电子线路CAD.docx
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电子线路CAD
电子线路CAD课程任务书
一、学习目的
1、熟练掌握使用Protel99se设计印刷电路板的全过程。
2、掌握具体的参数设置和操作。
二、设计要求
1、要求独立完成电路原理图及电路板的设计。
2、电气检验要保证没有错误。
3、生成的印刷电路板要美观大方。
三、设计步骤
1、启动Protel99se软件，建立一个设计数据库文件。
2、启动电路原理图编辑器，绘制电路原理图。
3、进行电气规则检查，无误后，生成网络表。
4、启动印刷电路板图编辑器，新建一个印刷电路板图。
5、规划电路板和电气定义（双面板）。
6、装入网络表。
7、生成印刷电路板图。
8、自动布局，手工调整。
9、自动布线，手工调整。
10、保存并打印输出。
完成期限2011.9.17至2011.9.29
指导教师刘霞（教授）、段志伟（讲师）
专业负责人曹广华
2011年9月10日
目录
第1章Protel99se设计环境认识1
1.1Protel的发展历程1
1.2Protel99SE简介1
第2章Protel99se电路原理图的绘制3
2.1电路原理图的设计步骤3
2.2电气检查与网络报表的生成4
第3章印刷电路板的绘制5
3.1印刷电路板的绘制过程5
3.2注意事项7
第4章电路板的抗干扰设计8
4.1一般性原则8
4.2抗干扰设计9
总结与个人心得11
附录1电路原理图12
附录2网络表与元件封装表13
附录3印刷电路板效果图15
附录43D印刷板效果图16
第1章Protel99se设计环境认识
1.1Protel的发展历程
初期ProtelWindows版本：
八十年代末期推出了Windows版本下的ProtelForWindows1.0、ProtelForWindows1.5等版本。
中期ProtelWindows版本：
开发了与Windows95对应的3.X版本。
近期版本：
98年推出的Proel98，开始基本满足了大多数使用者的需求，特别是出色的自动布线功能得到了用户的支持。
99年推出的Proel99及后来的Proel99SE让Protel用户耳目一新，因为在其中新增了很多全新的功能。
2002年下半年推出了最新版本ProtelDXP，该版本耗时2年多，无论在功能、规模上都比Protel99SE,有极大的飞跃，主要在仿真与布线方面有了较大的提高。
2004年最新产品Protel2004.
1.2Protel99SE简介
Protel99SE是PROTEL公司在80年代末推出的EDA软件,应用广泛功能强大,是个完整的板级全方位电子设计系统。
它包含了电原理图绘制、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。
可见Protel99SE不仅在绘制原理图、PCB版布局布线等方面功能更加完善，而且为用户提供功能强大、使用方便的仿真器，它可以对当前所画的电路原理图进行即时仿真，因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析其性能指标，以便及时发现设计中存在的问题并加以改正，从而更好的完成电路设计。
下面我们将对Protel99SE做个简介。
Protel99se软件中提供了SIM99se数模混合仿真器集成软件可以对许多电子线路进行模拟设计，模拟运行，反复修改。
提供了接近6000各仿真元件和大量的数学模型期间，可以对电工电路，低频电子线路、高频电子线路和脉冲数字电路在一定范围内进行仿真分析。
仿真结果以多种图形方式输出，直观明了，可以单图精细分析，也可以多图综合比较分析、并可通过不同的角度进行分析，以获得对电路设计的准确判断。
Protel99se仿真方面其具有的特点有：
1.2.1强大的分析功能
用户可以根据Protel99SE电路仿真器所提供的功能，分析设计电路的各方面性能，如电路的交直流特性、温度漂移、噪声、失真、容差、最坏情况等特性
1.2.2丰富的信号源
其中包括基本信号源：
直流源、正弦源、脉冲源、指数源、单频调频源、分段线性源，同时还提供了齐全的线性和非线性受控源。
1.2.3充分的仿真模型库
Protel99SE提供了20多个模拟和数字仿真元件库，共包含6000多个常用元器件。
这些组件库包括了常用二极管、三极管、单结晶体管、变压器，晶闸管、双向晶闸管等分立组件，还有大量的数字器件和其它集成电路器件。
同时Protel99SE提供了一个开放的库维护环境，允许设计者改变原有器件模型，也可创建新器件模型。
1.2.4友好的操作界面
（1）无需手工编写电路网表文件。
系统将根据所画电路原理图自动生成网表文件并进行仿真。
（2）通过对话框完成电路分析各参数设置。
（3）方便地观察波形信号。
可同时显示多个波形，也可单独显示某个波形；可对波形进行多次局部放大，也可将两个波形放置于同一单元格内进行显示并分析比较两者的差别。
（4）强大的波形信号后处理，可利用各种数学函数对波形进行各种分析运算并创建一个新的波形。
（5）方便地测量输出波形。
Protel99SE提供了两个测量光标，打开它们可测量波形数据。
第2章Protel99se电路原理图的绘制
2.1电路原理图的设计步骤
2.1.1准备画图
启动Protel99SE，从windows操作系统的开始菜单或桌面快捷图标进入Protel99SE环境，使用菜单File/New或File/NewDesign建立新设计数据库文件，使用菜单File/New,在打开的窗口选择SchematicDocument图标，建立新原理图文件，并将原理图文件打开。
2.1.2设置画图环境
使用菜单Design/Options和Tool/Preferences，设置图纸大小、捕捉栅格、电气栅格等。
