电子线路CAD指导书2014.doc

说明：实验一和实验五是PCB设计的辅助，如原理图元件库和PCB封装库都存在，则不必看这两个文件。直接从实验二开始实验一、原理图库文件的创建一、 实验目的：1、 掌握原理图库文件的建立方法。 2、 掌握原理图元件的绘制方法。二、 实验步骤：、新建一个元件库：1、原理图元件库的建立新建一个新的原理图库文件并保存该文件：执行菜单file-new-schematic library，系统默认新建一个名为schlib1.schlib的库文件，鼠标右键单击该库文件，在弹出的菜单中选择save 或save as，选择合适的路径，改名(只需输入文件名即可，如abc)并保存该文件。2、新建一个原理图元件（以一个PDIUSBD12为例） 1）、如果是新建的一个库文件，则系统自动新建一个新元件component_1。否则执行菜单tools-new component，新建一个新元件component_1。在sch library（右下角SCH标签中）中可以看到元件。2）、改名：在sch library（右下角SCH标签中）中，选中器件，执行菜单tools-rename component, 输入元件名（如本例中为PDIUSBD12）即可。 3）、绘制元件的外形，执行菜单place-rectangle，单击鼠标左键确定外形的左上角，拖动鼠标，在外形的右下角单击鼠标左键。然后单击鼠标右键取消放置外形。4）、添加引脚，执行菜单place-pin，按TAB键，编辑引脚属性。要编辑引脚名（display name）、引脚号(Designator)、及引脚的电气属性(Electrical Type)。如第1脚，引脚名（display name）为DATA，引脚号(Designator)为1，引脚的电气属性(Electrical Type)为IO。同样，放置其它引脚。PDIUSBD12 的引脚图见附录。说明：放置引脚时引脚号在原件外形框外；反斜杠“”可以给引脚添加取反号。5）、设置元件属性，在sch library中，选中器件，点edit。“Designator”输入默认的标识，”IC？”；“Comment”输入默认的元件标注，” PDIUSBD12”；在model区域添加PCB封装：单击add，在mode type栏内选footprint，单击ok。点按钮browse，再点右边的，选择合适的封装即可。注：元件封装可暂时不加。这里，“Designator”项必不可少。3、建立一个多功能原理图元件（以运放NE5532为例）1）、执行菜单tools-new component，新建一个新元件component_1。在弹出的对话框中输入元件名NE5532。2）、绘制元件的外形，执行菜单place-line（或Bezier 或 polygon），画出一个三角形。管脚如图所示。注意：按Shift + 空格键可以改变线的角度。3）、按前面介绍的方法添加3个引脚，执行菜单place-pin，按TAB键，编辑引脚属性。其中，1脚为输出，2脚为反向输入，3脚为同向输入。4）、为创建新模块，选择Edit-Select All菜单项，选择Edit-Copy，将所选项复制到剪贴板中。5）、执行菜单tools-new part，出现一个空的的元件设计区，在sch library中自动更新为part A和part B，选择Edit-Paste菜单项，复制一个新的模块。6）、在新建的part B中重新设置管脚属性。7脚为输出，6脚为反向输入，5脚为同向输入。7）、在任何一个part中添加4脚为负电源（VCC-），8脚为正电源（VCC+），将part number 选项改成0即可。正负电源的引脚可隐藏（选hide选项），这两个引脚对所有的模块都是有用的。4、关闭库文件在项目管理器面板中，鼠标右键单击要关闭的文件，在弹出的对话框中选close，关闭文档。附录图1 PDIUSBD12的引脚及引脚说明图2、 NE5532的引脚及引脚说明 图3、元件库中的PDIUSBD12 PART A PART B 图4、元件库中的NE5532实验二、原理图设计一、实验目的：1、 掌握原理图文件的建立方法。 2、 掌握放置原理图元件的方法。3、 掌握原理图的绘制方法。二、实验步骤：1、 创建PCB设计项目：1）、执行菜单命令File-New-PCB Project，创建一个PCB项目文档。2）、执行菜单命令File-Save Project，将创建的项目文档保存在自建的目录下，文件扩展名为*.PRJPCB。3）、执行菜单命令File-New-Schematic，创建一个原理图文档，保存该文档，方法同上。文件扩展名为*.SCHDOC。2、工作环境设置：设置图纸尺寸及版面：在编辑原理图文档之前，首先应根据实际电路的规模和复杂程度来设置图纸的尺寸、图纸方向及标题栏等，在design-document options中的standard style下拉菜单中设置图纸尺寸，其它多采用默认值。