电气制图实验指导书(第一次修订).doc

电气制图CAD实验指导书(第1次修订)赵 葵 银 编湖 南 工 程 学 院2004 年 12 月21前 言本课程是一门面向应用的、培养学生运用CAD进行电路设计的基本技能的课程。通过实验，要求学生熟练运用CAD软件（Protel）进行电气图设计和印刷电路板设计，学完本课程，要求具有独立设计电子产品的能力，为电子工程设计打下良好的基础。 电气制图CAD是一门工程技术类课程，是自动化专业的专业基础限修课。本课程讲授电气制图一般方法与制图国家标准、电气图设计系统（SCH）、印制电路板设计系统（PCB）三大部分。1、实验开设对象：自动化专业方向学生。2、实验的方式与基本要求：（1）软件的基本操作。包括电气图设计系统SCH、印制板设计系统PCB、电气图元件库编辑系统（SCHLIB）、印制电路板设计系统元件封装库编辑系统（PCBLIB）的基本操作方式和文件管理等。 （2）电气图设计（SCH）与电气图元件库元件编辑。通过典型电气图设计，掌握用PROTEL软件设计电气图的一般方法和基本操作技巧、编辑的方法、文件输出等基本技能（3）印制电路板PCB设计与PCB元件库编辑。掌握单面板、双面板设计的一般方法和技巧，为电子产品设计制作打下良好基础。同时掌握PCB元件库的编辑方法。3、实验总时数为2022。共9个实验，其中带*部分的实验为多课时所做实验。4、若有条件，可安排一到两次实践性教学。5、因Protel软件发展很快，软件版本可能随时出现更新，其中有些操作步骤可能要发生变化。因编写时间仓促，书中纰漏与错误难免，望读者批评指正。 编者 2004年12月实验一 电路图设计（SCH）基本练习一、实验目的1、学习SCH程序的基本操作（设计库文件的建立、文档的建立、工作环境参数的基本操作、元件库的调入、放置电路元件）。2、熟悉SCH软件的基本界面（菜单、主工具栏、其他工具栏、状态栏、文件管理器）。3、熟练使用常用快捷键。4、绘制一个简单的电路图。5、文件保存。二、实验原理简述Protel软件是一个应用非常普及的电子CAD软件，具有强大的设计功能，它有电路图设计（SCH）、印制电路板设计（PCB）、电路图元件库编辑（SchLib）、印制电路板元件编辑（PcbLib）、电路仿真（SIM）、可编程逻辑设计（PLD）等几部分程序组成。 通过一个简单的电路图设计（如图1所示），掌握SCH程序的基本操作和界面认识，熟练使用一些常用快捷键。三、实验内容与主要步骤1、启动程序，并新建文件库（*.ddb库文件）与图纸文件(*.sch文件)。2、设置图纸为A4图纸，其它参数采用默认参数。3、元件库的调入（先调入Miscellaneous Device.ddb，本次实验只需用到该库）。4、放置元件。5、连线。6、编辑与修改。7、保存或打印。四、实验报告要求1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的元件库、主要元件参数、保存的文件的名称。3、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。4、写出总结心得。图1 电路设计基本练习图元器件列表ComponetDesignatorPartFootprintLibarayCRYSTALQ14.915MHzMiscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)RES1R3、R4470RMiscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)CAPC10.1uFMiscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)SW-DIP8SW1DIPSW8Miscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)4040U124040Protel Dos Schematic Libraries.ddb(4000 CMOS.lib)74LS04U9FU9E74LS04Protel Dos Schematic Libraries .ddb (TTL.lib)实验二 电路图设计（SCH）二一、实验目的1、熟练掌握分立元件库的使用。2、快速绘制电路图形。3、元件的属性修改和整体编辑。4、熟练掌握电路图工具栏（Wiring Tools）常用工具的使用。二、实验原理简述 通过绘制电路图（如图2所示），熟练使用库和元件放置操作，尤其是分立元件库的操作。使用工具栏上的常用工具作图，提高作图速度。熟悉元件的属性编辑界面。三、实验内容与主要步骤1、新建SCH文件。2、元件库的调入（调入Miscellaneous Device.ddb，本次实验只需用到该库）。3、放置元件与连线，完成图2的绘制。4、元件的属性编辑。5、保存。四、实验报告要求1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的元件库、主要元件参数、保存的文件的名称。3、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。4、本次实验中使用过的工具栏的主要工具说明5、写出总结心得。