专    业:    电子信息科学与技术

班    级:      电科       

学    号:            

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内 容 摘 要

《电子线路CAD Protel》是一门实践性要求很高的课程，学生需要通过上机实习和设计环节巩固所学知识，进而综合运用所学知识针对不同的用户需求设计开发，实践是非常重要的教学环节。鉴于目前的设备及我国CAD软件的流通性，本课程以PROTEL软件为主体，介绍其基础知识、设计流程及设计方法等问题。学完本课程应使学生掌握原理图及印刷电路板图的编辑、输出、网表生成、检查、分析及建立新原理图、印刷电路板图库等。通过实习学生可以实现电路原理图和印刷电路板的设计,为今后在工作中的实际应用打下较为坚实的基础。

    本篇课程设计主要以学习为目的。主要通过对Z80存储器板卡的原理图、PCB电路板的绘制达到学习Protel电子CAD的目的，让我们对电子线路CAD Protel 有感性的认识，然后通过上机操作、实践，加深、理解设计原理,掌握Protel的设计技术：了解并掌握用protel软件绘制简单电路图; 掌握用protel软件设计库元件; 掌握一般电子线路PCB图设计。

一、封面……………………………………………………………1

二、内容摘要………………………………………………………2

三、目录……………………………………………………………3

四、原理图设计……………………………………………………4

五、功能描述………………………………………………………5

六、PCB板的绘制…………………………………………………6

七、设计中遇到的问题……………………………………………9

八、参考文献………………………………………………………10

四、原理图设计 

4.1、原理图设计步骤：

（1）进入Protel99 SE，创建一个数据库，选择菜单File/New命令，双击框中原理图服务器（Schematic Document）图标，建立原理图设计文档，进入原理图设计界面。

（2）在设计管理器中选择Browse SCH页面，在Browse区域中的下拉框中选择Library，然后单击ADD/Remove按钮，在弹出的窗口中寻找Protel99 SE子目录，在该目录中选择Library＼SCH路径，在元件库列表中选择所需的元件库，Miscellaneous Devices Ddb，Protel Dos库等，单击ADD按钮，即把元件库增加到元件库管理器中。

（3）根据实际电路的需要，到元件库中找出所需的元件，然后用元件管理器的Place按钮将元件放置在工作平面上，按Space旋转元件位置，再用电器线将个元件连接好同时对元件进行编号、封装和设定。

（4）选择菜单Tool/REC对画好的电路原理图进行电气规则检查。如果有错误，根据错误情况进行改正。

4.2、原理图如下：

五、功能描述

主要功能：

1、白天，数码管循环显示012345。报警不起作用。

2、晚上，数码管熄灭不显示。报警起作用。

3、晚上，如果晃动一下作品或者遮挡一下红外线，立即发出5秒的报警声。再触发则再报警。

电路分析：

电路上电，白天光敏电阻阻值小，U1C正向端电位高，输出为“1”,Q4导通，U3A得电工作，绿灯闪烁，产生脉冲到CD4017,于是数码管开始工作，显示“H4017H4017……”。由于U1C输出为“1”,所以Q3也导通，U3的4脚为“0”3脚输出也为“0”所以

音乐芯片不工作。

    晚上，光敏电阻阻值大，UIC正向端电位低，输出为“0”,Q4截止，数码管不显示。

     U3是由555组成的单稳态电路，平时2脚保持高电平，当抖动一下时，水银开关接通，U1B由原来输出“1”变为“0”,当UIB的7脚为“0”时，2脚变为“0”，3脚输出5秒高电平，Q4导通5秒，在5秒内，数码管循环显示“H4017”,音乐芯片得电报警5秒。   

　　若挡住红外对射，红外接收端电流变小，UIA反向端电位变高，输出“0”,于是2脚也为“0”，3脚输出5秒高电平，Q4导通5秒，在5秒内，数码管循环显示“H4017”,音乐芯片得电报警5秒。

六、PCB板的绘制

利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表。当然，有些特殊情况下，如电路板比较简单，已经有了网络表等情况下也可以不进行原理图的设计，直接进入PCB设计系统，在PCB设计系统中，可以直接取用零件封装，人工生成网络表。 