在设计管理器中选择BrowseSCH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Protel99SE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，比如Miscellaneousdevicesddb，TIDatabook库等，单击ADD按钮，即可把元件库增加到元件库管理器中。
2.1.3添加元器件
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，再根据元件之间的走线把元件调整好。
2.1.4原理图布线
利用Protel99SE提供的各种工具、指令进行布线，将工作平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的电路原理图。
2.1.5编辑和调整
利用Protel99SE所提供的各种强大的功能对原理图进一步调整和修改，以保证原理图的美观和正确。
同时对元件的编号、封装进行定义和设定等。
2.2电气检查与网络报表的生成
2.2.1检查原理图
使用Protel99SE的电气规则，即执行菜单命令Tool/REC对画好的电路原理图进行电气规则检查。
若有错误，根据错误情况进行改正。
2.2.2生成网络表
网络表是电路原理图设计和印刷电路板设计之间的桥梁，执行菜单命令Design/CreateNetlist可以生成具有元件名、元件封装、参数及元件之间连接关系的网络表。
第3章印刷电路板的绘制
3.1印刷电路板的绘制过程
由于电路板的生产代价、调试成本、产品可靠性等与设计有着密切的关系，所以设计印刷电路板时，需要了解一些印刷电路板设计的基本知识。
印刷电路板设计是一个辛苦、繁重、耗费精力而又细致的工作，要经过几个过程才能最后完成。
在实际的设计过程中，要经常修改电路原理图，重复前面已做过的工作，才能得到较理想的结果。
以笔者设计电路板的经验，电路板的设计过，程大致可以划分为下列几个步骤。
3.1.1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，均可拿来使用。
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。
用计算机制图是非常重要的，这是充分利用计算机进行PCB设计的第一步。
3.1.2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编辑。
当然，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。
电路原理图和PCB设计均在Prntel99SE环境下进行时，可以不需要进行网络表生成的过程，直接就可以从电路原理图设计进入到PCB设计。
并且可以用同步设计的法，使得电路原理图设计与PCB设计具有相同的电连接关系。
3.1.3启动并设置PCB设计软件
对于第一次进入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，只作必要的参数修改即可。
Protel99SEPCB设计软件可以设置成“保存环境参数作为默认参数”的方式样，修改后的环境设置参数在下次启动时依然有效。
3.1.4布局
布局就是将组件放在合适的位置，以后在布局结果上进行布线。
布局是印刷电路扳设计的一个非常重要的环节。
布局的好坏，不仅影响布通率，甚至可能会影响电路板的性能。
布局可以由手工进行，也可以由计算机自动进行。
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，板子的大致形状、接插件的位置等。
这些都在一定程度上影响着布局。
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，在纸上作一个草略的布局，以指导在计算机上进行布局。
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，可以用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，还要回过头来修改布局。
布局是电路板设计中很费精力的事情，要认真、耐心地对待。
3.1.5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的，称为手工布线，由计算机完成的，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。
Protel99SEPCB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，善于利用，将会收到事半功倍的效果。
3.1.6设计规则校验
设计规则校验（DesignRuleCheck，即DRC）是由计算机按照网络表及设计参数对PCB板进行的自动校验检查。
通过了DRC校验的PCB设计图。
原则上就可以送去制作电路板了。
没有通过DRC校验的PCB设计，要通过分析校验结果来决定是修改电路板设计还是可以去制板。
由计算机进行的DRC校验，代替了人工检查PCB设计，为PCB设计把了一个关，一定要善于使用。
在Protel99SEPCB设计软件中进行的I）RC校验不仅可以生成校验报告，而且可以在PCB设计图上将校验未通过的地方标示出来，使修改更直观、方便。
3.1.7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。
当然，如果不需要字符层，也可以省略这一步。
3.1.83D印刷效果图
3D功能是Protel99SE新增的一个功能，即对已设计完成的印制电路板进行三维动态仿真显示。
要运行3D可执行菜单“View视图\Boardin3D查看3DPCB”命令或直接点图标，系统会自动弹出3D显示界面，在左下角的微击主菜单中的型显示框内可用鼠标左键按住板框进行任意角度调节显示。
注意：