3、加载元件库：1）、加载已知元件库：单击右下角面板中的system-libraries标签，在弹出的libraries对话框中，单击libraries按钮，弹出available libraries对话框，在installed标签下，单击install，找到要添加的元件库（如果加载刚建立的abc.schlib，则文件类型一栏要选择Schematic Libraries(*.SchLib,*.Lib), 如果加载Protel提供的整合库，则文件类型一栏要选择Integrated Libraries(*.IntLib)），单击打开，即可将元件库添加进来。注：如在弹出的available libraries对话框，选中一个库文件，单击remove，则移除该库。2）、查找元件库：当我们在已加载的库中找不到所需元件时，需查找所需的器件所在的库，然后加载该库。单击右面板标签“system-library”，然后单击“search”，选择要查找的安装库的路径（如Protel DXP安装在C盘，则路径为C:Program FilesAltium2004Library），选中include subdirectories，选中name，填写要查找的器件名，这里以LM337为例，则填写*LM337*，这里*是通配符，建议在查找时应在器件前后均加上*。单击search，进行查找。查到后，选中器件，可以单击“ install library”按钮加载该库文件，或者单击“select”，单击“place LM337T”放置元件。4、放置元件并布局：（以放置10UF/16V电容为例）1）、执行菜单view-fit document，使整个原理图纸显示在窗口中。2）、单击右面板标签“system-libraries”，以显示库文件管理器面板，电解电容元件在Miscellaneous Devices.IntLib库中，在已加载的库文件栏中，选取Miscellaneous Devices.IntLib库为当前库。3）、在元件列表中选择cap pol1，单击place cap pol1(或双击该元件名)，则光标上粘附一个电解电容元件，按Tab键，可编辑器件属性。Designator（元件标识）中输入C1，footprint（封装）中输入电容的封装，Comment中输入10UF/16V，而将右侧的value 选项前的visible的对号取消，其他选默认值。在合适的地方单击鼠标左键，放置元件。4）、可连续放置元件，直到按ESC键或单击鼠标右键，然后在弹出的菜单中点Cancel,取消放置元件。注：选中器件后按空格键，可旋转器件。5）、放置电源和地：执行菜单place-power port，按Tab键编辑其属性。如放置地，则net 栏输入GND，style选择power ground，单击ok，在合适的位置上单击鼠标左键，放置地。若放置电源，则与放置地类似，只是net 栏输入VCC(或VB等)，style选择bar。5、连接电路1）、用导线连接：执行菜单place-wire。2）、放置电气节点：当两条十字交叉的两条导线需交叉相连时，如果系统没有自动放置电气节点，则需手工放置，执行菜单place-junction，光标变成十字形状并粘附一个节点，在交叉点单击鼠标左键（或按回车），放置节点。可连续放置节点，如退出放置状态，可按鼠标右键。3）、用网络标号连接：也可以通过放置网络标签（net label）来实现引脚之间的连接，从而代替连线，执行菜单place-net label，一个虚线框将悬浮在光标上，按tab键编辑网络属性，在properties中net项输入网络名，单击ok，移动光标到要放置网络标签的导线或引脚上方，单击鼠标左键，放置该网络，这里，在放置网络标签时，可桉空格键改变网络标签的放置方向。连接到一点的各引脚，网络标签名相同。注：a)、1）与3）在电气连接上是等效的，因此，在一个设计中，可采用任何一种方法，也可以两种方法配合使用。 b)、要删除图纸上的某个对象，可选中该对象，然后按delete键删除。另外，软件提供自动编号功能，方法是执行菜单命令Tools-Annotate，在弹出的对话框中选择Reset All，然后单击Update Change List按钮，单击Accept Changes，最后单击Excute changes按钮即可对所有的元件进行重新编号，确保每个元件标号都是唯一的。实验三、双面板的布局设计一、 实验目的：1、 熟悉由原理图生成网络表的方法。2、 将原理图电路中元件的封装整理好，为PCB板的布局做好准备。3、 实现电路的PCB双面板布局，为双面板布线做好准备。二、 实验步骤：1、准备原理图文件启动Protel DXP，打开原理图的工程及原理图文件。（这一步直接由实验二的原理图文件绘制实验结果得到，在本次实验之前已准备好）。2、生成网络列表1）、执行菜单命令Design-Netlist for Project-Protel，立即产生网络列表名（*.net）与工程同名。