图2 电路图设计2元器件列表ComponetDesignatorPartFootprintLibarayCAPC10.1uFMiscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)CAPC20.01 uFMiscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)CAPC30.1uFMiscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)CAPC40.1uFMiscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)CAPC510uMiscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)RES1R1R7Miscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)RES3VR150KVRMiscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)JEFT NQ1Q2Miscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)4 HEADERJP1Miscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)实验三 电路图设计（SCH）三一、实验目的1、练习常用集成电路元件的放置方法。2、掌握总线与总线分支的放置方法。3、掌握网络标号的放置方法。4、生成该电路的网络表。5、材料清单报告表的生成方法。6、ERC电气规则检查。二、实验原理简述 调入多个元件库，完成图3的设计；掌握总线与总线分支的概念及放置方法；掌握网络标号的概念，作用与放置方法；掌握网络表的概念与生成网络表的方法。三、实验内容与主要步骤1、新建SCH文件2、调入库（本次实验用到Miscellaneous Device.ddb和Protel DOS Schematic Libraries.ddb）。3、放置元件、连线（包括Wire、Bus、BusEntry三种）、网络标号Netlabel。4、属性编辑与修改（包括整体编辑与修改的方法与技巧）。5、生成该电路的网络表(菜单命令：Design /Create Netlist)。6、生成材料清单报告(菜单命令：Report/ Bill of Material)。四、实验报告要求1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的元件库、主要元件参数、保存的文件的名称、网络表、材料清单。3、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。4、本次实验中使用过的工具栏的主要工具说明。5、写出总结心得。五、实验图与元器件列表元器件列表实验元器件列表ComponetDesignatorPartFootprintLibaray4 HEADERJP1Miscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)SW PBS1Miscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)CAPC1C3Miscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)CRYSTALQ1Miscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)RES1R1Miscellaneous.ddb(Miscellaneous.lib)8051U18051Protel Dos Schematic Libraries.ddb (Intel.lib)74LS373U274LS373Protel Dos Schematic Libraries.ddb (TTL.lib)2716U32716Protel Dos Schematic Libraries.ddb (Memory.lib)图3 电路设计3实验四 电路图设计（SCH）四*一、实验目的1、练习层次电路的设计过程与设计方法。2、区别电路图纸端口（Sheet Entry）和电路端口(Port)的区别。3、生成项目方案库（Project Library）的方法。4、掌握生成设计层次报告表的方法。二、实验原理简述 通过建立一个层次电路（要求一个根电路两个子电路），掌握层次电路的建立过程与方法；理解层次之间依靠什么来建立联系；区别图纸端口与电路端口；掌握项目方案库与层次报告表的生成方法，透彻理解电路之间的各种连接关系的建立与区别。根电路与子电路均要求自行设计。三、实验内容与主要步骤1、新建一个SCH文件。2、采用自顶向下的设计方法（当然，你也可以采用自底向上的设计方法）。先建立根电路，并对根电路的图纸符号和准备建立的子电路文件进行命名。3、从根电路的图纸符号生成图纸1（即子电路sub1），再完成该子电路1的设计。4、按步骤3同样的方法，完成子电路图2（即子电路sub2）的设计。5、生成项目方案库。6、生成设计层次报告表。7、文件保存或打印。四、实验报告要求1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的元件库、主要元件参数、保存的文件的名称、网络表、设计层次报告表、项目方案库、层次电路之间的层次关系说明。3、说明电路图纸端口（Sheet Entry）和电路端口(Port)的区别.4、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。5、写出总结心得。五、实验电路1. 项目电路图（*.prj）2. 子电路1（sub1.sch）3. 子电路2（sub2.sch）实验五 电路图元件库编辑（SCH LIB）与新建元件一、实验目的1、了解电路图元件库元件管理的方法。