印刷电路板设计实验指导书.docx
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印刷电路板设计实验指导书
《印刷电路板设计》
实验指导书
物理与电子信息学院
实验一Protel99SE使用基础………………………………………………2
实验二Protel99SE环境设置和原理图编辑…………………………5
实验三简单电路原理图设计……………………………………………9
实验四电路原理图设计的提高………………………………14
实验五电气规则检验和生成报表实验………………………………17
实验六非电气图形及电气图形的绘制………………………………20
实验七层次原理图设计…………………………………………24
实验八Protel99SE印制电路板设计入门………………………………27
实验九印制电路板设计一…………………………………………29
实验十制作元器件封装………………………………………………32
实验十一印制电路板设计二………………………………………………35
实验十二Protel99SE综合设计实验………………………………38
实验一Protel99SE使用基础（2学时）
一、实验目的
1．掌握设计数据库的概念，以及新建、打开和关闭等基本操作。
2．熟悉Protel99SE的设计界面，熟练掌握对设计数据库中的文件夹和文件的操作。
3．掌握利用窗口管理功能对窗口显示方式及其显示内容进行管理。
二、实验要求
1．学会安装Protel99SE软件。
2．熟悉它的绘图环境，各个功能模块、界面环境以及文件管理的使用方法。
三、实验设备
计算机、Protel99SE软件。
四、实验内容及步骤
（一）实验内容
1．熟悉Protel99SE的运行环境，包括所用的机器的硬件与软件环境。
2．学习使用Protel99SE，包括进入Protel99SE主程序、菜单操作、工具拦操作及退出等基本操作。
3．熟悉Protel99SE的绘图环境、各个功能模块、界面环境、文件管理等。
（二）实验步骤
1．启动Windows98/2000操作环境。
2．打开目录：
“C:
\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Client99SE.exe”，执行Protel99SE应用程序，启动Protel99SE。
3．创建一个新的设计数据库文件
步骤：
①【File】｜【New】
②单击Browse按钮，选择文件的保存位置，确定新建设计数据库的名称，一般Protel99SE默认的文件名为“Mydesign.ddb”。
③单击【OK】就可以创建一个新的设计数据库文件。
图1新建设计数据库
4．启动原理图编辑器
步骤：
①【File】｜【New】。
②单击标有SchematicDocument的图标【OK】或直接双击。
③单击Explore下的Sheet1文件或直接双击工作窗口中的Sheet1图标。
5．启动印制电路板编辑器
步骤：
①【File】｜【New】。
②单击标有PCBDocument的图标【OK】或直接双击。
③单击Explore下的PCB1文件或直接双击工作窗口中的PCB1图标。
6．不同编辑器之间的切换
方法：
用鼠标单击工作窗口上已打开的标签或者先新建相应的文件，然后双击该文件也可以打开相应的编辑器。
7．导入、导出文件
步骤：
①向设计数据库中导入外部文档【File】｜【Import】。
②向设计数据库外导出文档【File】｜【Export】。
实例练习：
1．启动Protel99SE，在E盘新建名为Exam的文件夹，并在文件夹中新建名为Ex1.ddb的设计数据库文件。
2.在上题数据库中新建一个名为poweramp（功率放大器电路）的原理图文件（SchematicDocument）、一个名为poweramp的印刷电路板文件（PCBDocument），并打开。
然后将poweramp.SCH，poweramp.PCB导出到桌面上。
3.选择适当的菜单命令，将上题打开的文件窗口进行水平分割、垂直分割及平铺。
4．在Exam的文件夹中新建名为Ex2.ddb的设计数据库文件，文件类型WindowsFileSystem。
5．在Exam的文件夹中新建名为Ex3.ddb的设计数据库文件，文件类型MSAccessDatabase，观察WindowsFileSystem及MSAccessDatabase两种类型的区别。