4）、单击Project面板标签，可看到Generated-Protel Netlist File下网络列表图标，双击网络列表文档图标，可在文本编辑窗口内打开网络列表文档。3、检查设计：1）、通过网络列表，查看各个元件声明是否正确，完整，如有不正确，则修改原理图文件。元件声明中，元件标识（Designator）和元件封装（Footprint）两项必不可少，元件标注（Comment）则可有可无，最好有。2）、元件封装的添加方法：双击原理图中要添加封装的元件，在元件属性（component properties）对话框右下角“models list for 元件”中，如果没有元件封装，单击下面的add按钮，在弹出的对话框中选择footprint，单击ok，在footprint model选项中，name项输入器件的封装，在pcb library中选any，如果在下面的selected footprint中出现封装形式，则单击ok即可。（如果显示该封装不存在，则需在原理图中加载要添加的封装库，如果封装库不存在，则需自己建立一个新的封装库，添加到库中。）3）、元件封装的修改方法：双击原理图中要修改封装的元件，在元件属性（component properties）对话框右下角“models list for 元件”中，单击要修改的封装，单击下面的edit按钮（或双击封装），在pcb library中选any，name项输入器件的封装，单击ok即可。4、重复23，直到正确。5、建立一个PCB文件，设置线路板各项参数。1）、建立PCB文件：单击下面面板标签files-new from template-pcb board wizard，点next，选择度量单位，点next,选择电路板轮廓，选custom，自定义。点next，选板子形状，这里选rectangular，board size项中，width和height中填写板子的长和宽。本次实验参考尺寸为长16cm，宽10cm。也可适当加大或减小。点next，选择板层，信号层为2层，电源层为0层，点next，过孔类型为通孔(thruhole)，点next，设置元件/导线技术，选择是表面安装器件还是插孔式安装，这里选插孔式安装，选择相邻焊盘间的导线数。点next，设置导线/导孔属性，点next，然后点finish，完成设置。存盘并改名。2）、线路板各项参数和环境设置（注意：这一步可不做）执行菜单design-layer stack manager，图中给出两个工作层，（顶层和底层），对于多面板，则需添加板层，本次设计为双面板，因此，不需修改，采用默认值即可。执行菜单design-board layers，可以按自己的喜好设置颜色。这里特别注意对于一般双层板来说，顶层（top layer）、底层(bottom layer)、丝印层(top or bottom overlay)、DRC检查错误标志层(DRC error marker)的颜色要特别注意。执行design-options，可进行以下设置：a)、度量单位(measurement unit)：imperial:英制单位，mil，metric:公制单位，mm。b)、捕获栅格(snap grid)：光标每次移动的最小距离，一般为100mil的平均分数，可设20mil。c)、可见栅格(visible grid)：marker为栅格类型，grid1可设20mil， grid2可设1000mil。d)、电气栅格(electrical grid)：自动搜索电气节点的范围， 一般采用默认值。e)、图纸属性(sheet position)：一般采用默认值。6、调入网络表。打开原理图文件，执行design-update pcb *.pcbdoc(这里*.pcbdoc为我们刚建的PCB文档)，或打开我们刚建的PCB文档，执行design-import changes from *.prjpcb(这里*.prjpcb为工程名)，在弹出的设计项目修改对话框中单击execute changes按钮,完成后Done状态勾选。单击close，关闭对话框，所有元件和飞线已经出现在PCB文档中。如果有问题，返回原理图修改，直到没有错误为止。7、元件手工布局。1）、如有需要，在布局前要打安装孔：执行place-pad，按 tab键编辑属性，hole size项输入孔径：3mm，size and shape中，x-size和y-size项输入孔外径：5mm，shape项选round，在布线结束后，将5mm改回3mm。Designator输入名称，如KK，放置到线路板的四角。2）、元件布局：（布局原则见课件）移动元件：直接选中元件拖动到合适的地方放置即可，或执行命令Edit -Move - Component（可用快捷键M，C实现），单击鼠标左键，选择要放置的元件，然后放置在合适的位置。遵守布局规则，进行合理布局。注：双面板的布局与单面板布局要求基本类似，但双面板布局时，元件之间的距离可比单面板小一些，元件放置可以更紧密一些。