手工更改网络表 将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上，没任何物理连接的可定义到地或保护地等。将一些原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致，特别是二、三极管等。

6.1、PCB板的绘制一般步骤：

   （1）选择菜单File/New命令，双击框中PCB设计服务器（PCB Document）图标，建立PCB设计文档，进入PCB设计界面。

（2）选择菜单Design/Add/Remove Library，在“添加/删除元件库” 对话框中选取所有元件所对应的元件封装库，PCB Footprint。

（3）布线规则是设置布线的各个规范：通过Design—Rules进行设置安全间距、走线层面和方向、过孔形状、走线线宽等a.双面板制作b.VCC和GND线宽为30mil,c.其它走线宽度为15mil。d.过孔为外径30mil，内径为25mil

（4）选择菜单Design/Load Nets，然后在弹出的窗口中单击Browse按钮，再在弹出的窗口中选择电路原理图设计生成的网络表.net文件，如果没有错误，单击Execute，也可在Sch原理图菜单Design—Update Pcb进行，如果出现错误提示，必须更改错误。

（5）调整元件封装，合理布局。Protel99 SE既可以进行自动布线也可以进行手工布线，但是一般要手工布线，那样才能符合特定要求以及避免一些电器规则出错

（6）最后做一次电器规则检查Tools工具—DEC 如果有错误则必须更改好，直到最终的PCB板完整做好。

6.2、PCB板的绘制基本规则

（1） 零件布局

布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。零件布局应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。先布置与机械尺寸有关的器件，并锁定这些器件，然后是大的占位置的器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。对于大板子，应在中间多加固定螺丝孔。若板上有重的器件或较大的接插件等受力器件，边上也应加固定螺丝孔。同时注意将过小的焊盘过孔改大，将所有固定螺丝孔焊盘的网络定义到地或保护地等。放好后用VIEW3D功能察看一下实际效果。

（2） 布线规则设置

布线规则是设置布线的各个规范（使用层面、各组线宽、过孔间距、布线的拓朴结构等部分规则，可通过Design-Rules的Menu 处从其它板导出后，再导入这块板），这个步骤不必每次都要设置，按个人的习惯，设定一次就可以。

①安全间距(Routing标签的Clearance Constraint) 。它规定了板上不同网络的走线、焊盘、过孔等之间必须保持的距离。一般板子可设为0.254mm，较空的板子可设为0.3mm，较密的贴片板子可设为0.2~0.22mm，极少数印板加工厂家的生产能力在0.1~0.15mm（须征得他们同意），而0.1mm 以下是绝对禁止的。

②走线层面和方向（Routing标签的Routing Layers）。此处可设置使用的走线层和每层的主要走线方向。请注意贴片的单面板只用顶层，直插型的单面板只用底层，但是多层板的电源层不是在这里设置的（可以Design-LayerStack Manager中，点顶层或底层后，用AddPlane添加，鼠标左键双击后设置，点中本层后用Delete删除），机械层也不是在这里设置的（可以在Design-Mechanical Layer 中选择所要用到的机械层，并选择是否可视和是否同时在单层显示模式下显示）。

③过孔形状（Routing标签的Routing Via Style）。它规定了手工和自动布线时自动产生的过孔的内、外径，均分为最小、最大和首选值，其中首选值是最重要的。很显然，设计者总是希望过孔越小越好，这样板上可以留有更多的布线空间，但过孔的尺寸不可能无的减小，它受到钻孔(drill)和电镀（plating）等工艺技术的。当孔的深度超过钻孔直径的6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如，现在正常的一块6层PCB板的厚度（ 通孔深度） 为50Mil左右，所以PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。

④走线线宽（Routing标签的WidthConstraint）。它规定了手工和自动布线时走线的宽度。整个板范围的首选项一般取0.2~0.6mm，另添加一些网络或网络组（NetClass）的线宽设置，如地线、+5伏电源线、交流电源输入线、功率输出线和电源组等。网络组可以事先在Design-Netlist Manager中定义好，地线一般可选1mm宽度，各种电源线一般可选0.5~1mm宽度，印板上线宽和电流的关系大约是每毫米线宽允许通过1安培的电流，具体可参看有关资料。

