电子线路CAD综合实验指导书(修订版

1、电子线路CAD综合实验指导书林逸榕编著电气与自动化工程学院2009 年 7 月目 录实验1 Protel 99SE使用基础 1实验2 Protel 99SE原理图设计 4实验3 Protel 99SE原理图编辑 11实验4 Protel 99SE原理图设计的电路测试与报表输出 14实验5 PCB印制电路板设计 17参考文献 26附录1 实验指导书说明 27附录 2 Protel 99SE元件库 28附录3 实验图表打印说明 46实验1 Protel 99SE使用基础实验目的(1) 掌握Protel 99SE的启动和退出方法；(2) 熟悉Protel 99SE的操作环境（菜单栏、工具栏、状态栏以

2、及系统菜单等）；(3) 掌握创建和打开设计数据库文件的方法；(4) 掌握启动原理图编辑器、印制电路板编辑器以及其他编辑器的基本方法；(5) 掌握不同编辑器之间的切换方法； 上机准备(1) 了解Protel 99SE的组成、特点和运行环境；(2) 熟悉Protel 99SE的安装过程；(3) 预习教材的第1章内容；实验要求 在Protel 99SE默认的路径下创建一个名为“My.ddb”的设计数据库文件，然后打开该数据库的“Documents”文件夹，并在其中创建一个原理图文件（.sch）和一个印制电路板文件（.pcb），最后分别启动原理图编辑器和印制电路板编辑器。上机步骤1. 启动Protel

3、 99SE在Windows桌面选择“开始”/“程序”/“Protel 99SE”文件夹/“Protel 99SE”选项， 当Protel 99SE应用程序启动后会出现如图1.1所示的界面，然后进入如图1.2所示的Protel 99SE主窗口。 图1.1 Protel 99SE的启动界面 图1.2 Protel 99SE的主窗口 用鼠标单击图1.2中File菜单左边的按钮，在弹出如图1.3所示的系统菜单选项中选择Preferences命令，系统将弹出如图1.4所示的系统参数设置对话框。在该对话框中单击Change System Font按钮，系统弹出如图1.5所示的系统字体设置对话框，选择字体为

4、Times New Roman，大小改为9。2. 创建设计数据库文件(1) 执行File/New菜单命令后，系统打开“New Design Database”对话框；(2) 单击Browse按钮，选择数据库文件（默认文件名为“MyDesign.ddb”）的存储位置；(3) 单击OK按钮后，Protel 99SE的主窗口变为如图1.6所示。 图1.3 系统菜单选项 图1.4 系统参数设置对话框 图1.5 系统字体设置对话框 图1.6 设计数据库文件主窗口3. 打开设计数据库文件(1) 单击设计管理器窗口中设计数据库文件“MyDesign.ddb”前的“+”图标或双击该文件来打开该数据库；(2)

5、单击“MyDesign.ddb”下的“Documents”文件夹即可打开数据库文件夹，此时工作窗口的上部多了一个Documents标签，如图1.7所示。 图1.7 打开文件夹后的工作窗口 图1.8 原理图编辑器界面4. 启动原理图编辑器(1) 执行File/New菜单命令后，系统弹出选择文件类型对话框；(2) 单击选中原理图编辑器（Schematic Document）图标，并单击OK按钮或双击该图标，即可完成新的原理图文件的创建；(3) 单击设计管理器窗口中的原理图文件名（默认文件名为“Sheet1.Sch”），或双击工作窗口中的原理图文件图标，即可启动原理图编辑器，如图1.8所示。5. 启

6、动印制电路板编辑器(1) 执行File/New菜单命令后，系统弹出选择文件类型对话框；(2) 单击选中印制电路板编辑器（PCB Document）图标，并单击OK按钮或双击该图标，即可完成新的印制电路板文件的创建；(3) 单击设计管理器窗口中的印制电路板文件名（默认文件名为“PCB1.PCB”），即可启动印制电路板编辑器，如图1.9所示。6. 不同编辑器之间的切换 在创建不同类型的文件或相同类型的不同文件并进入相应的编辑器时，可发现在工作窗口上部会相应地增加不同的标签。用鼠标单击选中这些标签就可以在不同类型的编辑器或相同类型的不同文件之间自由切换，这也正是Protel 99SE的一大特点，如图

7、1.10所示。 图1.9 印制电路板编辑器界面 图1.10 编辑器之间的切换思考题(1) 试用3种不同的方法启动Protel 99SE。(2) 如何在不同类型的编辑器或相同类型的不同文件之间进行切换？实验2 Protel 99SE原理图设计实验目的(1) 掌握各类窗口的打开、关闭和切换方法；(2) 掌握各种工具栏的打开和关闭（或隐藏）方法；(3) 掌握绘图区域的放大与缩小方法；(4) 掌握文件管理的基本操作（创建、打开、保存、关闭和删除原理图文件等）；(5) 熟悉画原理图工具栏中各按钮的功能，并掌握绘制原理图的相关操作（设置图纸、放置和调整元件、原理图的布线和调整）；(6) 熟悉画图形工具栏中