2、掌握新建元件库的方法。3、掌握新创建一个元件的方法。4、调用自己创建的元件库和新元件的方法二、实验原理简述 元件库中虽有许多的元件，但在实际中，我们有时也会碰到一些特殊的元件，而元件库中找不到。此时，我们可以自己创建新的元件库和新元件，一旦创建以后，以后就可以象调用其他元件一样，随意的去调用该库和新元件了，可以一劳永逸。本次实验通过要求大家新建一个自己的元件库，命名为Mylib1，在Mylib1中新建两个新元件，并分别命名为COMP-1和COMP-2。要求创建的元件如图4所示。 （COMP-1） (COMP-2)图4 电路图库与新元件的创建三、实验内容与主要步骤1、新建一个元件库文件（SchLib Document），打开编辑元件库编辑程序。2、作图绘制元件外形。3、放置管脚，并编辑管脚名称及管脚的特性。4、元件重命名5、元件的属性描述6、存储文件7、到电路图编辑环境，调入自己新建的库与新建的元件，验证是否创建成功及效果。四、实验报告要求1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所新建的元件库名称、新建元件的名称、管脚参数与元件属性。3、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。4、写出总结心得。实验六 单面印制电路板（PCB）设计一、实验目的1、熟悉印制电路板（PCB）（也称印刷电路板）设计程序的工作环境与工作参数设置。2、掌握印制电路板的设计的各个环节。3、要求做到能设计出较高质量的印制电路板。二、实验原理简述 印制电路板（PCB）设计是Protel电子设计软件的一个重要部分，许多工业产品和家用电器都使用了印刷电路板，所以作为一个电子产品的设计，印制电路板的设计就显得至关重要了。印制电路板有单面、双面和多层之分，单面印制电路板只适用于较简单的电路，而双面印制电路板适用于较复杂的电路，多层板适用于复杂电路。要设计一块非常优秀的印制电路板，要考虑许多因数，如布局、布线、抗干扰、发热多的元件的布局、体积大的元件的布局、插座的布局、数模电路混合的板子的布局、电源线与地线的处理、高频电路板的布局等等。而在较短实验时间内，大家不可能考虑那么周全，但要求大家尽可能的多考虑各方面的因数，一些主要的设计规则和主要事项，还是必须要掌握的。 本次实验是根据一个给出的电路原理图（如图5，若为节省时间，也可以使用以前实验中绘制过的电路），设计一块单面板。三、实验内容与主要步骤1、绘制电路图，输入每个电路封装形式，进行ERC电气规则检查。2、生成该电路的网络表。3、新建一个PCB文件（*.pcb）。4、设置工作环境参数（工作环境参数也可不设置，采用默认参数即可）。5、设置相对坐标原点（用命令Edit/Origin/Set）。并在Keepout Layer层画线确定板子边框的尺寸与外形（若要精确按坐标定义板子的尺寸与形状，在画线时，配合使用J+L键进行）。6、通过Design/Netlist命令，用网络表的形式调入PCB元件置工作界面（当然也可以在电路图SCH环境中，用同步器Design/Update PCB调入PCB元件，但建议使用网络表的形式）。这一步要注意的是网络表不能有错误，否则要回到电路图中去修改，再次生成网络表并保存覆盖原有网络表，直到网络表正确为止。7、PCB设计规则设置，用命令Design/Rules，对各种规则进行设置（如元件安全距离、走线角度、板层设置、布线优先级、布线技术算法、过孔、线宽等）。规则较多，要求一定要理解各规则的含义和设置方法与技巧。8、自动布局（用命令Tools/Auto Place）和手工布局。一般自动布局很难达到理想的布局效果，一般要采用自动布局和手工调整布局相结合的形式，或干脆就不使用自动布局，而直接使用手工布局。在布局时可使用排齐工具（或命令Tools/Align Components）来帮助进行调整。因布局阶段对印制电路板设计是最为关键的环节，所以要求布局一定要符合规则（考虑的布局规则主要有：安全距离、信号流方向、总连线最短、插座的布置、核心元件的布置、数模混合电路的布置、高频元件的布置、抗干扰措施的安排、有利于工程安装、布局美观工整等）9、密度分析与DRC规则检查。用命令Tools/Density Map进行密度图分析，看布局是否合理，否则回到上一步，继续进行调整。并进行DRC规则检查。10、自动布线规则设置（用命令Auto Route/Setup ）与自动布线(用命令Auto Route/All，局部布线用Auto Route/Net(或Connection、Component、Area )。11、修改与调整。（1）对布得不好的连线进行手工修改或调整。（2）处理好电源线与地线（允许范围内，线尽可能粗些、短些）。（3）元件标号与参数的位置与方向调整。（4）若有些部分要求进行特殊处理的要进行特殊处理（如补泪滴、铺铜等）。（5）放置工程安装螺钉孔。（6）标注尺寸与坐标。12、生成板子信息报表13、生成材料清单并与电路图的材料清单比较。14、保存15、打印（在File/Setup Printer项设置参数）。要求用分层（Final）打印方式，打印电路图、顶层（Top Layer）、底层(Bottom Layer)、丝印层(Silkscream)、焊盘层（Pad Master）、阻焊层与助焊层(Mask)。四、实验报告要求1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的PCB元件库名称、保存的文件的名称、网络表、板子信息报告表。3、将打印的图纸粘贴在实验报告本中。4、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。