6．在Exam的文件夹中新建名为Ex4.ddb的设计数据库文件，将步骤2中的poweramp.SCH和poweramp.PCB导入。
实验二Protel99SE环境设置和原理图编辑（2学时）
一、实验目的
1．掌握电路原理图的设计步骤。
2．掌握Protel99SE电路原理图设计工具，图纸设置的方法。
3．掌握设置网格、电气节点和光标的方法。
4．掌握装载元器件库，放置、编辑和调整元器件的方法。
二、实验要求
1．独立完成。
2．上机实际操作。
三、实验设备
计算机、Protel99SE软件。
四、实验内容及步骤
（一）实验内容：
1．熟悉电路原理图的设计步骤。
2．熟悉电路图设计工具。
3．练习装载元器件库及编辑和调整元器件。
4．练习设置网格、电气节点和光标方法。
（二）实验步骤：
1．设置电路图纸（定义工作平面）
假设系统已进入原理图编辑器，按以下的要求设置图纸：
①图纸大小：
A4号；②图纸方向：
水平方向放置；③标题栏样式：
标准型标题栏。
具体设置方法如下：
执行设置图幅命令。
菜单命令：
【Desigh】【Options】DocumentOptions对话框的SheetOptions选项卡中。
设置图纸大小：
StandardStyle
设定图纸方向：
Orientation
设置标题栏类型：
TitleBlock
设置ElectricalGrid自动寻找电气节点
设置图纸边框颜色：
BorderColor
设置工作区颜色：
Sheet
图2设置电路图纸
2．原理图参数设置
执行【Tools】｜【Preferences】后通过Schematic选项卡、GraphicalEditing选项卡和DefaultPrimitives选项卡来实现，Schematic选项卡和GraphicalEditing选项卡分别如下图所示：
图3Schematic选项卡
图4GraphicalEditing选项卡
在选项卡的相应位置可以分别设置可视网格、光标样式、字体等内容。
3．练习装载元器件库
图5元件库管理浏览器
具体步骤如下：
①打开原理图管理浏览器，在打开原理图编辑器的状态下，单击该浏览器顶部的BrowseSch标签，可打开元件库管理浏览器窗口。
②单击Add/Remove按钮，打开ChangeLibraryFileList对话窗口。
③单击选择所需的库文件，然后单击ADD按钮，即可将元件库装载。
实例练习：
1．启动Protel99SE，在E盘新建名为Exam的文件夹，并在文件夹中新建名为Ex1.ddb的设计数据库文件。
在该设计数据库中新建原理图文件，并命名为LX1.sch。
设置图纸大小为A4，水平放置，工作区颜色为220号色，边框颜色为45号色。
标题栏设置：
用“特殊字符串”设置制图者为Luck、标题为“功率放大器”，字体为华文彩云，颜色为121号色。
2．在Ex1.ddb中创建原理图文件，命名为LX2.sch。
自定义图纸大小：
宽度为850、高度为450，垂直放置，工作区颜色为299号色。
网格设置：
SnapOn为10mil，Visible为10mil。
字体设置：
系统字体为仿宋体、字号为8，字形为斜体。
可视网格为点状。
设置系统字体：
将UseClientSystemFontForAllDialogs复选框取消选择。
不显示图纸的参考边框，把光标设置成大十字45度。
3．将元件库文件“MiscellaneousDevices．Ddb”和“ProtelDosSchematicLibraries．Ddb”依次装入。
实验三简单电路原理图设计（2学时）
一、实验目的
1．掌握利用Protel99SE进行电路原理图设计的一般步骤。
2．掌握原理图编辑器中对图纸的设置，对电路图的大小、网格、光标、对象系统字体的设置方法。
3．掌握绘制原理图的基本方法，能绘制比较简单的电路原理图。
4．熟悉原理图绘制工具。
熟悉常用元器件编辑、放置与调整的方法。
二、实验要求
1．独立完成。
2．设计步骤符合标准规范。
三、实验设备
网络计算机、Protel99SE软件。
四、实验内容及步骤
（一）实验内容
1．学习元件的基本操作方法。
2．掌握元件属性的编辑方法。
（二）实验步骤
1．放置元件
1）在元件库中选定所需元件，然后放置元件到工作平面上。
2）菜单命令【place】｜【part】
2．删除元器件
1）菜单命令【Edit】｜【Delete】
2）当光标变为命令状态后，将光标移到要删除的元件处，单击鼠标左键即可将所指元件删除。