8、各按钮的功能，并掌握在原理图上添加注释文字和图线的方法；上机准备(1) 了解电路原理图的设计过程；(2) 复习启动原理图编辑器的基本方法；(3) 预习教材的第24章内容；实验要求试用Protel 99SE绘制如图2.1所示的单片机最小系统原理图参见“MySch.ddb”设计数据库中的“Sheet1.sch”文件，其中：1. 图纸要求：l 图纸的尺寸为A号l 图纸的方向为水平放置l 图纸标题栏采用标准型2. 各元件的属性（封装形式Footprint、序号Designator、型号Part type）要求：l 普通电容1：RAD0.2、C1、60pFl 普通电容2：RAD0.2、C2、60pFl

9、电解电容：RAD0.3、C3、22uFl 晶振：XTAL-1、CRY1、18.723MHzl 电阻1：AXIAL0.4、R1、200l 电阻2：AXIAL0.4、R2、1Kl 复位键：RAD0.4、S1、SW-PBl 单片机DS80C320MCG（40）：DIP-40、U1、DS80C320l 地址锁存器74LS373：DIP-20、U2、74LS373l 程序存储器27C256：DIP-28、U3、27C2563. 各元件所属元件库：l 电阻（RES2）R1、R2、电容（CAP）C1、C2、电解电容（CAPACITOR）C3、晶振（CRYSTAL）CRY1、复位键（SW-PB）S1属于“Mi

10、scellaneous Devices.ddb”库文件中的“Miscellaneous Devices.lib”元件库l 单片机DS80C320MCG属于“Dallas Microprocessor.ddb”库文件中的“Dallas Microprocessor.lib”元件库l EPROM 27C256属于“Intel Databooks.ddb”库文件中的“Intel Memory.lib”元件库l 地址锁存器74LS373属于“Protel DOS Schematic Libraries.ddb”库文件中的“Protel DOS Schematic TTL.lib”元件库图2.1 单片机

11、最小系统 实验报告必画的图上机步骤1. 启动原理图编辑器，并创建原理图文件2. 设置电路图纸(1) 设置图纸参数执行菜单命令Design/Options，系统弹出图纸属性设置对话框设置图纸尺寸将光标移至“Standard Style”选项，单击下拉箭头，在弹出的下拉列表中选择所需图纸的大小“A”，单击即可。设置图纸方向将光标移至“Options”选项，单击“Orientation”选项的下拉箭头，在弹出的下拉列表中设定图纸的方向“Landscape”。设置图纸标题栏将光标移至“Options”选项，单击“Title Block”选项的下拉箭头，在弹出的下拉列表中设置图纸标题栏的类型“Stand

12、ard”。(2) 设置文件信息单击图纸属性设置对话框顶部的Organization标签，设置相应的文件信息（比如，Organization、Title等），其中：【Organization】：设置公司或制图人员名称；【Address】：设置公司或制图人员地址；【Sheet】：设置该原理图的编号（No.）和其所在项目原理图的数量（Total）；【Document】：设置原理图文件的标题（Title）、编号（No.）和版本号（Revision）；3. 放置和调整元件(1) 装载元件库打开原理图管理浏览器在工作窗口为原理图编辑器窗口的状态下，单击设计管理器顶部的“Browse Sch”标签，即可打开

13、原理图管理浏览器窗口。装入原理图所需的元件库单击原理图管理浏览器窗口中的Add/Remove按钮，系统弹出原理图库列表，依次从中选择所需的库文件并单击Add按钮，使其出现在【Selected Files】列表框中，成为当前活动的库文件，然后单击OK按钮，即可将所有需要的库文件装入原理图管理浏览器中。【提示：】 查找元件的具体方法选择Tools/Find Components菜单命令，或用单击鼠标右键弹出的Find Components菜单命令，或单击元件管理器Browse Sch下的Find按钮，打开查找元器件对话框。在该对话框的【By Library References】编辑框中输入所要查

14、找的元件名称（例如LM339），并按下Enter键或点击对话框中的Find Now按钮。当【Found LibrariesComponents】列表框中显示出查找结果后，单击Add To Library List按钮，将查找到元件的元件库添加到元件管理器中。然后，单击Edit按钮，可以编辑和修改元件；单击Place按钮，将查找到的元件放置到鼠标当前位置。 更改元件外型的具体方法同一类型的元件可能有几种不同的外型（例如，引脚号不同等）。单击元件管理器Browse Sch下显示元件区Part后的按钮，查到所需的元件形式后，单击Place按钮，将查找到的元件放置到鼠标当前位置；单击Edit按钮，可以