敷铜连接形状的设置（Manufacturing标签的Polygon Connect Style）。建议用Relief Connect 方式，导线宽度Conductor Width 取0.3~0.5mm，4 根导线45 或90度。其余各项用它原先的缺省值。

（3） 自动布线和手工调整

①点击菜单命令Auto Route/Setup对自动布线功能进行设置。选中除了Add Testpoints以外的所有项，特别是选中其中的Lock All Pre-Route 选项，Routing Grid 可选1mil。此值越小板越容易100%布通，但布线难度和所花时间越大。

②点击菜单命令AutoRoute/All 开始自动布线。假如不能完全布通则可手工继续完成或UNDO 一次（千万不要用撤消全部布线功能，它会删除所有的预布线和自由焊盘、过孔）后调整一下布局或布线规则，再重新布线。完成后做一次DRC，有错则改正。

③对布线进行手工初步调整。需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗，某几根绕得太多的线重布一下，消除部分不必要的过孔，再次用VIEW3D功能察看实际效果。手工调整中可选Tools-Density Map查看布线密度，红色为最密，黄色次之，绿色为较松，看完后可按键盘上的End 键刷新屏幕。红色部分一般应将走线调整得松一些，直到变成黄色或绿色。

④切换到单层显示模式下。将每个布线层的线拉整齐和美观。手工调整时应经常做DRC，因为有时候有些线会断开而你可能会从它断开处走上好几根线，快完成时可将每个布线层单独打印出来，以方便改线时参考，其间也要经常用3D显示和密度图功能查看。

（4） 检查标注、注释等

字符尽量不要放在元件下面或过孔焊盘上面。对于过大的字符可适当缩小。最后再放上印板名称、设计版本号、公司名称、文件首次加工日期、印板文件名、文件加工编号等信息。并可用第三方提供的程序来加上图形和中文注释如BMP2PCB.EXE和宏势公司ROTEL99和PROTEL99SE 专用PCB 汉字输入程序包中的FONT.EXE等。

（5） 放置覆铜区

将设计规则里的安全间距暂时改为0.5~1mm 并清除错误标记，选Place-PolygonPlane 在各布线层放置地线网络的覆铜（尽量用八角形，而不是用圆弧来包裹焊盘）。设置完成后，画出需覆铜区域的边框，最后一条边可不画，直接按鼠标右键就可开始覆铜。电路频率较高时可选GridSize 比Track Width 大，覆出网格线。完成后，将设计规则里的安全间距改回原值。

（6） 最后DRC检查

选择其中Clearance Constraints Max/Min　WidthConstraintsShort Circuit Constraints 和Un-Routed Nets　Constraints这几项，按Run DRC钮，有错则改正。

6.3、PCB板图

七、设计中遇到的问题

此次电子线路CAD对于我们算是很好的一次实习。平日上课虽然认真听讲 在老师自己动手，我们在下面看幻灯片，想想是很简单的，但实际做起来，对于我来说又是从零开始，没有实践经验及一些设计规格，最大的障碍就是Protel 99软件内的英语单词不认识，只能利用Protel 99中做PCB板向导，做好PCB板规格，那么就是载入元件的封装，在此过程可能会出现“封装找不到”和“引脚不对应”这需要去解决问题，同样这也是制PCB板的难点。接下来是布局，依我的经验不采用自动布局，自动布局不合理，过于紧凑，故用手工布局。在布线的规则及覆铜等具体的操作是比较简单。最后利用PCB 3D视图观察制作的效果。

在这次设计中还是走了很多弯路，主要还是对专业英文单词不够熟悉，也是对软件应用的不熟悉吧！运用Protel 99 软件老生，涉及到新的知识就感觉有点茫然不知所措。吸取这次的教训，在平日的时间一定要多练Protel 99 软件，提高自己速度。以便今后出去工作能够更加对其熟悉应用。

八、参考文献下载本文