第二章设计与绘制电路原理图.docx
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第二章设计与绘制电路原理图
第二章Protel99SE原理图设计基础
2.1原理图编辑器
2.1.1电路原理图的一般设计步骤
电路原理图设计是整个电路板设计的第一步，是电路设计的基础。
由于后续的印刷电路板设计工作是以此为基础的，因此电路原理图设计的好坏直接影响到印刷电路板的设计工作。
一般其设计流程如下图2-1所示。
图2-1原理图一般设计流程
1.设置原理图图纸的大小和方向
首先应根据所绘制的电路原理图电气元件的多少、大小和复杂程度来设置图纸的大小和方向，设置合适的图纸大小是设计好原理图的第一步。
一般来说，设置较大的图纸比较小的要恰当些，可避免在布置元器件和连线过程中出现由于纸面太小而放不下的情况。
默认的图纸大小为规格B，大约相当于431.8×279.4mm，方向为水平放置。
2.从元件库中选择和放置元件
根据所绘制的电路原理图，将相应的元件库添加到元件库管理器中，然后从元件库里取出所需的元件放置到原理图编辑区的合适位置。
有时还需要重新设定元件的编号和封装形式。
Protel99SE不但为用户提供了一个非常完备的元件库，而且也可以由用户创建自己的元件库。
3.原理图的布线
将原理图中各个孤立的元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图。
Protel99SE为用户提供了一个方便的布线工具（WringTools）来完成此项工作。
4.建立网络表
用户可通过Protel99/Schematic所提供的各种报表工具，生成各种所需的报表。
其中最主要的是网络表。
网络表文件是一个文本（.txt）格式的文件，在进行印刷电路板的绘制及自动布线时就要用到网络表文件。
5.电气原理测试和模拟
直接在原理图上进行测试和模拟是计算机辅助电路设计明显优于传统手工电路绘制的一项重要功能，通过测试可找出一些违背电气法则的地方，提交一个错误报告，并在电路上标出出错之处。
6.编辑与调整
如果原理图顺利地通过了电气原理图测试，就可以打印输出了，否则就要重新回到前面的步骤进行编辑和调整。
7.文档的存盘和打印
在原理图的设计过程中要注意存盘。
设计好的原理图可打印输出，Protel99SE提供了方便的打印格式设置和所见即所得的预览功能。
2.1.2进入原理图编辑器
Protel99SE系统提供了七个设计界面,它们分别是原理图设计编辑器（Sch）、印制电路板设计编辑器（PCB）、原理图元件库编辑器（SchLib）、印制电路板元件封装库编辑器（PCBLib）、表格处理编辑器（Spread）、文字处理编辑器（Text）和波形文件编辑器（Wave）。
原理图编辑器实际就是提供一个绘图环境的界面，在此用户可以绘制自己的电路原理图，生成相应的表格文件，为后续的印制电路板设计做好基础。
其步骤如下：
（1）在Protel99SE界面下，点击File/New下拉菜单命令建立新的设计数据库，或者点击File/Open打开已有的设计数据库，界面如图2-2所示，这在上一章我们已经见过。
也是进入其它设计界面的起始点。
（2）执行当前的菜单中的File/New命令，系统弹出NewDocument对话框，如图2-3所示。
选取SchematicDocument图标，然后单击OK按钮。
也可以通过打开Document文件夹在其下面产生相应文档。
如果不给其起名程序将自动以sheet+数字1.Sch的方式自动命名，如图2-4所示。
图2-2设计界面
图2-3新建文件对话框
（3）双击sheet1文件，即进入原理图编辑器，如图2-5所示。
现在可以进行电路图的绘制了。
图2-4生成sheet1文件的界面
图2-5原理图编辑器界面
2.2原理图绘制工具和方法
2.2.1电路原理图绘制工具
Protel99SE原理图编辑器窗口主要有主菜单栏、主工具栏、绘制工具和专用工具组成。
1.主菜单栏
主菜单栏上共有十一个项目，如图2-6所示。
图2-6原理图编辑器的主菜单栏
下面仅对主要项目作介绍。
✧Edit（编辑）：
用于对原理图进行各种编辑修改操作；
✧View（查看）：
用于对原理图编辑界面进行设置；
✧Place（放置）：
在图纸上放置各种元素，如元器件、连线等；
✧Design（设计）：
用于更新对应的PCB文件信息，生成网络表、元器件库等；
✧Tools（工具）：
使用电气规则检查原理图，重新标注元器件编号，以及修改与设置系统参数等；
✧Simulate（仿真）：
完成电路仿真的选项设置和启动；