此后，程序仍处于删除命令状态，若要退出时单击鼠标右键或按ESC键退出命令状态。
3．元件移动
菜单命令：
【Edit】｜【Move】｜【Move】
上机实例：
单独移动一个非门元件。
步骤：
①执行移动命令；②点选元件；③移动元件。
技巧：
直接用鼠标左键单击元件，保持左键按下状态（此时光标变为命令状态），移动鼠标即能进行单个元件的移动。
4．元件的旋转
鼠标左键按住元件时，分别单击【Space】，X键或Y键。
【Space】:
每单击一下元件逆时针旋转900。
X键：
每单击一下使元件左右对调。
Y键：
每单击一下使元件上下对调
5．元件的复制粘贴
步骤：
1）点击鼠标左健框选住元件
2）菜单命令：
【Edit】｜【Copy】，这时鼠标变为命令状态，然后单击需要复制的元件。
3）菜单命令：
【Edit】｜【Paste】，则可以在图纸的任意位置放置一个复制的元件。
6．编辑元件的属性
上机实例：
编辑电阻RES2的属性。
步骤：
①用鼠标左键双击元件RES2；②在弹出的元件编辑对话框中设置元件的属性，主要包括如下属性。
【LibRef】：
元件库中的型号（不允许修改）。
【Footprint】：
元件的封装形式，输入“AXAIL0.4”。
【Designator】：
元件序号，输入“R1”。
【PartType】：
元件型号或大小，输入“4.7K”。
【Sheet】：
图纸号，暂时不填。
【Part】：
功能块序号，此项属性用于含有多个相同功能块的元件。
③设置结束后，单击OK按钮即可。
实例练习：
1．新建Ex3.sch原理图文件，从已有的元器件库中找到下列元件，然后放置到Ex3.sch图纸上，并按下图所示重新命名。
图6练习编辑元件
2．在练习1的基础上，①选择4.7K电阻，复制并粘贴该电阻，然后取消选择；
②删除二极管，并用恢复按钮将二极管恢复；
③删除三极管；
④删除电容，然后粘贴该电容；
⑤用鼠标选择几个元件，然后删除这些被选择的元件；
⑥将该电路图存盘。
3．试分别关闭和开启电气捕捉栅格功能，观察电气栅格在连线时具有的作用。
4．试分别关闭和开启电气连接点功能，观察画“丁”字形连线时的区别。
5．放置网络标记，试更改字型和字号，并连续放置D1-D9九个网络标签。
6．选取电源和地线工具，试更改它们的形状和标记。
（三）实验内容
1．在原理图文件LX3.sch中，练习打开及关闭以下工具栏：
主工具栏：
【View】｜【Toolbars】｜【MainTools】
布线工具栏：
【View】｜【Toolbars】｜【WiringTools】
绘图工具栏：
【View】｜【Toolbars】｜【DrawingTools】
电源及接地工具栏：
【View】｜【Toolbars】｜【PowerObjects】
常用器件工具栏：
【View】｜【Toolbars】｜【DigitalObjects】
2．利用菜单命令和键盘功能键放大及缩小原理图。
3．绘制出下图所示的电路图：
LibRef
Designator
PartType
Footprint
74LS04
U9
74LS04
DIP14
RES1
R1
470k
AXIAL0.3
RES1
R2
470k
AXIAL0.3
RES1
R5
330k
AXIAL0.3
CARYSTAL
XTAL1
4.00MHz
AXIAL0.3
Cap
C10
0.1uF
RAD0.3
74LS04在ProtelDOSSchematicLibraries.ddb中的ProtelDOSSchematicTTLLibrary.lib中
其余元件在MiscellaneousDevices.ddb
表4.3电路原理图例2元件明细表
图7电路原理样图
（四）实验步骤：
1．启动Protel99SE，新建一个设计数据库文件，名称定为“学号姓名.ddb”。
2．启动电路原理图编辑器，新建一个原理图文件，命名为“姓名.sch”。
3．先分析电路图中所有元器件的属性，装入元器件库MiscellaneousDevices.ddb和ProtelDOSSchematicLibraries.ddb。
4．然后按照样图把所有元器件和端口放置到电路原理图纸上，调整各元件的位置，用导线连接，启动“自动搜索电气节点”功能，启动“自动节点放置”功能。
编辑导线，调整导线长短。
5．按照上图所示，在相应位置添加端口,并连接所有的连线。
6．保存电路图。
图1.3
7．按图1.3画原理图.（课本24页习题1-3）
8.练习课本24页习题1-5.
