为限位孔（螺丝孔），本人在进行绘制是选择了去掉。

本部分主要是用于显示数据以及进行芯片与外界的数据交换等。

我已经无力吐槽CSDN这图片上传的破事儿了。。。。。。
本部分是PCB的电源电路，原版中电源为单独的一张PCB板，本次将其和FPGA板合并成一个。因此右侧（上图左侧）的排针进行删除，同时左下侧（上图右上）的四个限位孔删除。

4. PCB绘制

在将原理图绘制完毕后，我们就可以进行PCB的制作了。
在原理图界面，我们选择设计，第一个update按钮，将原理图导入PCB中。在进行导入之前，需要在项目目录中新建一个与原理图名称相同的PCB文件。否则导入时会产生错误。

在导入时，可能会显示原理图中存在警告和错误，我们必须将其全部处理完毕才可导入，不然可能会发生许多不可预知的错误。
但如果出现警告Off Gird，该警告的意思是原理图中的器件没有对齐栅格，我进行了大量的尝试，都没能完全排除这个警告，由于该警告并不影响PCB绘制，最终我选择了压制警告，使其不再报错。
关于PCB布线等过程此处不再进行赘述，具体可以前往B站等网站查找视频教程。
在进行PCB绘制时，建议首先设置规则，包括电气规则、线宽、过孔大小等，因为各个板厂的规则可能会有细微的差别，因此我们需要确定使用哪个板厂的服务，然后将其规则设置好，以免不符合规则而产生错误。
PCB绘制完成后，效果图如下：

此次制版，选择双层板，因此可以在正面和背面同时进行布线。
左侧部分为电源电路，使用三个变压器，输出1.2V、2.5V、3.3V电压保证各个器件的工作。所有的电源走线集中在电路板背面。按照书中的建议，在整个电路板背面外侧绘制了四条电源环（图上围绕着板子外侧的四条蓝色走线），由外到内依次为地线、3.3V、2.5V、1.2V电源环，所有芯片的供电都由电源环上的过孔取电。
再往右为数码管电路、时钟电路等构成，FPGA芯片位于中间，最右侧为USB、串口等数据交换接口。
原本并没有选择添加四个限位孔，但最终考虑到PCB在桌面的摆放，最后还是选择了添加限位孔。电路板的大小也最终由原本设计的15*10改成了15.5*10.5。


在将PCB检查无误后，我们即可将电路板提交到板厂进行生产。
此处选择的板厂为嘉立创（毕竟在人家那里买了辣么多器件了，一条龙服务吧）
为了保证PCB制作过程中不会因为软件兼容问题产生奇奇怪怪的错误，建议将PCB文件输出为gerber文件提交板厂。具体的gerber输出步骤嘉立创官网有教程，也可前往各个网站搜索教程。
由于才完成PCB的绘制工作，还没有进行制作，故后面内容待续。