✧PLD：
用于PLD设计；
✧Report（报告）：
用于产生原理图的各类报表。
2.主工具栏
主工具栏主要为系统常用命令按钮，如图2-7所示。
可以通过菜单命令View/Toolbars/MainTools打开和关闭。
图2-7原理图编辑器主工具栏
主要功能介绍如下：
✧
：
（Tools/Up/DownHierarchy）在不同层次原理图之间进行切换；
✧
：
（Tools/CrossProbe）交叉定位；
✧
：
（Edit/Cut）剪切已选择对象；
✧
：
（Edit/Paste）将剪贴内容粘贴到设计图上；
✧
：
（Edit/Select/InsideArea）选择矩形框内元素；
✧
：
（Edit/DeSelect/All）撤销已选对象；
✧
：
（Edit/Move/MoveSelection）移动已选对象；
✧
：
（View/Toolbars/DrawingTools）关闭或打开绘图工具栏；
✧
：
（View/Toolbars/WiringTools）关闭或打开连线工具栏；
✧
：
（Simulate/Setup）打开仿真的选项设置项；
✧
：
（Simulate/Run）启动仿真；
✧
：
（Design/Add/RemoveLibrary）加载/卸载元件库；
✧
：
（Design/BrowseComponents）浏览元件库中元件；
✧
：
（Edit/IncrementPartNumber）元件编号加一；
3.绘制工具
绘制工具分为图形绘制工具和原理图绘制工具，可以通过菜单命令View/Toolbars/DrawingTools和View/toolbars/WiringTools打开和关闭。
如图2-8所示。
图2-8图形绘制工具和原理图绘制工具
4.专用工具
一般可以通过主菜单栏的View/Toolbars中的相应条目打开和关闭。
它们有电源与接地工具（PowerObjects），常用器件工具（DigitalObjects），模拟信号源工具（SimulationSources），PLD工具（PLDTools）。
如图2-9所示。
图2-9各种专用工具
2.2.2绘图区域的放大与缩小
用户在绘图过程中，需要经常查看局部或整张原理图，故常常要改变显示区域大小。
1.使用菜单命令放大或缩小显示区域
Protel99SE提供了View下拉菜单来控制显示区域的控制，如图2-10所示。
下面作简要介绍：
✧FitDocument：
显示整张电路图；
✧FitAllObjects：
全部绘图元素显示在工作区；
✧Area：
显示用户设定的区域。
该命令需要用户选定一块区域，执行后将显示用户选择的区域内容；
✧AroundPoint：
显示用户确定点周围区域。
该命令执行时需要用户确定显示的中心位置，单击后显示确定点周围区域。
✧选择不同比例显示：
View提供50%、100%、200%和400%四种显示比例方式；
✧
图2-10View下拉菜单打开界面
ZoomIn和ZoomOut：
放大和缩小显示区域；
✧Pan：
移动显示位置。
先移动光标至目标点，再执行该命令，执行后，目标点处于显示中心；
✧Refresh：
更新当前显示界面。
2.使用键盘实现图纸的放大和缩小
在熟悉以后或在不方便的情况下，还可以通过键盘使用快捷的方式完成这一功能。
✧放大：
按PageUP键，放大绘图区域；
✧缩小：
按PageDown键，可以缩小绘图区域；
✧归中：
按Home键，回到工作区中心位置；
✧更新：
按End键，刷新当前显示区域；
✧移动当前位置：
通过四个方向键来调整实现。
2.3元器件库
Protel99SE将很多常用的元器件分门别类地放在不同的元件库中。
Schematic99SE的元器件库很多，一次装入太多将会占用过多的系统资源，所以应根据需要装入和卸载相应的元器件库，以及使用查找功能查找所需要的元器件。
2.3.1装入元器件库
元器件库管理器位于原理图绘制管理器的左侧，单击BrowseSch选项卡就进入了元器件库管理器，如图2-11所示。
通常先装入常用元件库。
（1）先单击图2-11中Browse下拉▼按钮，选择Libraries项。
再单击Add/Remove按钮，可弹出如图2-12所示的元件库管理对话框。
（2）载入需要的元器件库。
Schematic99SE默认的元器件库路径为c：
\ProgramFiles\designExplorer99SE\Library\Sch。
在文件列表框中选择常用元器件库MiscellaneousDevice.ddb文件，双击它或者选中后单击Add按钮，即可将元件库加入到SelectedFiles栏里，如图2-12所示。