15、编辑和修改元件，但应将编辑好的元件重命名后，再保存。(2) 选取和放置元件选定元件所在的元件库；在该元件库中找到所需的元件；将元件放置到工作平面上；在元件列表框中选定元件后，单击Place按钮，可见所选元件在工作平面上随十字光标的移动而移动，选择适当位置单击鼠标左键即可将元件放置在当前位置。此时，系统仍处于放置元件状态，可继续放置另一个相同的元件，直到按ESC键或单击鼠标右键退出该命令状态为止。(3) 编辑元件属性用鼠标左键双击元件，系统会弹出元件属性对话框；根据要求，在对话框中设置元件的各种属性；设置结束后，单击“OK”按钮确认；(4) 调整元件元件的移动 移动单个元件 将鼠标箭头移到元件上

16、并按住鼠标左健不放，将元件随十字光标移到适当的位置，松开左键即可完成移动工作。 同时移动多个元件 按住鼠标左键不放，移动鼠标在工作区内拖出一个适当的虚线框将所要选择的所有元件包含在内，再松开左键即可选中虚线框内的所有元件，然后单击被选中的元件组中的任意一个元件并按住鼠标左健不放，将选中的元件组随十字光标移到适当的位置后，松开左键，元件组便被放置到当前位置。元件的旋转单击元件并按住鼠标左键不放，选中该元件，同时按快捷键调整其方向，其中【Space】键（空格键）：每按一次，被选中的元件逆时针旋转90；【X】键：使元件左右对调；【Y】键：使元件上下对调；最后，将元件方向调整到位后松开鼠标左键即可。4

17、. 原理图的布线(1) 绘制导线执行绘制导线菜单命令Place/Wire；将十字光标移到元件的引脚上，单击左键确定导线的起点；移动鼠标开始画导线，将线头随光标拖动到另一元件的引脚上，单击鼠标左键确定导线的终点；单击鼠标右键或按ESC键，即可完成一条导线的绘制；重复上述步骤，画完所有导线后，单击鼠标右键或按ESC键，退出画导线命令状态；双击某段导线，在弹出的导线属性设置对话框中设定该导线的参数，如线宽、颜色等，并单击OK按钮确认；(2) 设置网络标号在欲放置网络标号的元件引脚处画一段导线；执行放置网络标号的菜单命令Place/Net Label；移动十字光标到要放置网络标号的引脚上方，单击鼠标左

18、键确认，此时系统显示默认的网络标号“NetLabel1”；单击右键或按ESC键退出放置网络标号的命令状态；双击该网络标号，在弹出的网络标号属性对话框中设置属性，如网络名称、颜色、字体等，并单击OK按钮确认；(3) 放置线路节点执行放置电路节点的菜单命令Place/Junction；移动十字光标到两条导线的交叉点处，单击鼠标左键，将节点放置在交叉点处；单击右键或按ESC键退出放置电路节点的命令状态；双击该节点，在弹出的线路节点属性对话框中设置属性，如节点的位置、大小、颜色、锁定属性等，并单击OK按钮确认；(4) 放置电源及接地符号执行放置电源及接地符号的菜单命令Place/Power Port；

19、移动十字光标到适当位置，单击鼠标左键确认，将电源或接地符号放置在当前位置；单击右键或按ESC键退出放置电源及接地符号的命令状态；双击该符号，在弹出的电源及接地符号属性对话框中设置属性，如网络名称、形状、位置、方向等，并单击OK按钮确认；(5) 绘制总线执行画总线的菜单命令Place/Bus；移动十字光标到适当位置，单击鼠标左键以确定总线起点，然后移动光标开始画总线，并在每一个转折点单击左键，在末尾处单击鼠标左键确认总线终点，最后单击右键结束一条总线的绘制工作；画完所有总线后，单击右键或按ESC键退出绘制总线的命令状态；双击该总线，在弹出的总线属性对话框中对总线的宽度、颜色、选中状态进行设置，并

20、单击OK按钮确认；(6) 绘制总线分支执行画总线分支线的菜单命令Place/Bus Entry；对带着总线分支线“/”或“”的十字光标，用Space键改变总线分支的方向；移动十字光标到适当的位置，单击鼠标左键，即可将分支线放置在当前位置；放置完所有的总线分支后，单击右键或按ESC键退出命令状态；双击总线分支线，在弹出的图示总线分支属性对话框中对总线分支线的位置、宽度、颜色、选中状态等进行设置，并单击OK按钮确认；(7) 制作电路的输入/输出端口执行制作电路的I/O端口的菜单命令Place/Port；移动十字光标到选定位置，单击鼠标左键确定I/O端口的起点，然后拖动鼠标到合适位置，再单击左键确定

21、I/O端口的终点；单击右键或按ESC键退出放置I/O端口的命令状态；双击I/O端口，在弹出的端口属性对话框中对端口的名称、外形、电气特性等进行设置，并单击OK按钮确认5. 调整、检查和修改利用Protel 99SE的画图工具绘制自定义标题栏，并在标题栏中添加必要的文字标注、波形曲线和图片等，以增加原理图的可读性和可视性。【提示：】 在标题栏中添加文字标注的具体方法选择Place/Annotation菜单命令，或点击Drawing Tools工具栏中【Place Annotation】按钮，在标题栏中的【Title】和【Drawn By：】区域分别放置文字“Text”，然后将其属性分别设置为“.