实验四电路原理图设计的提高（4学时）
一、实验目的
1．熟悉画原理图工具。
2．掌握画原理图基本操作，绘制原理图。
二、实验要求
1．独立完成。
2．绘图准确。
三、实验设备
网络计算机、Protel99se软件。
四、实验内容及步骤
（一）实验内容：
绘制出下图所示的电路图：
（二）实验步骤：
1、启动Protel99se，新建一个设计数据库文件，名称定为“学号姓名sy2”.ddb。
2、启动电路原理图编辑器，建立一个原理图文件，命名为“姓名”.sch。
3、先分析电路图中所有元器件的属性，装入元器件库MiscellaneousDevices.ddb和ProtelDOSSchematicLibraries.ddb。
4、然后把所有元器件和端口放置到电路原理图纸上，并把位置放好。
5、按照上图所示，设置图纸大小选择为A4，绘制如图所示的电路，其中元件标号、标称值及网络标号均采用小四号宋体，完成后给相应的引脚添加网络标签,并连接所有的连线。
6、保存电路图。
7．原理图中放大、缩小屏幕的快捷键分别是什么？
试一试，好用吗？
8.加载/移出原理图元件库的方法有几种，你会操作吗？
9．元件的属性有几个，它们的含义分别是什么？
10．放置元件的操作有几种方法？
11．放置网络标号应注意什么问题？
【思考题】
⑴使用网络标号时应注意哪些问题？
⑵总线和一般连线有何区别？
使用中应注意哪些问题？
绘制如所示带有总线的电路原理图。
带有总线的电路图元件明细表
LibRef
Designator
PartType
Footprint
Cap
C9
0.1uF
RAD0.2
Crystal
XTAL
4.915MHz
AXIAL1.0
74LS04
U9
74LS04
DIP14
RES2
R3
470K
AXIAL0.4
RES2
R4
470K
AXIAL0.4
4040
U12
4040
DIP16
SWDIP-8
SW1
SWDIP-8
DIP16
U9在ProtelDOSSchematicLibraries.ddb中的ProtelDOSSchematicTTL.Lib
U12在ProtelDOSSchematicLibraries.ddb中的ProtelDOSSchematic4000CMOS.Lib
其余元件在MiscellaneousDevices.ddb
图电路原理图
实验五电气规则检验和生成报表实验（2学时）
一、实验目的
1．通过实例熟悉电气规则检查和生成各种报表的方法。
2．掌握具体网络表的生成方法。
二、实验要求
1．先绘制电路原理图。
2．设置具体的电气检测规则。
3．生成各种表格。
三、实验设备
计算机、Protel99se软件。
四、实验内容及步骤
（一）实验内容
1．绘制电路原理图。
2．对绘制好的电路原理图，设置电气测试规则，产生ERC报表，然后生成网络表，元器件列表和交叉参考表等。
（二）实验步骤
1.启动Protel99SE，新建一个设计数据库文件，新建的文件名称定为“学号姓名.ddb”。
在刚建的设计数据库中新建原理图文件“姓名.ddb”。
2．按样图绘制电路原理图。
3．设置电气测试规则，即产生ERC表的各种选项。
注意Setup和RuleMatrix两个选项卡的设置。
图8电路原理样图
4．执行【Tools】｜【ERC】，产生ERC报表，如下图所示：
图9ERC报表
5．执行【Design】｜【CreateNetlist】，产生网络表，如图10所示（截取一部分网络表）。
6．执行【Report】｜【CrossReference】，产生交叉参考表，如图11所示。
图10网络表
图11交叉参考表
注意：
在进行ERC电气规则检查时，当必须进行某项电气规则设置（如输入输出）引脚悬空，而又要避免对原理图中的正确之处误报时，在明显正确而又会产生误报之处可以放置NOREC符号。
菜单命令：
【Place】｜【Pirectives】｜【NOERC】或使用工具栏
中的
按钮。
实验六非电气图形及电气图形的绘制（4学时）
一、实验目的
1．掌握DrawingTools工具栏的使用。
2．学习利用元件库编辑器来设计元件。
3．掌握创建元件库及编辑元件的方法。
二、实验要求
1．熟练的掌握画图工具栏中各个工具的使用方法。
2．独立完成元件的设计。
三、实验设备
网络计算机、Protel99se软件。
四、实验内容及步骤
（一）掌握原理图中不具有电气特性对象的放置方法和编辑方法