5、写出总结心得。图5 按图设计单面印制电路板实验七、双面印制电路板设计一、实验目的1、掌握双面印制电路板的设计过程与步骤。2、熟悉印制电路板设计程序的工作环境与工作参数设置。3、掌握印制电路板的设计规则设置的方法。4、比较单面板与双面设计的异同。5、要求做到能设计出较高质量的印制电路板。二、实验原理简述 根据给出的电路图，设计双面板一块。设计的注意事项与关键环节同上一实验类似。主要区别在于：跟单面板比较，对于稍复杂的电路，因单面板布线受限于一面之内，有些线可能布不通，或布线效果不理想，此时可考虑采用双面板设计；双面板使用两面布线（Top Layer和Bottom Layer），而单面板只使用一面布线(Bottom Layer)；双面板中可能有过孔存在，而单面板中没有过孔存在；双面板的布通率通常要比单面板的布通率要高，走线更方便；但就机械加工成本来看，双面板的制作费用高于单面板。在实际工程中，到底是使用几层板，要看具体情况。 本实验给出的电路比较简单（限于指导书的纸张小，无法给出较复杂的图纸），但也要求根据该简单电路设计出双面板，因为主要的目的是要求读者掌握双面板的设计过程，理解双面板与单面板设计的主要区别。三、实验内容与主要步骤1、绘制电路图，输入每个电路封装形式，进行ERC电气规则检查。2、生成该电路的网络表。3、新建一个PCB文件（*.pcb）。4、设置工作环境参数（工作环境参数也可不设置，采用默认参数即可）。5、设置相对坐标原点（用命令Edit/Origin/Set）。并在Keepout Layer层画线确定板子边框的尺寸与外形（若要精确按坐标定义板子的尺寸与形状，在画线时，配合使用J+L键进行）。6、通过Design/Netlist命令，用网络表的形式调入PCB元件置工作界面（当然也可以在电路图SCH环境中，用同步器Design/Update PCB调入PCB元件，但建议使用网络表的形式）。这一步要注意的是网络表不能有错误，否则要回到电路图中去修改，再次生成网络表并保存覆盖原有网络表，直到网络表正确为止。7、PCB设计规则设置，用命令Design/Rules，对各种规则进行设置（如元件安全距离、走线角度、板层设置、布线优先级、布线技术算法、过孔、线宽等）。规则较多，要求一定要理解各规则的含义和设置方法与技巧。8、自动布局（用命令Tools/Auto Place）和手工布局。一般自动布局很难达到理想的布局效果，一般要采用自动布局和手工调整布局相结合的形式，或干脆就不使用自动布局，而直接使用手工布局。在布局时可使用排齐工具（或命令Tools/Align Components）来帮助进行调整。因布局阶段对印制电路板设计是最为关键的环节，所以要求布局一定要符合规则（考虑的布局规则主要有：安全距离、信号流方向、总连线最短、插座的布置、核心元件的布置、数模混合电路的布置、高频元件的布置、抗干扰措施的安排、有利于工程安装、布局美观工整等）9、密度分析与DRC规则检查。用命令Tools/Density Map进行密度图分析，看布局是否合理，否则回到上一步，继续进行调整。并进行DRC规则检查。10、自动布线规则设置（用命令Auto Route/Setup ）与自动布线(用命令Auto Route/All，局部布线用Auto Route/Net(或Connection、Component、Area )。11、修改与调整。（1）对布得不好的连线进行手工修改或调整。（2）处理好电源线与地线（允许范围内，线尽可能粗些、短些）。（3）元件标号与参数的位置与方向调整。（4）若有些部分要求进行特殊处理的要进行特殊处理（如补泪滴、铺铜等）。（5）放置工程安装螺钉孔。（6）标注尺寸与坐标。12、生成板子信息报表13、生成材料清单并与电路图的材料清单比较。14、保存15、打印（在File/Setup Printer项设置参数）。要求用分层（Final）打印方式，打印电路图、顶层（Top Layer）、底层(Bottom Layer)、丝印层(Silkscream)、焊盘层（Pad Master）、阻焊层与助焊层(Mask)。四、实验报告要求1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的PCB元件库名称、保存的文件的名称、网络表、板子信息报告表。3、将打印的图纸粘贴在实验报告本中。4、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。5、写出总结心得。图6 根据该图设计双面印制电路板实验八 PCB板卡设计*一、实验目的1、认识PCB板卡及其用途。2、掌握较标准的PCB板卡的设计过程3、掌握PCB板卡的信号通过金手指的引入与引出方法4、熟练掌握插座的布置方法与布置位置二、实验原理简述 PCB板卡在实际工程中应用相当广泛，如个人计算机的声卡、显卡、网卡等，在其他许多电子产品中也经常见到类似的板卡。因此读者有必要掌握这一类板卡设计的基本方法。不规则板卡的设计有一定的难度，但规则板卡的设计还是比较容易的，我们可以通过PCB设计向导（Wizards）来设计规则板卡。 本次实验要求大家按图7，利用板卡设计向导(Wizards)来设计一块规则的板卡。标准板卡要求采用IBM XT bus format的形式。三、实验内容与步骤1、先绘制图7，输入各个元件的封装，并进行ERC规则检查。2、生成电路的网络表。3、新建一个PCB时，出现对话框，先选择Wizards项，再选中其下面的Printed Circuit Board Wizard项，点击Next，接着出现欢迎界面，再点Next。出现板卡的英制和公制单位的选择，板卡的形式选择界面，选择好所要的项后，点击Next