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装订线长 春 大 学 Proteus电气原理图设计目 录第1章 绪论11.1设计背景11.2设计目的与要求11.3设计方法1第2章 pretol 9932.1 pretol 99概念32.2 主要模块32.3 新建设计数据库文件5第3章 原理图设计73.1原理图设计的一般流程73.2电路图设计操作步骤83.1.1印制电路板设计的流程方框图83.1.2电路原理图设计的一般步骤83.3层次原理图的设计10第4章 PCB编辑器界面介绍114.1原理图编辑器界面114.1.1主菜单114.1.2主工具栏与常用工具栏114.2 PCB电路板的绘制114.3 PCB设计概要12第5章 注意事项14第6章 心得15参考文献16 Proteus电气原理图设计摘要 Proteus具有和其他EDA工具一样的原理图编辑、印刷电路板(PCB)设计及电路仿真功能，最大的特色是其电路仿真的交互化和可视化。通过Proteus软件的VSM(虚拟仿真模式)，用户可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路、单片机及外围元器件等电子线路进行系统仿真。Proteus软件由ISIS和ARES两部分构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统原理设计和仿真平台软件，ARES是一款高级的CB布线编辑软件。Proteus 是一种操作简便而又功能强大的原理图编辑工具，它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，该软件的特点有：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真的结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真等功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z8系列、HC11系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的电路设计和仿真软件，功能极其强大。关键词 Protel 99绘图；Pcb库；PCB编辑器；仿真Proteus Electrical Schematic DesignAbstract Proteus has the same principle diagram editing, printed circuit board (PCB) design and circuit simulation function as other EDA tools. The biggest characteristic is the interaction and visualization of its circuit simulation. Through the VSM software Proteus (virtual simulation mode), the user can simulate the circuit, digital circuit, analog digitalcircuit, MCU and peripheral components and other electronic circuits for systemsimulation.Proteus software is composed of two parts, ISIS and ARES, in which ISIS is aconvenientelectronic system design and simulation platform software, ARES is a senior CB wiringeditingsoftware. Proteus is a kind of operation is simple and powerful principle diagram edititools,whichruns on the windows operating system, and various analog integrated circuit simulation, analysis, the characteristics of the software: to achieve the combination of MCU simulation and spice circuit simulation. Has the function of analog circuit simulation, simulation of digital circuits, MCU and its peripheral circuit is composed of system