《电路原理图及印刷电路板设计技术》课件第2章

第2章Protel2004快速入门2.1电路原理图设计环境2.2简单电路原理图的设计2.1电路原理图设计环境

2.1.1电路原理图编辑器的启动

进入如图1-8所示的主窗口，并加“使用许可证”后，进入如图2-1所示的图形界面。选择“Files”面板下“新建”栏中的“SchematicSheet”项，或执行菜单命令“文件/创建/原理图”进入如图2-2所示的电路原理图编辑器界面。图2-1DXP主页面图2-2电路原理图编辑器界面2.1.2电路原理图编辑器的界面

1．菜单栏

电路原理图编辑器界面中，菜单栏中有10个菜单项，它们的主要用途如下。

“文件(F)”菜单：主要用于文件的打开、关闭、保存或打印等操作。

“编辑(E)”菜单：主要用于对象的选取、复制、粘贴与查找等编辑操作。

“查看(V)”菜单：主要用于对视图的各种管理等操作。

“项目管理(C)”菜单：主要用于设置与项目有关的各种操作。

“放置(P)”菜单：主要用于放置各种元件及完成各种电气特性的连接等操作。

“设计(D)”菜单：主要用于添加/删除元件库、生成网络报表及完成与层次原理图有关的各种操作。

“工具(T)”菜单：主要用于为原理图的设计提供各种工具，如元件的快速定位、原理图注释的添加以及与元件库的同步更新等操作。

“报告(R)”菜单：主要用于生成原理图的各种相关报表等操作。

“视窗(W)”菜单：主要用于对窗口的各种操作。

“帮助(H)”菜单：主要用于生成帮助文件的操作。

2．工具栏

“原理图标准”选项：用于控制原理图标准工具栏的打开与关闭。

“混合仿真”选项：用于混合信号仿真工具打开与关闭。

“格式化”选项：用于控制格式化工具的打开与关闭。

“实用工具”选项：用于控制实用工具的打开与关闭。

“配线”选项：用于放置电气元件工具的打开与关闭。

“导航”选项：用于导航工具的打开与关闭。

“Customize…”选项：用户自定义设置。2.1.3电路原理图设计步骤

电路原理图的设计分为如下几个步骤。

(1)创建原理图设计文档。启动Protel2004之后，首先要创建一个设计数据库，然后在这个数据库中或者在它的某个文件夹内再建立一个电路原理图设计文档。

(2)启动电路原理图编辑器。在设计工作区的文档浏览窗口中，用鼠标双击新建立的电路图文档图标，便可启动电路图编辑器，进入电路原理图设计环境。

(3)设置原理图编辑环境。根据原理图的要求，确定图纸的大小和方向；再根据个人的爱好和习惯，调整窗口布局，选择光标形式、网格大小并设置环境参数等，从而营造一个个性化的工作环境。

(4)加载电路图元件库。为了在图纸上放置元件，必须首先打开电路图元件库。当然，设计者必须知道电路图上包含哪些元件，这些元件存放在哪个元件库以及它们在元件库中的图形样本名，即元件名称。

(5)元件放置与调整。根据电路图的构思，在图纸上放置各种元件，为每个元件安排一个序号。必要时，还要进行删除、修改、移位等基本的编辑操作。

(6)其他电路部件的放置与互连。在图纸上除了放置各种元件以外，还要放置电路端口、电源、总线、总线引入线等其他各种电路部件，最后用导线(或者放置网络标号)将各个电路部件加以物理连接或构成逻辑连接。

(7)整体编辑和完善。对初步绘制完成的电路原理图进行修改、调整，必要时还可以在图纸上绘制一些图形元素，以增加电路原理图的可读性。

(8)输出各种报表。依据绘制好的电路图，产生并输出各种报表，如网络表、电路原理图器材清单、设计工程层次结构表、元件交叉参考报告、网络比较表等。

(9)设计结果的保存与输出。电路原理图设计的最后一步是，将设计结果存盘，必要时还可以将电路图打印输出。2.1.4印刷电路板设计步骤

1．设计电路原理图

设计电路原理图，是设计印刷电路板的第一步。只有依据正确的电路原理图，才能设计出正确的PCB(印刷电路板)图。用电路设计软件进行电路原理图设计的最大优点是修改方便。现在，电路板设计软件很多，均可使用。当然，用配套的软件进行电路原理图设计和PCB设计，往往会有许多方便之处。电路原理图设计要经过反复核对、修改，才能确保设计出的电路原理图正确无误。

2．生成网络表

网络表中包含有元件描述和电连接关系的描述，是PCB设计软件与原理图设计软件的接口。网络表文件可以由CAD软件根据电路原理图自动生成，也可以用文字编辑软件进行编辑。由于一般的电路原理图比网络表文件直观、易读且修改方便，因而在实际工作时，绝大多数的网络表是用CAD软件自动生成的。当电路原理图和PCB设计均在Protel2004环境下进行时，可以不需要生成网络表，直接从电路原理图设计进入到PCB设计，并且可以用同步设计的方法，使得电路原理图设计与PCB设计具有相同的电连接关系。