3）、布局后处理：（可选） a、元件对齐：为使设计的电路板整齐美观，可对某些元件进行对齐处理，首先选中要对齐的元件，执行tools-interactive placement，在其下拉菜单中选对齐方式，执行即可。b、移动到栅格：为使元件在布线时能够连接充分，通常在所有的元件布局结束后，将元件移动到栅格：选中所有的元件，执行tools-interactive placement-move to grid。实验四、双面板的布线设计一、 实验目的：1、 掌握双面板的布线方法。2、 熟练掌握印刷线路板自动布线规则的设置。3、 手工修改自动布线结果，完成PCB板的布线。4、 进行DRC规则检查，检查布线是否合理，作必要的后续处理。二、 实验步骤：1、打开设计项目及PCB布局图1）、启动Protel DXP，打开功放的工程文件，打开PCB布局图（这一步直接由实验三的实验结果得到，在本次实验之前已准备好）。2、双面板设计规则设置1）、执行Design-Rules，启动PCB规则和约束编辑(PCB Rules and Constraints Editor)对话框，进行规则设置。在左边显示的规则类别中，选中其中任何一个，单击鼠标右键，可添加设置约束。2）、设计规则多数采用默认的设置。a)、在对话框左边选择electrical-clearance -clearance，在右边设置最小间距。（如10mil）b)、在对话框左边选择routing - Routing Layers，在右边设置相应的约束。对于双面板，顶层放置元件，顶层和底层均为布线层，但布线方向应垂直，其它不改。c)、在对话框左边选择routing - Routing Corners ，在右边设置相应的约束。Style项设置导线转角方式，一般选45度角。d)、在对话框左边选择routing - width，则右边显示整个板子的宽度约束，如需要增加约束条件，则在左侧选中width，单击右键，在弹出的菜单中选new rule，则新建一个约束，名为width_1，可在右侧name项改名，设置约束，选择相应的对象，设置最小、最大及参考宽度。一般电源线、地线较宽，其它信号线较窄。根据电流大小设置线宽。注：本实验板参考设置：地线：最小：12mil，参考：80 mil，最大：100mil。电源：最小：12mil，参考：60 mil，最大：100 mil。其它：最小：10mil，参考：15 mil，最大：100 mil。3、印制电路板的布线1）、一般多采用手工布线的方法。如尝试用自动布线，在自动布线前要先设置好布线规则和自动布线策略，执行菜单auto route-setup，可进行相应设置，一般布线策略可用默认值。2）、执行菜单auto route命令，然后选择自动布线的范围：All:整个线路板的布线。本次实验可选对整个线路板进行自动布线。4、执行DRC检查（设计规则检查）执行tools-design rule check，启动DRC检查对话框，勾选需要检查的项（对应的online项打勾），单击run design rule check按钮，运行DRC，检查结果显示在信息面板中。如有违反规则的信息，同时在设计的PCB板中以绿色（如采用默认值）标记出违反规则的位置。查看并修改设置规则或布线，直到不违反规则为止。5、对布线后的不合理布线进行调整1)、调整连线：执行place-interactive routing(或单击鼠标右键，在弹出的菜单中选interactive routing)，在放置导线过程中，如需改变方向，可按空格键，如需改变布线板层，可按小键盘上的*键。2）、当元件布线不合理时，可通过修改元件布局，并重新布线来调整。删除原来的布线可执行tools-un-route-all，删除原布线。3）、手工修改布线时的一些技巧：a、在放置导线过程中，如需改变布线板层，可按小键盘上的*键，则系统自动添加过孔。b、刷新页面可按End键。c、放大或缩小显示可按PageUp或PageDown键。d、在修改顶层或底层布线时，可将其它不必要的层隐藏，在PCB编辑区，单击鼠标右键，弹出对话框中选options-board layers，在board layers选项中，将不需显示的层中show对应的对号去掉，即可隐藏该层。注：一个好的印刷线路板是在不断地重复布局、布线、修改的基础上完成的，在布线过程中，要随时进行DRC检查。6、后续处理（本处理为选做内容）如有需要，还可对布线完成的印刷线路板进行如下处理：1）、补泪滴在导线与焊盘或导孔的连接处有一段过渡，过渡的地方形成泪滴状，称为补泪滴，它的作用是在钻孔时，避免在导线与焊盘的接触点处出现应力集中而使接触处断裂。具体操作如下：执行tools-teardrops，启动补泪滴对话框，general区域选择补泪滴的区域（选all pads, all vias），选择action区域选择是添加还是删除泪滴(选add)，teardrop style区域选择泪滴形状(选arc)。设置好后，单击ok进行操作。2）、放置敷铜（铺地）敷铜是将电路板空白的地方铺满铜膜，提高电路板抗干扰能力，通常将铜膜接地，也称铺地。