simulation, RS232dynamicsimulation I2C debugger, SPI debugger, keyboard and LCD system simulation; have a variety of virtual instruments, such as oscilloscopes, logic analyzers, signal simulation device support mainstream single-chip microcomputer system. In the hardware simulation system with full speed, single step, set breakpoint debugging and other functions, at the same time can be observed in the current state variables, registers, etc., so in this simulation system, must also be with the workCan; at the same time support the third party software compiler and debugging environment, such as C51 uVision2 Keil and other software. Has a strong schematic drawing function. In short, the software is a set of single-chip microcomputer and SPICE analysis in a circuit design and simulation software, the function is extremely powerful. Keywords Protel 99 drawing; Pcb library; PCB editor; Simulationsingle III第1章 绪论1.1设计背景为了提高学生实际动手操作能力能思考能力以及良好的电路板设计能力，加强学生对现实生活中嵌入式系统的应用，我们进行了Proteus电气原理图设计。该设计全新设计模式，拥有良好的电路设计，一体化的机电组合，智趣的系统开发，足以适用于现实生活中的相关应用领域。1.2设计目的与要求目的与基本要求：1. 基本掌握设计课题的基本步骤和方法；2. 掌握相关电子元器件的性能及使用方法；3. 掌握应用系统设计中相关文档的编制方法；4应用Protel 99绘图工具绘制系统的电路原理图；5结合上述工作内容，写出系统开发报告。1.3设计方法设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤：(1)电路原理图的设计电路原理图的设计是整个电路设计的基础，它决定了后面工作的进程。一般的，设计一个电路原理的工作包括：设置电路图纸参数，装入所需的元件库，防置元器件，进行原理图布线，调整，检查及修改，最后存盘打印图纸。在原理图设计过程中，首先设置好图纸，网格和光标，以及窗口大小，然后在元器件编辑器界面制作原理图所需器件，创建新元件，产生元件报表，绘制原理图设计进阶，做好元件的自动编号，原理图的电气检查，即ERC。在这一过程中，要充分利用PROTEL99所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。(2)产生网络表设计原理图的最终目的是要生成印刷电路板，二印刷电路板与原理图的纽带就是网络表，故将设计完成的原理图转换为网络表，是必经之步，也是设计原理图的主要目的。（3）印制电路板的设计印制电路板的设计主要是针对PROTEL99的另外一个重要的部分PCB而言的，PCB图的基本元素主要包括以下6种：元件封装：包括插件式元件封装和STM元件封装；铜箔连线：铜箔导线也称铜箔连线，简称连线；焊盘：用于固定元件引脚或引出线、测试线等；过孔：过孔的作用是为了连接不同层面之间的导线；字符丝印：为了方便电路板的安装与维修，需要在PCB上下表面印制所需要的字符和标志图案等，入元件标号和标称值、元件外形和厂家标志，生产日期等都需要通过丝网印刷的方式来实现；敷铜（多边形填充）：敷铜又叫铺地，在设计完成全部布线后。为了提高电路板的抗干扰性能，有时候需要把电路板空白的地方全部做成一个电极。第2章 Pretol 992.1 Pretol 99概念Pretol 99采用了*.DDB数据库格式保存文件，所有同一工程相关的SCH、PCB等文件都可以在同一*.DDB数据库中并存，非常科学，利于集体开发和文件的有效管理。另外一个优点是自动布线引擎很强大。在双面板的前提下，可以在很短的时间内自动布通任何的超复杂路线。PROTEL是Altium公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。