选择好需要装载的库文件后，单击OK按钮即可，界面与图2-11所示类似，只与载入的元器件库种类有关。
（3）
图2-11元件库管理器
要卸载已装入的元件库，再单击图2-11所示的元件库管理器中的Add/Remove，然后在弹出的图2-12的对话框中的SelectedFiles栏里选中该文件，再单击Remove按钮即可。
图2-12元件库管理对话框
2.3.2查找元器件
在Protel99SE中使用元器件库管理器的自动查找功能可方便地查找绘图所需的元器件符号。
（1）输入待查元件的名称
单击元器件库管理器下面的Find按钮，出现如图2-13所示的对话框。
图中的FindComponent区域确定按什么方式查找元件，分ByLibraryReference（按元件名称）、ByDescription（按元件描述）两种方式。
一般是按照元件名称查找，如果不知道确切的名称，可以输入通配符*（代表多个任意字符）或？
（代表一个任意字符）。
（2）指定查找范围
Search区域的几个选项用于指定查找的范围，建议均采用默认值，如图2-13所示。
Scope指定查找的范围，有3项选择：
SpecifiedPath，指定查找路径，在下面的Path栏输入路径，如果没有输入路径，则默认的是Protel99SE所在的目录；ListedLibraries，表示从列出来的元器件库中查找；AllDrivers，表示查找所有的硬盘，故选该项查找的时间比较长。
一般选用默认的第一项。
SubDirectories，如果选中此项，则连其下的子目录也一起查找；FindAllInstance，如果选中此项，系统找到符合条件的元件就显示在下面的FoundLibraries框中，然后继续查找，直到查找完为止；如果不选此项，则系统找到一个符合条件的元件后，马上停止查找。
File用于指定查找的文件类型，默认是*.ddb和*.lib，一般不要改变它。
图2-13查找元器件对话框
图2-14查找结果
（3）开始查找
单击FindNow按钮开始查找，查找结果如图2-14所示。
如不想继续查找，可单击Stop按钮。
（4）查看查找结果
FoundLibraries显示找到的库文件，该方框里列出了符合条件的元器件所在的元器件库。
还可以把找到的元器件库装载到元器件库列表中，选中要装载的元器件库，单击AddToLibraryList即可。
2.3.3放置元器件
1.选取元器件
可以有两种方式，由元件列表中选取或者通过菜单命令。
✧由元器件列表选择
这一操作应在元器件库管理器界面完成。
如图2-15所示，在库元器件列表中选择需要的元件，在下面的窗口会显示将出现的符号样式，符合实际需要后，单击Place按钮，屏幕上即出现一个随鼠标指针移动的元器件符号，移到适当位置，单击鼠标左键即可。
按鼠标右键，就可退出重复放置。
✧通过菜单命令
通过菜单命令Place/Part或直接单击绘制工具栏上的按钮，对话框如图2-16所示。
图2-15选择元器件
依次输入元器件名称、原理图流水号、型号和封装类型，单击OK后，其后过程和上面差不多，不需要时，单击Cancel即可退出。
在元器件名称后有一个Browse…按钮，点击后弹出窗口如图2-17所示。
记不清名称时可以查阅库元器件及符号，和库文件管理器内容差不多。
这比较适合熟悉库元器件内容者使用。
图2-16放置元器件对话框
图2-17打开Browse时界面
2.使用工具栏放置
如图2-18所示，该工具栏提供了最常见元器件的符号供直接选择。
图2-18常用元器件工具栏
2.4原理图的绘制
2.4.1准备工作
1.设置图纸参数
用大小合适的图纸来绘制电路图，可以使显示和打印都相当清晰，同时也比较节省磁盘存储空间。
一般参数主要为尺寸、方向、标题栏、边框底色和栅格大小等。
先打开设置图纸参数属性对话框。
执行菜单命令Design/Options即可弹出，如图2-19所示。
✧设置图纸大小
Protel99SE提供了十多种常用的英制和公制尺寸的图纸规格供用户选择，用户也可以根据自己需要自定义图纸尺寸。
图2-19右上角的StandardStyle（标准图纸样式）用来选择标准图纸的大小，用鼠标单击下拉按钮进行选择，图纸大小如表2-1所示（1英寸≈25.4mm）。
图2-19图纸属性设置对话框
表2-1Protel99SE提供的标准图纸尺寸
尺寸
宽度×高度（英寸）
宽度×高度（毫米）
A
11.00×8.50
279.40×215.90
B
17.00×11.00
431.80×279.40
C
22.00×17.00
558.80×431.80
D
34.00×22.00