运行3D前所有元件均应有正确的种类标号（如集成电路为U、晶体管为Q、电阻为R、电容为C、二极管为D、接插件为J等），否则无法进行正确的3D仿真。
3.2注意事项
电源线和地线尽量加粗；去耦电容尽量与VCC直接连接；设置Specctra的DO文件时,首先添加Protectallwires命令,保护手工布的线不被自动布线器重布；如果有混合电源层,应该将该层定义为Split/mixedPlane,在布线之前将其分割,布完线之后,使用PourManager的PlaneConnect进行覆铜；将所有的器件管脚设置为热焊盘方式,做法是将Filter设为Pins,选中所有的管脚,修改属性,在Thermal选项前打勾；手动布线时把DRC选项打开,使用动态布线（DynamicRoute）。
第4章电路板的抗干扰设计
4.1一般性原则
4.1.1电源线布置
根据电流大小，尽量调宽导线布线；电源线、地线的走向应与资料的传递方向一致；在印制板的电源输入端应接上10~100μF的去耦电容。
4.1.2地线布置
数字地与模拟地分开；接地线应尽量加粗，致少能通过3倍于印制板上的允许电流，一般应达2~3mm；接地线应尽量构成死循环回路，这样可以减少地线电位差。
4.1.3去耦电容配置
印制板电源输入端跨接10~100μF的电解电容，若能大于100μF则更好；每个集成芯片的Vcc和GND之间跨接一个0.01~0.1μF的陶瓷电容。
如空间不允许，可为每4~10个芯片配置一个1~10μF的钽电容；对抗噪能力弱，关断电流变化大的器件，以及ROM、RAM，应在Vcc和GND间接去耦电容；在单片机复位端“RESET”上配以0.01μF的去耦电容；去耦电容的引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能带引线。
4.1.4器件配置
时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端应尽量靠近且远离其它低频器件；小电流电路和大电流电路尽量远离逻辑电路；印制板在机箱中的位置和方向，应保证发热量大的器件处在上方。
4.1.5功率线、交流线和信号线分开走线
功率线、交流线尽量布置在和信号线不同的板上，否则应和信号线分开走线。
4.1.6其它原则
总线加10K左右的上拉电阻，有利于抗干扰；布线时各条地址线尽量一样长短，且尽量短；PCB板两面的线尽量垂直布置，防相互干扰；去耦电容的大小一般取C=1/F，F为数据传送频率；不用的管脚通过上拉电阻（10K左右）接Vcc，或与使用的管脚并接；发热的元器件（如大功率电阻等）应避开易受温度影响的器件（如电解电容等）；采用全译码比线译码具有较强的抗干扰性。
4.1.7用好去耦电容
集成电路电源和地之间的去耦电容有两个作用：
一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。
这个电容的分布电感的典型值是5μH。
0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说，对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。
1μF、10μF的电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频噪声的效果要好一些。
4.1.8降低噪声和电磁干扰的经验
印刷电路板的抗干扰设计原则：
可用串个电阻的办法，降低控制电路上下沿跳变速率；尽量让时钟信号电路周围的电势趋近于0，用地线将时钟区圈起来，时钟线要尽量短；I/O驱动电路尽量靠近印制板边；闲置不用的门电路输出端不要悬空，闲置不用的运放正输入端要接地，负输入端接输出端；尽量用45°折线而不用90°折线,布线以减小高频信号对外的发射与耦合；时钟线垂直于I/O线比平行于I/O线干扰小。
4.2抗干扰设计
4.2.1抑制干扰源
抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。
这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。
抑制干扰源的常用措施如下：
（1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。
仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。
（2）在继电器接点两端并接火花抑制电路，减小电火花影响。
（3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。
（4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。
（5）布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。
（6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声。
4.2.2切断干扰传播路径的常用措施
（1）充分考虑电源对单片机的影响。
电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。
许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。
（2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。
（3）注意晶振布线。
晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。
此措施可解决许多疑难问题。
（4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。
尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离。