2.2 主要模块Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。1.电路原理图设计模块：该模块主要包括设计原理图的原理图编辑器，用于修改、生成元件符号的元件库编辑器以及各种报表的生成器。2.印制电路板设计模块：该模块主要包括设计电路板图的PCB编辑器，用于PCB自动布线的Route模块。用于修改、生成元件封装的原件封装编辑器以及各种报表的生成器。3.可编辑逻辑器件设计模块：该模块主要包括具有语法意识的为文本编辑器、由于编译和仿真设计结果的PLD模块。4.Protel99 SE内置编辑器-这部分包括用于显示、编辑文本的文本编辑器Text和用于显示、编辑电子表格的电子表格编辑器Spread。以下介绍一些Protel99SE的部分最新功能：强大的全局编辑功能；在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）； * 方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）；支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件； * PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层；强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺；提供大量的工业化标准电路板做为设计模版；放置汉字功能；可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换；智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）；方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果；独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果；强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等；经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合；专家导航帮您解决信号完整性问题。2.3 新建设计数据库文件在WINDOWS 95/98或NT界面下双击Protel 99 图标，点击File(文件)中“new”项，新建设计数据库，如左图所示。在Browse选项中选取需要存储的文件夹，然后点击“OK”即可建立自己的设计数据库。1设计组（Design Team）我们可以先在Design Team 中设定设计小组成员，Protel 99可在一个设计组中进行协同 设计，所有设计数据库和设计组特性都由设计组控制。定义组成员和设置他们的访新建设计数据库问权 限都在设计管理器中进行，确定其网络类型和网络专家独立性不需要求助于网络管理员。无限制数量的设计组成员能同时访问相同的设计数据库。每个组成员都能看到什么文件 当前是打开的以及谁在编辑，并能锁定文件以防止意外重写。访问设计数据库可以通过建立设计组成员和指定其权限来控制。设计组成员建立在成员 文件夹中。在成员文件夹中单击右键就会弹出浮动菜单，选择新成员。为保证设计安全，为管理组成员设置一个口令。这样如果没有注册名字和口令就不能打 开设计数据库。提示：成员和成员权限只能由管理员建立。2回收站（ Recycle Bin）相当于Windows 中的回收站，所有在设计数据库中删除的文件，均保存在回收站中，可 以找回由于误操作而删除的文件3设计管理器（document.）所有Protel99设计文件都被储存在唯一的综合设计数据库中，并显示在唯一的综合设计 编辑窗口。在Protel99中与设计的接口叫设计管理器。使用设计管理器，可以进行对设计文件的管理编辑、设置设计组的访问权限和监视对设计文件的访问。组织设计文件 过去组织和管理40个或更多的原理图、PCB、Gerber、Drill、BOM和DRC文件，要花 费几天的时间，而Protel99把设计文件全部储存在唯一的设计数据库。在设计数据库内组织按分层结构文件夹建立的文件 显示在右边的个人安全系统设计数据库有一文件夹叫设计文件，这个文件夹中是主设计文件(原理图和PCB)，还有许多的子文件夹，包括了PCB装配文件、报告和仿真分析。这里对在设计数据库中创建文件夹的分 层深度没有限制。设计数据库对存储Protel设计文件没有限制 你能输入任何类型的设计文件进入数 据库，如在MS Word书写的报告、在MS Excel准备的费用清单和AutoCAD中制的机械图。我们可以先在Design Team 中设定设计小组成员，Protel 99可在一个设计组中进行协同 设计，所有设计数据库和设计组特性都由设计组控制。定义组成员和设置他们的访新建设计数据库问权 限都在设计管理器中进行，确定其网络类型和网络专家独立性不需要求助于网络管理员。