22、Title”和“.Organization”。上机练习题（选前5题或者最后一题）试用Protel 99SE绘制下列图中所示的某些单片机应用系统中的电路原理图。图2.2 PS/2键盘接口电路图2.3 直流/交流转换电路图2.4 部分人机界面接口电路图2.5 手动/自动触发信号产生电路图2.6 系统电源电路图2.7 信号复现模块电路思考题(1) 分别用菜单命令和快捷键打开或关闭各种工具栏。(2) 在命令状态下，放大、缩小和刷新画面的快捷键分别是什么？(3) 可见栅格、锁定栅格和电气栅格的作用是什么？如何对它们进行设定？(4) 如果我们想在原理图上绘制电容的充放电曲线，应选用何种画图形工具？(5)

23、如果我们想在原理图上注明该电路检测步骤和注意事项，应选用什么工具？实验3 Protel 99SE原理图编辑实验目的(1) 掌握原理图的基本编辑技巧（图件的拷贝、剪切、粘贴、删除、改变图层、排列和对齐）；(2) 熟悉原理图元件库绘图工具栏和IEEE电气符号工具栏中各按钮的功能；(3) 熟悉原理图元件库浏览器窗口的按钮功能及相应的菜单命令；上机准备(1) 复习启动原理图元件库编辑器的基本方法；(2) 复习原理图元件库绘图工具栏的打开方法；(3) 预习教材的第5章内容；实验要求试用Protel 99SE 在“MySchLib.ddb”的设计数据库文件中，创建一个名为“mylib.lib”原理图元件库

24、文件，然后在该文件中制作一个如图3.1所示的7段LED数码管原理图元件参见“MySchLib.ddb”设计数据库中的“mylib.lib”文件。图3.1 7段LED数码管库元件上机步骤1. 启动原理图元件库编辑器，并创建元件库文件(1) 新建一个名为“MySchLib.ddb”的设计数据库文件；(2) 进入“Documents”设计文件夹后，执行菜单命令File/New；(3) 在弹出的“New Document”对话框中，双击原理图元件库编辑器（Schematic Library Document）图标，创建一个名为“mylib.lib”原理图元件库文件；(4) 双击工作窗口中该元件库文件的

25、图标，即可进入原理图元件库编辑器；2. 打开原理图元件库绘图工具栏执行菜单命令View/Toolbars/Drawing Toolbar，即可打开原理图元件库绘图工具栏。3. 更改元件名称执行菜单命令Tools/Rename Component后，在弹出的更改元件名称对话框中，将新建元件的名称改为“LED”，并单击OK按钮确认。4. 重新设定锁定栅格和可视栅格为了便于绘图，我们应重新设定锁定栅格和可视栅格，具体操作如下：执行菜单命令Options/Document Options后，在弹出的对话框中选中复选框【Snap】和【Visible】，并将【Snap】栏设为“5”，【Visible】栏设

26、为“10”，然后单击OK按钮确认。5. 绘制元件(1) 按【PageUp】键，将工作区放大至合适的比例；(2) 绘制LED元件外形单击原理图元件库绘图工具栏中的画矩形工具按钮，在出现十字光标后，按下【Tab】键，将弹出的矩形属性对话框中的边界属性【Border】设置为“Medium”，并单击OK按钮确认；将十字光标移至适当的位置，拖拽出适当大小的矩形框，单击鼠标左键确认，这样即可绘制出所需的LED数码管的外形。(3) 绘制LED元件上的“日”字 单击原理图元件库绘图工具栏中的画直线工具按钮，在出现十字光标后，按下【Tab】键，将弹出的直线属性对话框中的【Line】选项设置为“Medium”，并

27、单击OK按钮确认；设置完线型后，在工作平面上绘制出LED数码管上的“日”字。(4) 绘制LED元件上的小数点 执行菜单命令Place/Pie Charts，绘制小数点（其边界和内部填充色设定为黑色）。6. 放置元件引脚(1) 单击原理图元件库绘图工具栏中的画引脚工具按钮；(2) 在出现十字光标后，按下【Tab】键，将弹出的引脚属性对话框中的【Name】（名称）设置为“A”，【Number】（引脚号）设置为“1”，【Electrical】（电气属性）设置为“Passive”，并单击OK按钮确认；(3) 将十字光标移至适当的位置，并按空格键调整引脚方向，然后单击鼠标左键确认；(4) 重复步骤（3）