3．启动并设置PCB设计软件

第一次进入PCB设计软件(环境)，了解并设置其工作环境是很重要的。通过设置工作环境，可以将元件布局参数、布线参数、板层参数、界面等设置成个人习惯(喜爱)和需要的方式。以后再启动PCB设计软件时，只需要作必要的参数修改即可。Protel2004设计软件可以设置成“保存环境参数作为默认参数”的方式，这样，修改后的环境设置参数在下次启动时依然有效。

4．布局

布局就是将组件放在合适的位置进行布线。布局是印刷电路板设计的一个非常重要的环节。布局的好坏，不仅影响布通率，甚至会影响电路板的性能。

对于布局，首先应该有一个大致的规划。比如：电路板做多少层，板子大致多大及大致的形状，接插件的位置等，这些都在一定程度上影响着布局的效果。布局可以由手工进行，也可以由计算机自动进行。

手工布局时，要想高效率地布好局，首先要根据自己对电路板尺寸、形状、接插件位置、电路原理以及布板的某些特殊要求等已经知道的约束条件，在纸上作一个粗略的布局，再在计算机上进行精确的布局。利用网络表，由CAD软件自动地装入元器件封装图形之后，用CAD软件也可以进行自动布局。自动布局结束后，可以通过手工再对布局作一些调整。

复杂电路的布局往往需要反复修改，甚至有可能在布线快结束时由于某些问题，还需要再次修改布局。布局是电路板设计中很费精力的事情，要认真、耐心地对待。

5．布线

布线就是在PCB设计图上通过放置线条来实现元器件引脚间的电连接，以完成电路设计所预定的功能，这是PCB设计的另一项重要任务。布线的好坏，有时也会对电路性能产生明显的影响。放置线条的工作由手工完成，则称为手工布线；由计算机完成，则称为自动布线。手工布线效率低，但所布线条的形状、走向等完全受控。

Protel2004设计工具中的自动布线工具引入了包括神经网络在内的先进技术，若善于利用，将会收到事半功倍的

效果。

6．设计规则校验

设计规则校验(DesignRuleCheck，DRC)是由计算机按照网络表及设计参数对PCB进行的自动校验检查。通过了DRC校验的PCB设计图，原则上就可以制作电路板了；没有通过DRC校验的PCB设计图，需要通过分析校验结果来决定是修改电路板设计还是去制板。由计算机进行的DRC校验，代替了人工检查PCB设计，可为PCB设计把关，一定要善于使用。在Protel2004设计软件中进行的DRC校验不仅可以生成校验报告，而且可以在PCB设计图上将未校验通过的地方标示出来，使修改更直观、方便。

7．输出调整(字符)

在PCB布局时，随组件放置在PCB设计图上的元件描述字符往往交叉叠套在一起。如果不经调整就去制作电路板，制作出的电路板上的字符就有可能分辨不清，丧失了字符层的意义。要发挥字符层的意义，就要在PCB设计的大部分工作结束后，通过移动字符串的操作，将字符串移到合适的位置，以合适的方向放置，并且将字符的大小调整到合适的

尺寸。

8．存储与输出PCB图

无论在何时退出PCB编辑软件，均应将有价值的编辑结果保存起来。

通过了DRC校验的PCB设计，就可以进行输出制板了。输出的方式有3种：打印机、绘图仪和光学绘图机。在输出方式的选择上，要结合电路板生产厂家的设备和工艺情况。

一般情况下，打印机和绘图仪输出的是黑白图，厂家要用工业照相机翻拍成胶片之后才能用来制作线路板，因而要输出4∶l或2∶1的图纸。光学绘图机则接受磁盘文件，可以直接将PCB设计输出在透明底片上。

2.2简单电路原理图的设计

2.2.1设计前的准备工作

图2-3是一个三端固定集成正稳压电路原理图，以这个电路原理图为例，介绍电路原理图的设计过程。图2-3三端固定集成正稳压电路在设计前应该做些什么准备呢？我们有了电路原理图以后，为了使设计工作做得有条不紊，首先必须将电路图中的所有元件的名称、拟采用的编号和元件类型加以整理，以方便后续的设计工作。接下来就是打开软件，根据电路原理图的大小，设置设计图纸尺寸。

1．电路原理图的整理

我们将图2-3所示的电路原理图中的元件整理成表，如表2-1所示。

2．设置设计图纸尺寸

打开Protel2004，新建原理图，选择“设计/文档选项”