无限制数量的设计组成员能同时访问相同的设计数据库。每个组成员都能看到什么文件 当前是打开的以及谁在编辑，并能锁定文件以防止意外重写。访问设计数据库可以通过建立设计组成员和指定其权限来控制。设计组成员建立在成员 文件夹中。在成员文件夹中单击右键就会弹出浮动菜单，选择新成员。为保证设计安全，为管理组成员设置一个口令。这样如果没有注册名字和口令就不能打 开设计数据库。第3章原理图设计3.1原理图设计的一般流程原理图设计是电路设计的第一步，是制版和仿真等后续工作的基础。因此，一副原理图正确与否，直接关系到整个设计的成功与失败。另外，为方便人读图，以及原理图的美观、清晰和规范也是十分重要的。Protel 99 SE的原理图计大致可分为如图3.1所示9个步骤装载元件库设置SCH编辑器的工作参数新建原理图 布线和调整放置元件布局 对原理图进行检查和修改生成网络表等报表 保存、打印输出图3.1Protel 99 SE的原理图3.2电路图设计操作步骤3.1.1印制电路板设计的流程方框图印制电路板设计的流程图如3.2图所示 电路原理图设计产生网络表印制电路板设计图3.2印制电路板设计的流程图3.1.2电路原理图设计的一般步骤（1）新建原理图。这是设计一副原理图的第一个步骤。（2)设置图纸及工作界面参数绘制原理图之前需要根据设计内容的复杂程度选择合适的图纸，并根据用户的需要以及习惯对工作区进行设置，方便具体的原理图设计操作。（3）装载元件库。装载元件库就是将需要用到的元件库添加到系统中(4)放置元件和布局规划元件布局，从元件库中找到所需的元件，并放置到图纸上。然后对元件的标号、属性等进行设置。元件的布局一般遵循以下几个原则： 同一功能模块尽量放到一起，可以方便的理解电路结构，同时便于管理。 元件的摆放有利于布线，方便进行布线操作。 美观。（5）布线和调整放置好元件后就可以将各个引脚按功能用导线连接到一起了，同时根据布线的需要对元件布局进行一些调整。这一步骤也可与（3）交错进行，目的都是为了便于达到设计要求。（6）注解。为了设计的美观和清晰，可以对原理图进行必要的文字注释和图片修饰，这些都对以后的PCB设置没有影响，也是为了方便自己和他人读图。(7)对原理图进行检查和修改完成原理图的绘制后还需要对其进行进一步的检查和修改。主要包括两部分：一是确保原理图绘制的正确性，没有疏漏和误连接，这一点可以借助PROTEL 99 SE 提供的电气检查功能（DRC）来实现；二是从逻辑上检查所设计的电路是否能是实现所需要的功能，及设计者需要对自己的设计思路进行反思，确保电路在原理上的正确性，这一点非常重要，一个电路设计最终能够正确、可靠的实现预期的功能。往往取决于设计者的思路是否正确、对可能遇到的问题是否做了充分的考虑，这也从根本上评判了电路设计的好坏。对设计进行充分的检查，尽可能的把问题在原理设计阶段解决，能够极大地提高电路设计的效率，减少返工的次数，从而能够有效地缩短整个设计周期、降低设计成本。否则等到了完成PCB的设计甚至已经加工电路板才发现原理图设计上的疏漏，就会造成极大的人力和物力的浪费。3.3层次原理图的设计层次原理图的设计是在实践基础上提出的一种先进的电路设计方法。当设计的电路规模比较大的时候，往往整个系统不能自一张原理图上绘出，还会出现整个系统难以有一个人在短期内绘出的情况，这时候就不能简单的进行绘图，而在绘图之前需要考虑如何分配电路设计内容，从而使设计能够有效地进行，这就需要层次电路图的设计。层次电路图的设计思路是这样的：将复杂系统按照功能要求分解成若干个子模块，如果需要，还需要分解成更小的基本模块，各个模块之间设计好模块接口，上层原理图之负责根据需要对各个模块的接口进行合适的连接，而不关心电路细节，具体的电路设计在底层模块电路设计中实现，底层模块的电路设计要能够满足接口的要求，这样的电路设计就能够得到完整并且符合功能要求的电路设计了。从设计思路中可以清晰地看到层次电路图的优点：电路结构清晰、便于任务分配。层次原理图的设计过程如图3.3所示大规模电路的结构设计划分功能模块，确定接口各功能子模块的设计组合成完整的电路图图3.3层次原理图的设计过程第4章 PCB编辑器界面介绍4.1原理图编辑器界面原理图编辑器中共有两个窗口：左边称管理窗口，右边称编辑窗口。下面介绍编辑器界面的主要部分。4.1.1主菜单利用主菜单中的命令可以完成pretol 99SE提供的原理图编辑的所有功能。常用的主菜单如下：【File】 菜单：完成文件上的操作，如文件的新建、打开等。【Edit】 菜单：完成编辑方面的操作，如复制、粘贴、剪切等。【View】 菜单：完成显示方面的操作，如编辑窗口的放大与缩小、工具栏显示与关闭、状态栏与命令栏的关闭与显示等。【Place】 菜单：完成原理图编辑窗口放制各种对象的操作。【Design】 菜单：完成元件库管理、网络表生成、层次原理图设计等。【Tools】 菜单：完成ERC检查、元件编号、原理图编辑器环境和默认设置的操作。【Reports】 菜单：完成原理图各种报表的生成的操作。 其他菜单。4.1.2主工具栏与常用工具栏主工具栏的打开与关闭可执行菜单命令ViewToolbarsMain Tools。