28、的操作，放置好所有引脚后，分别双击各引脚，在弹出的引脚属性对话框中设置其名称、引脚号、电气属性等，并单击OK按钮确认；【提示：】 设置元件引脚属性的具体说明在引脚属性对话框中，【Dot Symbol】、【Clk Symbol】和【Pin Length】分别表示负逻辑、时钟触发符号和引脚长度。若引脚名称为，则在【Name】中输入“RD”（即每个字符后加斜杠）。另外，由于电气栅格的约束，通常移动图件是以1格为单位，若要微移图件，则需修改引脚属性【X-Location】或【Y-Location】。 利用库元件绘制其他元件的具体方法在Protel 99SE系统元件库所提供的基本元件上进行修改，以得到要

29、绘制的新元件。具体操作为：首先，启动元件库编辑器并创建一个新的元件库文件（.lib）；其次，在元件编辑界面中执行菜单命令Tools/Find Component，查找到与所需绘制的新元件相似的库元件，然后选取编辑界面中的该库元件，并选择Edit/Copy菜单命令，复制该库元件；再次，将工作界面切换到新建的元件库（.lib）编辑界面后，选择Edit/Paste菜单命令，将相似的库元件调用到当前元件库，并单击按钮以取消该元件的选取状态；最后，在所调用的库元件上修改元件的引脚名称和序号，添加其余的引脚。7. 修改元件属性 单击浏览器窗口中的Description按钮或执行菜单命令Tools/Desc

30、ription，在弹出的元件文字栏编辑对话框中将【Default Designator】栏设置为“LED?”，【Description】栏设置为“LED”，然后单击OK按钮确认。8. 保存元件 执行菜单命令File/Save将新建的元件“LED”保存在当前的元件库文件“mylib.lib”中。上机练习题 试用Protel 99SE制作下列图中所示的库元件。 图3.2 变压器库元件 图3.3 运算放大器库元件 图3.4 计数器库元件 图3.5 运算单元库元件思考题(1) 简述剪切（Cut）命令和删除（Clear）命令的异同。(2) 如何在原理图中改变图件的层？(3) 原理图元件库浏览器中Plac

31、e按钮和Update Schematics按钮的作用是什么？实验4 Protel 99SE原理图设计的电路测试与报表输出实验目的(1) 掌握电气法则测试的方法；(2) 了解层次原理图的绘制方法；(3) 掌握原理图编辑器提供的各类报表（网络表、材料清单、元件参考信息表、引脚列表等）的功能以及由原理图生成各类报表的具体操作；上机准备(1) 复习打开原理图文件的基本方法；(2) 预习教材的第6章内容；实验要求试对实验2中绘制的单片机最小系统原理图进行电气法则测试，生成相应的测试报告（.ERC），同时由该原理图生成相应的网络表（.NET）、材料清单（.Bom）和引脚列表，并说明其作用。上机步骤1. 电

32、气法则测试(1) 打开所需的原理图文件；(2) 执行菜单命令Tools/ERC后，在弹出的电气法则测试对话框中设置相关的规则；(3) 单击“OK”按钮确认后，程序按设置的规则开始对原理图进行电气法则测试，完毕后自动生成图4.1所示的测试报告参见“MySch.ddb”设计数据库中的“Sheet1.ERC”文件；图4.1 电气法则测试结果2. 由原理图生成网络表(1) 打开所需的原理图文件；(2) 执行菜单命令Design/Create Netlist；(3) 在弹出的网络表生成对话框中，进行参数设置（Preferences）和操作设置（Trace Options）；(4) 设置完毕后，单击OK按

33、钮即可生成与原理图文件同名的网络表文件（.NET），如图4.2所示参见“MySch.ddb”设计数据库中的“Sheet1.NET”文件；图4.2 由原理图生成的网络表3. 由原理图生成元件列表（又称材料清单）(1) 打开所需的原理图文件；(2) 执行菜单命令Reports/Bill of Material；(3) 在弹出的材料清单生成向导中，选择生成清单的范围“Sheet”后，单击“Next”按钮；(4) 在弹出的设置清单内容对话框中，选择清单内容“Footprint”和“Description”后，单击“Next”按钮；(5) 在弹出的名称设置对话框中，定义材料清单中各列的名称（采用默认设置

34、）后，单击“Next”按钮；(6) 在弹出的文件格式对话框中，选择所需的文件格式“Protel Format”后，单击“Next”按钮；【提示：】 元件列表的文件格式元件列表的文件格式有三种：Protel Format、CSV Format和Client Spread Sheet，分别表示Protel格式（.Bom）、电子表格可调用格式（.CSV）和Protel 99表格格式（.XLS）。(7) 在弹出的确认对话框中，单击“Finish”按钮确认，系统产生相应的元件列表文件（.Bom），如图4.3所示参见“MySch.ddb”设计数据库中的“Sheet1.Bom”文件；图4.3 Protel