菜单命令，或在键盘上输入“DO”，出现如图2-4所示的图形界面。图2-4“文档选项”对话框

1)“图纸选项”选项卡

(1)“标准风格”：默认的图纸尺寸为A4。点击“标准风格”下拉列表框的下拉按钮，可选择公制图纸尺寸A0(最大)、A1、A2、A3、A4(最小)，或英制图纸尺寸A(最小)、B、C、D、E(最大)，还可选择orcad图纸orcadA、orcadB、orcadC、orcadD、orcadE以及其他图纸Letter、Legal、Tabloid。

(2)“自定义风格”：如果用户有自己的特殊要求，可以点击“使用自定义风格”项。在“使用自定义风格”项中，各项意义如下。

a.自定义宽度：表示自定义图纸宽度，最大宽度为6500个单位。

b.自定义高度：表示自定义图纸高度，最大高度为6500个单位。

c. X区域数：表示水平方向参考边框等分数。

d. Y区域数：表示垂直方向参考边框等分数。

e.边沿宽度：表示图纸边框的宽度。

(3)“选项”：选项中各项意义如下。

a.方向：方向下拉列表框中有Landscape和Portrait两项。

Landscape：表示图纸为水平方向摆放。

Portrait：表示图纸为垂直方向摆放。

b.图纸明细表：如果选择这一项，则可使标题栏出现在图纸上。其下拉列表框中有Standard和ANSI两项。

Standard：代表标准型标题栏。

ANSI：代表美国国家标准协会模式标题栏。

c.显示参考区：选中这一项后，可以在图纸上显示参考边框。

d.显示边界：选中这一项后，可以在图纸上显示图纸

边框。

e.显示模板图形：选中这一项后，图纸设置可以显示模板图形。

f.边缘色：用于设置图纸的边框颜色。

g.图纸颜色：用于设置图纸的颜色。

(4)“网格”：选项中各项意义如下。

a.捕获(或锁定网格)：用于设置光标位移的步长。如果设定为10，则光标在移动时以10个长度单位为基础移动。

b.可视：用于设置图纸上实际的网格。

(5)“电气网格”：选项中各项意义如下。

a.有效：用于设置系统是否自动寻找电气节点，如果选中，系统则自动以箭头鼠标指针为圆心，以“网格范围”中的数字单位为半径，自动向四周搜索电气节点。

b.网格范围：用于设置电气节点的半径。

2)“参数”选项卡

用于添加说明信息，如作者名(Author)、当前日期(CurrentDate)、文档名称(DocumentName)等。

3)“单位”选项卡

用于设置电路原理图的单位。电路原理图的设计单位有“公制”和“英制”之分。“公制”的单位为“毫米(mm)”，“英制”的单位为“米尔(mil)”。一般情况下，用英制单位“米尔(mil)”。

我们了解以上基本知识后，将图纸设为A4，其他信息按图2-4所示进行设置。2.2.2加载电路原理图元件库

要进行电路原理图的设计，首先必须加载必要的原理图元件库文件。原理图的库文件加载方法如下。

选择“设计/浏览元件库”菜单，出现如图2-5所示的图形界面。

点击图2-5中“元件库”按钮，出现如图2-6所示的图形界面。还可通过选择“设计/追加/删除元件库”菜单，进入该图形界面。在图2-6所示的界面中，可以看到3个选项卡。图2-5“元件库”界面

图2-6“可用元件库”界面

(1)“项目”选项卡：显示当前项目的SCH元件库。

(2)“安装”选项卡：显示已经安装的SCH元件库。一般情况下，如果要装载外部的元件库，则在该选项卡中实现。

(3)“查找路径”选项卡：显示搜索的路径，即如果当前安装的元件库中没有需要的封装元件，可以按照搜索的路径对元件进行搜索。在图2-6中，选择“向上移动(U)”或“向下移动(D)”按钮，则可以将在列表中的元件库上移或下移。如果选中表中某一个元件库，单击“删除(R)”按钮，则可将该元件库移出。如果要添加一个新的元件库，单击“安装(I)”按钮，出现如图

2-7所示图形界面。从这个界面中，用户可以选择自己需要的元件库。如果要设计FPGA原理图，则可选择Xilinx-II.Intlib元件库，然后点击“关闭(C)”按钮即可。

Protel公司已经将各大半导体公司的常用元件分类做成了专用的元件库，只要装载所需元件的生产公司的元件库，就可以从中选择自己所需要的元件。其中有两个常用的元件库：Sim元件库，包括了一般电路仿真所需要的元件；PLD元件库，主要包括逻辑元件设计所需要用到的元件。图2-7打开元件库2.2.3电路原理图元件的查找