主工具栏中的每一个按钮，都对应着一个具体的菜单命令。常用活动工具栏：Wiring Tools工具栏、Drawing Tools工具栏等。活动工具栏中的每一个按钮，都对应着一个具体的菜单命令。4.2 PCB电路板的绘制制作步骤如下：打开我们自己上次做的电路原理图的设计数据库文件；创建一个PCB图文件；规划电路板；设置参数；把上面创建的网络表导入PCB编辑器窗口；元件的布局（手动）；元件的布线（自动加手动）；检查无误后，对文件保存4.3 PCB设计概要（1）设计前期准备：这包括准备元件库和原理图.“工欲善其事,必先利其器”,要做出一块好的板子,除了要设计好原理之外,还要画得好.在进行PCB设计之前,首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB设计的元件库.元件库可以用peotel自带的库,但一般情况下很难找到合适的,最好是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库.原则上先做PCB设计的元件库,再做SCH的元件库.PCB的元件库要求较高,它直接影响板子的安装;SCH的元件库要求相对比较松,只要注意定义好管脚属性和与PCB设计元件的对应关系就行，注意标准库中的隐藏管脚.之后就是原理图的设计,做好后就准备开始做PCB设计了.（2）配置PCB环境：在进行PCB设计之前，需要对编辑环境参数做一些设置，包括设置电路格点类型选择、光标样式、电路板板层设置等。其中板层设置需要根据设计的电路情况进行选择，其他环境参数用户可以根据个人习惯进行设置，一般采用默认即可。（3）规划电路板：PCB设计首先要根据电路进行这个整体规划，主要是大概确定电路板的尺寸，一般处于成本和设计要求的考虑需要电路板尽量小，到尺寸过小又会导致走线困难等问题，所以需要综合考虑。电路板尺寸可以在进行元件布局时进一步调整，但一般要在布线之前确定最终尺寸。（4）添加网络表：在PCB布局之前，需要加载一个由原理图设计器生成的网络表、网络表是自动布线的基础，是印刷电路板图设计的关键所在。需要注意的是在加载网络表之前应该加载元件库，同时所加载的元件库一定要包括原理图中的管脚封装，否则在家在网络表是将会出错。（5）元件布局：通过网络表引入的元件封装就代表着实际元件的安放位置，调整其相互之间的位置关系就是布局要完成的工作。在进行元件布局时要综合考虑走线以及功能等各种因素，良好的布局要保证电路功能的正常实现、避免元件之间的相互干扰，同事还要便于走线以及便于阅读。合理的布局是保证电路板正常工作的基础，对后面的布线工作也有很大影响，在设计时要多加考虑。PROTEL 99 SE 提供了自动布局功能，但是精确度不够理想，因此在设计中一般都采用手工布局，如果设计的电路很复杂，用到的元件很多，可以先使用自动布局功能进行整体布局，然后对局部在进行细致的手工修改。（6）布线：布线是PCB的关键步骤，布线的成功与否直接决定了电路板的功能是实现。PROTEL 99 SE 提供了强大的自动布线功能，用户可以通过设置布线规则对导线线宽、平行线间距、倒孔大小等各种参数加以约束，从而布置出既符合制作工艺要求的导线。虽然PROTEL 99 SE自动布线成功率都能达到10%，但并不代表其布线的结果是合理的，自动布线的结果往往不令人满意，最典型的就是布线的走线拐弯多，有写甚至是舍近求远，有事布线太密过孔也太多，因此自动布线后，需要采用大量的时间进行手工调整，来满足我们的需要。（7）规则检查：PROTEL 99 SE 提供规则检查功能，用于检查PCB的设计是否符合设置的规则，防止出现疏忽等原因导致的错误。（8）铺铜：对于设计好的电路板，布线完成，检查无误后，确定不需要修改后，进行对顶层和底层铺上接地铜。（9）打印输出：完成了印制板编辑后，就可以将设计结果打印出来存档或作为照相制版的底图。 第5章 注意事项（1 ） 原理图连线很多，需要很细心才能准确完成，尤其是对那些引脚很多的器件，稍不小心就会连错。（2） PCB电路板的制作更加需要注意很多细节，尤其是布线时，由于电路比较复杂，如果设置不当，很可能出现卡机不能完整的完成布线。（3） 绘制原理图时，导线与连线是不同的，看起来两者的颜色和外形是一样的，但是用连线代替导线是没有电气意义的；（4） 绘制原理图时，注意节点放置的地方，有时系统会自动给所有导线交叉的地方都加上一个节点（5） PCB板的设计过程中，我们要了解各元件的封装类型然后一一定义。PCB板的设计过程中，一定要仔细核对每一个元件的封装类型，（6） 在生成网表文件后，读取网表文件时需要检查有没有错误。如果有错误一定不能急于导入，先检查各元件的配置和设定等，确定无错误了以后再导入PCB文件进行设计。（7） 布线尽量科学，清晰。让布线尽量合理。同时在器件的位置设定上也要尽量集中并合理。这样可以避免许多过长走线和不合理走线。第6章 心得经过两个星期的PCB板电路板的设计学习，让我感触颇多。首先，了解PROTELL99这个软件很实用，很用，并且很