35、Format格式的元件列表4. 由原理图生成引脚列表(1) 打开所需的原理图文件；(2) 执行菜单Edit/Select中的命令，选择需要生成报表的元件引脚；(3) 执行菜单命令Reports/Selected Pins后，系统弹出元件引脚列表框；(4) 单击OK按钮退出该列表框，如图4.4所示；图4.4 元件引脚列表思考题(1) ERC的含义及作用是什么？如何执行ERC命令？(2) 什么是No ERC符号，它的作用是什么？怎样在原理图上放置No ERC符号？(3) 简述材料清单、网络元件引脚列表的作用。实验5 PCB印制电路板设计实验目的(1) 熟悉PCB放置工具栏中各按钮的功能，并掌握绘制

36、PCB图件（元件、焊盘、过孔、导线、注释文字、填充、圆弧、位置坐标、尺寸标注、坐标原点以及内部电源/接地层）的基本操作；(2) 掌握PCB编辑器浏览器的使用方法；(3) 掌握印制电路板制作的相关操作（准备电路图和网络表、设置参数、规划电路板、装载网络表和元件、元件布局、自动布线、手工调整、由PCB图生成网络表）；(4) 掌握PCB报表（引脚信息报表、电路板信息报表、零件清单报表等）的功能以及由PCB图生成各类报表的具体操作；(5) 了解创建PCB元件的基本方法；上机准备(1) 了解印制电路板的设计过程；(2) 复习启动印制电路板编辑器的基本方法；(3) 复习原理图的绘制以及相应网络表文件的生成

37、方法；(4) 预习教材的第813章内容；实验要求试用Protel 99SE将图5.1所示的电平转换电路原理图制作成一块单面印制电路板（.pcb），并生成相应的网络表文件（.NET）和电路板信息报表文件（.REP）。图5.1 电平转换电路原理图 其中，所需的PCB库元件分别属于Protel 99SE安装目录下的“LibraryPcbGeneric Footprints”文件夹中的“Advpcb.ddb”、“General IC.ddb”和“Miscellaneous.ddb”库文件。上机步骤1. 准备工作(1) 准备原理图和网络表按实验1所述的方法在设计数据库“MyPcb1.ddb”的“Docu

38、ments”文件夹中创建原理图文件“sheet1.sch”，同时启动原理图编辑器；按实验2所述的方法绘制图1所示的电平转换电路原理图；按实验4所述的方法由该原理图生成相应的网络表文件“”；(2) 启动印制电路板编辑器，并创建PCB文件 按实验1所述的方法在设计数据库“MyPcb1.ddb”的“Documents”文件夹中创建PCB文件“PCB1.pcb”，同时启动印制电路板编辑器。2. 设置参数(1) 设置电路板工作层面执行菜单命令Design/Options，系统弹出工作层面设置对话框“Document Options”；在层面设置标签页“Layers”中，选择需要打开的

39、层面；打开参数设置标签页“Options”，对格点间距（Grids）、电气栅格（Electrical Grid）、计量单位（Measurement）等选项进行设定；设置完毕后，单击OK按钮确认；【提示：】 设置电路板工作层面的具体说明执行菜单命令Design/Options后，系统弹出工作层面设置对话框“Document Options”。在“Layers”标签页中，选中【Keepout Layer】（禁止布线）层面，并将Visible Grid1和Visible Grid均设置为20mil；在“Options”标签页中，将Snap X和Snap Y均设置为10mil。执行菜单命令Design

40、/Mechanical Layers后，系统弹出设置机械层面对话框“Setup Mechanical Layers”。 在“Properties”标签页中，选中【Mechanical 1】层面。(2) 设置系统环境参数（采用默认设置）执行菜单命令Tools/Preferences；在系统弹出的参数设置对话框中设置颜色、信号完整性等环境参数；设置完毕后，单击OK按钮确认；3. 规划电路板(1) 规划电路板的物理边界设置当前的工作层面为【Mechanical 1】 单击工作窗口下方的“Mech1”标签即可将当前工作层面切换到【Mechanical 1】层面，并开始在该层面上确定电路板的物理边界。确

41、定电路板的下边界 按【PageUp】键，将工作区放大至合适的比例，再执行菜单命令Place/Keepout/Track，将十字光标移到坐标（0, 0）处，单击确定下边界的起点，然后拖动光标到坐标（2000, 0）处，再单击确定下边界的终点。双击绘制好的下边界，在弹出的“Track”属性对话框中设定线宽为10mil。确定电路板的其他边界 重复上述步骤，依次确定电路板的右边界、上边界和左边界，且电路板物理边界4个顶点的坐标分别为（0, 0）、（2000, 0）、（2000, 1500）、（0, 1500）。不同的是，在确定其他3条边界线的终点时，需要单击两次。绘制完毕后，单击鼠标右键退出Place