（5）用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。
（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。
大功率器件尽可能放在电路板边缘。
（7）在单片机I/O口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件，可显著提高电路的抗干扰性能。
4.2.3提高敏感器件的抗干扰性能
提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。
提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：
（1）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。
（2）布线时，电源线和地线要尽量粗。
除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。
（3）对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源。
其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。
（4）对单片机使用电源监控及看门狗电路，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。
（5）在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。
（6）IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。
总结与个人心得
这次的课程设计，与前几次的课程设计一样，从中收获了很多，学到了很多的知识，主要体现在一下几点：
（1）完成课程设计的质量明显提高。
由于这次的课程设计有充足的时间，再加上前几次的课程设计所积淀下来的经验，以及老师悉心的指导，有力地指导了这次课程设计的进行，提高了这次课程设计任务的质量和速度，进一步地增强了自己完成任务的能力，巩固了所学的理论知识。
（2）独立完成任务能力增强。
几个人集体完成任务，必然存在弊端的，尤其体现在合作的分工不明确和对任务的消极怠工。
这次课程设计独立地进行，从头至尾，完全独立地操作，增强了独立完成任务的能力，一定程度地摆脱了依赖和消极怠工。
（3）夯实了基础知识。
所有的专业课实验，以及这次的课程设计，无不有力地证明了基础知识的重要性，无不在提醒自己，要重视对基础知识的学习。
通过这次的实验，理解了电子线路的设计方法和流程，夯实了电子线路的基础知识。
（4）增强了搜索资料的能力。
很显然，任何的实践活动，都不可能闭门造车，是必须去吸取前人的实践经验，这就要求在课程设计的过程中，从网络上，从图书馆，借寻相关资料书籍等，有力地指导课程设计。
（5）进一步认清了毕业走向。
一直搞不明白毕业后去干什么，通过这次的课程设计，就直接指明了一条出路，那就是学习如何设计电子线路。
这就要求在最后的大学时间里，要继续夯实相关的理论知识，继续多动手操作，提高具体的实践操作能力，为即将毕业的工作出路，做好充分的准备。
附录1电路原理图
附录2网络表与元件封装表
网络表：
[
C1
RAD-0.1
104
]
[
C2
RB.2/.4
100u
]
[
C3
RB.2/.4
100u
]
[
C4
RB.2/.4
10u
]
[
C5
RAD-0.1
20pF
]
[
C6
RAD-0.1
20pF
]
[
C7
RAD-0.1
CAP
]
[
D1
DIODE-0.4
LED
]
[
JP1
SIP-2
4HEADER
]
[
Q1
TO-92B
PNP
]
[
R1
AXIAL-0.3
1K
]
[
R2
AXIAL-0.3
10K
]
[
R3
AXIAL-0.3
100
]
[
S1
SW_POWER
]
[
S2
SW-PB
]
[
U1
BELL
]
[
U2
DIP40
8051
]
[
U3
T0-220
78L05
]
[
Y1
XTAL-1
12.000MHZ
]
（
100U
C2-2
）
（
104
C7-2
）
（
GND
C1-2
C3-2
C5-1
C6-1
D1-K
JP1-2
JP1-3
JP1-4
R2-2
U2-20
U3-2
）
（
NetJP1_1
JP1-1
S1-1
）
（
NetQ1_1
Q1-1
R1-1
）
（
NetQ1_3
Q1-3
U1-1
）
（
NetR1_2
R1-2
U2-1
）
（
NetR3_2
D1-A
R3-2
）
（
NetS1_2
C1-1
C2-1
S1-2
U3-1
）
（
RST
C4-1
R2-1
S2-2
U2-9
）
（
VCC
C3-1
C4-2
C7-1
Q1-2
R3-1
S2-1
U1-2
U2-31
U2-40
U3-3
）
（
X1
C5-2
U2-19
Y1-2
）
（
X2
C6-2
U2-18
Y
）
表1元件封装表
说明
编号
封装
元件名称
电阻
R1、R2、R3
AXIAL-0.3
RES2
发光二极管
D1
DIODE-0.4
LED
瓷片电容
C1、C5、C6、C7
RAD-0.1
CAP
电解电容
C2、C3、C4
RB.2/.4
CAPACITORPOL
单片机
U2
DIP40
8051
电源插座
JP1
SIP-4
CON
三极管
Q1
TO-92B
PNP
按键
S1、S2
KEY
SWDIP、SW-PB
蜂鸣器
U1
CONMPONENT
BELL
电源稳压芯片
U3
T0-220
7805
晶振
Y1
XTAL-1
CRYSTAL
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