练习基本图形绘制工具的打开及关闭。
画直线：
【Place】｜【Drawingtools】｜【Line】
画多边形：
【Place】｜【Drawingtools】｜【Polygons】
画椭圆弧线：
【Place】｜【Drawingtools】｜【EllipticalArc】
画贝赛尔曲线：
【Place】｜【Drawingtools】｜【Beziers】
画矩形：
【Place】｜【Drawingtools】｜【Rectangle】
画圆角矩形：
【Place】｜【Drawingtools】｜【RoundRectangle】
画圆形与椭圆：
【Place】｜【Drawingtools】｜【Ellipses】
画圆饼图：
【Place】｜【Drawingtools】｜【PieCharts】
1.原理图上放置“原理图练习”的说明文字，并设置成不同的字体和字号。
2．在原理图上放置一个没有填充颜色、没有边框的文本框，内容自选。
3．绘制一个半径为50mil，线宽为Medium的半圆弧线。
4．利用多边形工具画一五角星图形
。
5．利用贝赛尔曲线画一正弦波。
6．插入一张图片，选中X:
YRatio选项，改变其大小，再去掉X:
YRatio选项的√，
改变其大小，对比一下效果如何。
7．按照图5.1、图5.2分别做改变对象叠放次序的操作。
图5.1
（a）改变层次前（b）单击后矩形消失（c）矩形出现在椭圆之上
图5.2移到另一个对象的上面
8．直线Line与导线Wire有什么区别，在使用中能互相代替吗？
9．能用说明文字表示网络标号吗？
（二）掌握绘制元件符号的方法
1.电气图形符号的制作：
以制作一个JK触发器为例。
库；
建立用自己学号姓名命名的数据库文件XXXXsy6-2.ddb，下一步新建Ex1.lib元件
②命名新元件JK触发器；
菜单命令：
【Tools】｜【RemaneComponent】
③单击命令【View】｜【ZoomIn】｜【PageUp】将元器件绘图页的四个象限中心点处放大到足够程度，一般元器件均在第四象限制作，而象限交点即为元器件基准点。
④绘制矩形框；
⑤绘制元器件的引脚【Place】｜【Pins】；
⑥编辑引脚，引脚长度设置为20，1～5号引脚的电气类型设置Input，6、7为Output，引脚只有一端具有电气特性，粘贴在十字光标上的那一端为非电气特性端，放置引脚时需使非电气特性端与元件接触，而使电气特性端离开元件；
⑥向1、5引脚添加注释文字CLR和PR；
菜单命令：
【Place】｜【Annotation】
⑦保存已绘制好的元器件；
⑧想在原理图设计时使用此元件，只需将该元件装载到元器件库中，按放置元件的方法就可以将制作好的JK触发器放置在图纸上；
⑨若需要在该Ex1.lib元件库中制作第二个元器件，执行菜单命令【Tools】｜【NewComponent】即可。
注意：
如果该元件为复合封装的，执行菜单命令【Tools】｜【NewPart】,向该元件添加绘制封装的其他部分；一张图纸只能做一个元器件。
2．制作下面电路图中L、RP、RC、D1、T的元件图标（尺寸为4格×3格）
光控照明灯
3．请练习绘制如图7.29所示的或非门元器件，其元器件图和显示隐藏引脚的元器件图如图7.29（a）和（b）所示。
可以参考74LS02元器件（位于ProtelDOSSchematicTTL.lib中）进行绘制。
图7.29或非门元器件
4．请练习绘制如图7.30所示的定时器，其元器件图和显示隐藏引脚的元器件图一致，只是1、4和8引脚名没有显示，重新添加了文本以显示水平文本。
可以参考555定时器元器件（位于ProtelDOSSchematicLinear.lib中的）进行绘制。
图7.30定时器
5．进一步熟悉元器件库管理
6．生成元器件报表，观察结果
思考题
1．原理图元件库文件的扩展名与原理图文件的扩展名怎样区别？
2．在SchLibDrawingTools工具栏中，哪一个按钮绘制的图形具有电气特性？
3．复习引脚属性对话框中各选项的含义。
4．将自己绘制的元件符号用到原理图中，你会几种方法？
实验七层次原理图设计（4学时）
一、实验目的
1．掌握层次原理图的概念及其设计方法。
2．掌握自顶向下和自底向上的层次原理图设计方法。
3、掌握层次原理图的浏览方法，和主电路图与子电路图之间的切换。
二、实验要求
升级会员 