42、/Keepout/Track命令状态(2) 规划电路板的电气边界电路板电气边界的规划方法与物理边界完全相同，只是应将当前工作层面设置为禁止布线层（Keep Out Layer），并将电气边界和物理边界规划成相同大小且重合的封闭矩形区域。【注意：】电路板的物理边界、电气边界规划完毕后，应再将当前板层切换至【Mechanical 1】层。4. 装载网络表和元件(1) 装入PCB元件库在PCB浏览器窗口中“Browse”选项的下拉列表框中，选择Libraries选项；单击PCB浏览器中的Add/Remove按钮，系统弹出添加/删除元件库对话框；选中Protel 99SE安装目录下的“LibraryP

43、cbGeneric Footprints”文件夹中的3个库文件“Advpcb.ddb”、“General IC.ddb”和“Miscellaneous.ddb”后，单击Add按钮，则选中的库文件就会被添加到“Selected Files”选框中；添加完所需的元件库文件后，单击对话框中的OK按钮加以确认，这样即可将所选中的元件装入到PCB编辑器中；(2) 装入网络表和元件在PCB编辑器中执行菜单命令Design/Load Nets后，系统弹出装载网络表对话框；在“Netlist File”选项框中输入网络表文件名后，单击Execute按钮，系统即可开始装入网络表和元件，并将所有相关的元件放置在工

44、作区内；【提示：】 无法正确装载网络表的问题说明若在装载网络表之前，没有预先装入全部所需的正确元件库，或原理图中元件未给出相应的封装形式，从而造成网络表文件内容不全等原因。则在单击Execute按钮时，会出现一个提示对话框，表明生成网络宏时有错误，无法执行所有的网络宏，这时建议应在解决所存在的问题后再装载网络表。5. 元件的布局(1) 元件的自动布局在PCB编辑器中执行菜单命令Tools/ Auto Placement/Auto Placer，系统弹出元件自动布局对话框；在对话框中将元件自动布局的方式设置为统计布局方式（Statistical Placer）；将统计布局参数中的电源网络名称（P

45、ower Nets）和接地网络名称（Ground Nets）分别设定为“VCC”和“GND”，其余参数按系统默认值设置；设置好参数后，单击OK按钮即可开始元件的自动布局；自动布局结束后，系统弹出提示用户自动布局结束的对话框，单击OK按钮确认；关闭元件自动布局窗口，此时系统会弹出提示用户是否更新PCB设计数据的对话框；单击是（Y）按钮确认后，系统回到原来的PCB工作窗口此时元件已自动分布在电路板的电气边界内，如图5.2所示参见“MyPcb1.ddb”设计数据库中的“auto-placing.pcb”文件；图5.2 元件自动布局后的PCB图【注意：】即使是针对同一个电路，程序每次执行元件自动布局的

46、结果都是不同的，用户可选择其中较为满意的结果作为下一步（即手工调整）操作的起点。(2) 元件布局的手工调整1) 调整元件设定栅格的间距和光标移动的单位距离执行菜单命令Design/Options，在弹出的“Document Options”对话框中选择“Options”选项卡后，设定其中的各项参数如图5.3所示，再单击OK按钮确认即可。图5.3 “Options”选项卡将元件E4移动到一个新的位置旋转元件E4，调整其放置方向重复步骤2和步骤3，对其他元件的位置和方向进行必要的调整 对元件的手工调整（元件的排列、移动和旋转等），其操作方式与原理图编辑器中的元件操作完全相同。调整好元件布局后，将各

47、元件的管脚移动到栅格上 执行菜单命令Tools/Interactive Placement/Move To Grid，在随后出现的对话框中输入格点间距为20mil，然后单击OK按钮确认即可。2) 调整元件标注双击要编辑的元件标注，如电容E4的序号“E4”；在随后出现的设置文字标注对话框中编辑元件的文字标注的各属性，如图5.4所示；图5.4 设置文字标注属性对话框对元件标注的位置、放置方向和属性进行相应的调整和编辑后，其结果如图5.5所示参见“MyPcb1.ddb”设计数据库中的“placement.pcb”文件；图5.5 手工调整元件布局后的PCB图16. 印制电路板的布线(1) 自动布线1)