具体操作：执行place-polygon plane命令，弹出对话框，surround pads with选择敷铜与焊点间的环绕方式，properties中，设置敷铜所在的板层及敷铜线的最小限制，net options中设置敷铜所连接的网络，一般连接到地网络上。设置完毕后，单击ok，光标变成十字形，进入敷铜放置状态，移动鼠标到合适位置，单击鼠标左键，确定敷铜的第一个端点位置，依次移动鼠标到合适位置，单击鼠标左键，确定敷铜的各个端点位置，确定的各个端点之间的线段组成了封闭的敷铜区域。单击鼠标右键完成敷铜的放置。另：敷铜的删除，选中要删除的敷铜，按delete键删除。实验五、PCB元件封装库的创建一、 实验目的：1、 掌握创建PCB元件封装的方法，并自己建立一个PCB封装库。2、 分别掌握针脚式封装和表贴式封装的建立方法二、 实验步骤：1、创建PCB元件封装库在建立封装库之前，可关闭所有的文件及工程。1）、启动元件封装编辑器执行菜单file-new-PCB library，新建一个元件封装库文件，在项目管理器中自动出现文件名为PCBLib1.PCBLib的元件库文件。2）、修改新建的元件封装库文件名 用鼠标右键单击新建的PCBLib1.PCBLib文件，在弹出听对话框中选择save或save as，输入存放的位置和文件名后，关闭对话框。注：这里文件名只输入名字，扩展名选*.PCBLib即可。3）、启动元件封装库编辑器 用鼠标左键单击项目管理器中的PCB Library标签，如无封装库管理器标签，单击右下角面板中的PCB library即可。打开元件封装库管理器，按Ctrl + End键，使编辑区中的光标回到系统的坐标原点。4）、手工创建新的元件封装手工创建元件封装就是利用系统提供的各种工具，按照实际的尺寸绘制出元件封装。首先，元件封装库编辑系统环境设置，多采用默认值。a)、栅格设置：在元件封装编辑区中，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择library options命令，根据需要设置栅格。b)、板层设置：在元件封装编辑区中，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择options - library layers。c)、系统参数设置：在元件封装编辑区中，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择options- preferences。其次，创建元件封装。a、针脚式封装：在建立之前需注意以下几点：l 焊盘属性中，layer为多层（multi layer）l 焊盘尺寸：引脚直径+0.2mm作为焊盘的内孔直径，焊盘外径为焊盘孔径+1或1.2mm。l 孔直径小于0.4mm的焊盘，外径/内径=1.5-3l 孔直径大于2mm的焊盘，外径/内径=1.5-2l 1号焊盘一般为方形，其余为圆形。附图1：2SB649的数据手册以2SB649（见附图1）的封装TO-126 MOD（见附图3）为例。在创建封装之前，先切换度量单位，方法：执行命令view-toggle units，可实现英制和公制之间的转换。、放置焊盘：由图，首先计算焊盘内外径及焊盘间距：内径：0.8+0.2=1mm，外径：1+1=2mm，焊盘间距：2.290.5mm,可选2.3mm。然后放置焊盘，单击place-pad，光标变成十字形，并拖着一个浮动的焊盘，按tab键，设置属性，hole size:1mm，designator:1，layer: multi-layer，size and shape中:x-size:2mm, y-size：2mm，shape: rectangle,其它选默认值。同样放置2号焊盘和3号焊盘，这里，designator分别为2和3， shape为round。其它同1号焊盘。双击1号焊盘， location中输入x:0mm，y:0mm。同样设置2号和3号焊盘位置，location中x分别为2.3mm和4.6mm，y同1号焊盘。、绘制外形轮廓：首先计算外形尺寸：长： 8.00.5mm，可选8.4mm，宽：2.70.4mm，可选3mm。在顶层丝印层（top overlay）中使用放置导线工具（place line），在焊盘外绘制外形。为使图形对称，可精确设置外形的尺寸。本例中：8.4-(2.52)=3.4，3.4/2=1.7，3/2=1.5，则最左边的外框，x起止坐标均为-1.7mm，y起止坐标分别为-1.5mm和1.5mm，双击最左边的外框，进行设置，同理，可设其它三条外框的尺寸。、设置元件封装参考点：如果需要修改元件的参考点，可执行菜单edit -set reference，三个选项：Pin1：以1号焊盘为参考点；Center：以元件封装中心为参考点；Location：以设计者指定一个位置为参考点。、重命名与存盘在创建新的元件封装时，系统自动给出