在图2-5所示的图形界面中，按下“查找…”(或“Search”)或点击“工具/查找元件”菜单，出现如图2-8所示的图形界面。图2-8“元件库查找”对话框在图2-8所示的图形界面中，将所要查找的元件填入对话框的空行中，例如在图2-8中填入要查找的电路元件为“NPN”。在“范围”各选项中分别选择“可用元件库”选项或“路径中的库”选项，然后点击“查找(S)”按钮，系统开始对用户所需要的元件进行查找。查找完成后的图形界面如图2-9所示。图2-9查找NPN元件2.2.4电路原理图元件的放置

电路原理图元件的放置可以按以下三个途径进行。

(1)若在图2-9所示的图形界面中可以查找到或浏览到的元件，单击右上角的“Place”按钮，元件即可放置到原理图图纸上。

(2)选择“放置/元件”菜单项，出现如图2-10所示图形界面。在图2-10中，“库参考(L)”对话框中填入原理图元件名称；“标识符(D)”对话框中填入元件编号；“注释(C)”对话框中填入元件规格型号；“封装(F)”则为元件在印刷电路板中的引脚封装形式，一般系统自动给出，如果系统不能自动给出，则需人工填入。将以上对话框填好后，按下“确认”按钮即可将所要放置的元件放置到原理图图纸上。图2-10“放置元件”对话框

(3)使用“实用工具”栏放置元件。实用工具栏为用户提供了常用规格的电阻、电容、与非门、寄存器等常用的元件，如图2-11所示。图2-11实用工具下面以图2-3中的电解电容器C1为例，说明电路原理图元件的具体放置方法。

选择“放置/元件”菜单，出现如图2-10所示的“放置元件”对话框。在“库参考(L)”选项框中输入“CapPol2”，“标识符(D)”选项框中将“C？”改为“C1”，“注释(C)”选项框可暂不输入，“封装(F)”选项框中系统自动生成“POLAR0.8”。设置好的电解电容器C1的信息如图2-12所示。单击“确认”按钮，此时电解电容元件C1悬浮在十字光标上，并随着光标的移动而移动。图2-12“放置元件”对话框在元件尚未定位的情况下，每按一次空格键可使元件逆时针旋转90°；如果按下X键或Y键，那么该元件将分别在水平或垂直方向上翻转一次。

此时，按下Tab键，则可弹出“元件属性”对话框。除了可重新修改元件的编号或其他属性以外，还可以在“注释”栏或“ParametersforC1.capPol2”中的“value”选项框中输入电解电容的值3300 mF/50 V，但必须关掉其中一个的“可视”项，如图2-13所示。在图2-13中，关掉了“注释”栏中的可视项，选择了“ParametersforC1.capPol2”中的“value”选项框输入电解电容的值3300 mF/50 V。图2-13“元件属性”对话框按下“确认”按钮，则将电解电容器C1放在了图纸上适当的位置。按下鼠标右键或按下Esc键，再次弹出“放置元件”对话框，以便再次进行放置元件的操作。按照以上的操作步骤，可以将表2-1中的所有元件逐个放置在原理图图纸上，如图2-14所示。图2-14放置在图纸上的所有元件2.2.5电路部件的相互连接及节点放置

电路部件的相互连接，是靠在图纸上放置导线或网络标号完成的。而在导线与导线的“T”形交叉处是否自动出现连接节点，则是设计者应当注意的问题。

1．在图纸上放置导线

(1)执行菜单命令“放置(P)/导线(W)”，将光标移向要连线的起点。若起点附近有电气部件的连接点，就会在光标和该连接点处出现一个大圆点，单击左键确定连线的一端。

(2)移动鼠标到另一个拟连接的电气节点附近，光标便会被吸引过去并在该点产生一个大圆点。此时每按下“Shift+ 空格键”一次，连线的模式便会变化一次。连线模式显示在状态栏上，其中AnyAngle表示任意角度即两点直接相连；Autowire表示自动决定连线方式；90°Start表示在起点处转弯90°后相连；90°End表示在终点处转弯90°后相连；45°Start表示在起点处转弯45°后相连；45°End表示在终点处转弯45°后相连。对于前两种模式，只要在终点单击一次，即可完成连线；但对于后四种模式，由于连线产生转弯，因此在终点处必须单击两次，才能完成连线。

(3)第一段连线完成后，可继续移动鼠标以便将终点与其他点相连。但是如果需要重新开始绘制另外一条独立连线，则应先按Esc键或单击右键，此时系统仍处于连线命令状态。

(4)重复以上第(2)、(3)步,完成所有电气部件之间的连接。

2．关于放置节点的说明

在进行电气部件连接的过程中，当两条连线构成“T”形交叉点时，按照环境参数设置的不同，将有以下两种可能的情况。

(1)在“T”形交叉点不加入电气节点：在这种情况下，就需要在应该相连接的交叉点上人工放置节点。放置节点的方法是：首先执行菜单命令“放置(P)\手工放置节点(J)”，然后将十字光标移到“T”形交叉点并