48、 布线规则的设置（采用默认设置）在PCB编辑器中执行菜单命令Design/Rules；在系统弹出的设计规则对话框中，对布线层面、走线宽度、过孔孔径类型、尺寸等各项参数和规则进行设置；设置完毕后，单击Close按钮确认；2) 自动布线器参数的设置执行菜单命令Auto Route/Setup，进入如图5.6所示的自动布线器设置对话框Autorouter Setup；选中“Memory”（内存模式的布线策略）选项和“Add Testpoints”选项，并在布线格点（Routing Grid）选项中将格点值设为20.0000mil；设置完毕后，单击OK按钮确认；图5.6 自动布线器设置对话框3) 电路

49、板的全局布线执行菜单命令Auto Route/All，在系统弹出的如图5.6所示的自动布线器设置对话框中，单击Route All按钮，程序即开始对所有网络自动布线；自动布线完成后，系统将给出如图5.7所示的自动布线的布通百分比、所有连接线数、未布线的连接线、及布线所用的时间等提示信息；单击OK按钮，则在PCB编辑界面上显示布线结果，如图5.8所示参见“MyPcb1.ddb”设计数据库中的“auto-routing.pcb”文件；【注意：】即使对于同一电路板来说，尽管采用相同的设计规则，但自动布线的结果也可能不尽相同。图5.7 布线完成的系统提示对话框布线期间，可采用菜单Auto Route中与

50、自动布线有关的其他命令来控制布线进程，这些命令分别为：【Stop】：终止自动布线；【Pause】：暂停自动布线；【Restart】：重新开始自动布线，该命令与【Pause】命令配合使用；图5.8 全局自动布线后的PCB图(2) 布线的手工调整1) 调整布线 由图5.8可见，有些走线拐弯太多或是拐直角弯，例如元件U1第16引脚、E3第2引脚和E4第1引脚之间的走线，这可能会产生干扰信号而对电路造成不良影响，且影响美观，因此需要进行调整。调整布线的具体操作步骤如下：拆除原有布线执行菜单命令Tools/Un-Route/Connection，将十字光标移到所要拆除的导线上，单击即可将该导线拆除。手工

51、布线执行菜单命令Place/Interactive Routing，然后手工将U1、E3和E4三个元件的引脚连接起来。2) 增加信号输入/输出接口与原理图相比，可见图5.8所示的PCB图中缺少信号的输入/输出接口，因此需要增加这些接口。增加信号输入/输出接口的具体操作步骤如下：切换工作层面单击工作窗口下方的“Bottom Layer”标签，将当前工作层面切换到底层。放置元件执行菜单命令Place/Component，在随后出现的放置元件对话框中设定元件封装形式（Footprint）为“SIP2”、序号（Designator）为“P1”、注释（Comment）为“IN”后，单击OK按钮确认，然后

52、将该信号输入接口放置在PCB板的适当位置上；按同样的方法放置一个信号输出接口，其封装形式（Footprint）为“SIP2”、序号（Designator）为“P2”、注释（Comment）为“OUT”；最后，单击Cancel按钮结束元件的放置。调整元件位置及标注设置元件焊盘的网络双击元件P2第1引脚所在的焊盘，在弹出的焊盘属性对话框的“Advanced”选项卡中，将该焊盘所在的网络设置为“GND”后，单击OK按钮确认即可；按同样的方法将元件P2第2引脚的网络设置为“NETU1_12”，元件P1第1、2引脚的网络分别设置为“GND”和“NETU1_13”。手工布线执行菜单命令Place/ Int

53、eractive Routing，然后手工将输入/输出接口的各引脚与其他元件的相应引脚相连。3) 加宽电源/接地线为了提高电路的抗干扰能力，增强系统的可靠性，尤其是对于一些电流较大的线路，必须减少导线电阻，往往需要将电源/接地线加宽。一般至少要将电源/接地线宽度增加到普通信号线宽度的3倍以上。加宽电源/接地线的具体操作步骤如下：将光标移动到电源线或地线上，双击鼠标；在弹出的导线属性对话框中将线宽（Width）重新设定为“30mil”，然后单击Global按钮进入整体修改对话框，将【Attributes To Match By】功能区中的“Net”选项卡设为“Same”，在【Copy Attri

54、butes】选中“Width”选项卡，最后单击OK按钮即可。4) 添加注释文字 给PCB图添加一些注释文字，其具体操作步骤如下：执行菜单命令Place/String，光标变成十字形状并带着一个字符串出现在工作平面上；按【Tab】键，在出现的字符串对话框中将字符串内容（Text）设为“RS232-TTL”，所处工作层面（Layer）设为“Top Overlay”，其他属性采用缺省设置，并单击OK按钮确认；将光标移动到工作层面的适当位置，单击将该字符串放置在当前位置； 经电路板的布线手工调整后，最终的PCB结果如图5.9所示参见“MyPcb1.ddb”设计数据库中的“final.pcb”文件。图5.9 手工调整布线后的PCB图7. 布线规则检查（DRC）报表(1) 打开图5.9所示的PCB图；(2) 在PC