863.60×558.80
E
44.00×34.00
1078.00×863.60
A4
11.69×8.27
297×210
A3
16.54×11.69
420×297
A2
23.39×16.54
594×420
A1
33.07×23.39
840×594
A0
46.80×33.07
1188×840
OrCADA
9.90×7.90
251.15×200.66
OrCADB
15.40×9.90
391.16×251.15
OrCADC
20.60×15.60
523.24×396.24
OrCADD
32.60×20.60
828.04×523.24
OrCADE
42.80×32.80
Letter
11.00×8.50
Legal
14.00×8.50
Tabloid
17.00×11.00
✧自定义图纸大小
默认的图号为B。
如果不使用标准样式的图纸，可在CustomStyle（用户自定义）区域设置。
首先选中UseCustomStyle，然后在下面的各栏中输入自定义图纸的大小。
其中CustomWidth是图纸的宽度，最大为6500mil（1mil＝0.01英寸）；CustomHeight是图纸的高度，最大为6500mil；XRefRegionCount是图纸边框横轴参考格点数，在图纸上指边缘的1、2、3、4；YRefRegionCount是图边框纵轴参考格点数，在图纸上指边缘的A、B、C、D；MarginWidth是边框的宽度。
✧设置图纸的方向
图2-19左边Options区的Orientation栏用来设置图纸的方向，横放（图形水平放置）选Landscape，竖放（图形垂直放置）选Portrait。
✧设置标题栏的类型
Protel99SE提供两种图纸标题栏格式Standard和ANSI，Standard为普通型，ANSI为美国国家标准类型，可通过图2-19中的TitleBlock选项决定是否选用。
该项选中后，其右边的下拉菜单才能指定以上两项标准图纸中的一种。
用户也可以按自己的要求或其他标准重新设计标题栏。
标题栏的设计方法：
取消选中TitleBlock项，就不显示Standard和ANSI标题栏。
用划线工具PlaceLine按要求画出标题栏框线，用文本工具PlaceAnnotation在格内放置文字。
图中“.TITLE”和“.ORGANIZATION”等前面带“.”的字符串称为特殊字符串。
其意义如图2-20中对应栏目左端中文栏目名称所示。
如果希望在输入这些特殊字符串的位置显示出内容来，就打开Tools/Preferences命令对话框，将其中GraphicalEditing选项卡中的ConvertSpecialStrings项取消选中，如图2-21所示，可见特殊字符串的内容显示出来了。
待全部特殊字符输入完后再选中该项，所有特殊字符内容全部消失，说明已经被转换。
要输入图2-20标题栏中各项内容，可打开图2-19中的Organization选项卡，其中各文本框与图2-20各项对应关系如图2-21所示。
在各文本框中输入标题内容，按OK按钮，标题内容就填入了标题栏中。
要选择放置特殊字符串，在放置文字的属性中进行选择。
图2-20标题栏中特殊字符串
图2-21显示字符串内容
✧设置图纸栅格
图2-19中的Grids区用来设置SnapOn（锁定栅格）和Visible（可视栅格）。
SnapOn是指光标移动的基本单位。
例如SnapOn设定为10时，十字光标都以10为基本单位移动，目的是为了方便对准目标或引脚。
Visible是指图纸上实际显示的栅格的距离，默认值为10，它不会影响十字光标的位移量，只会影响视觉效果。
✧设置自动寻找电气节点
图2-19中的ElectricalGrid区用来设置是否具有自动寻找电气节点功能。
如果选择Enable复选框有效，并在Grid中输入一个有效值（如8），则系统会在画导线时以设定值8为半径，以当前光标为中心，向四周搜索电气节点，如果找到最近的节点，就会把十字光标移到该节点上，并在该节点上显示一个圆点。
✧辅助功能设置
ShowReferenceZones复选框用来设置显示的图纸边框中的参考坐标，默认应选中；ShowBorder复选框用来设置是否显示图纸边框；ShowTemplateGraphics复选框用来设置图纸的模板图形；BorderColor用来设置图纸边框的颜色，默认为黑色；SheetColor用来设置工作区的颜色，默认为黄色。
图2-22图纸信息设置对话框
✧图纸信息设置
单击图2-19所示对话框中的Organization选项卡，可打开图纸信息设置对话框，如图2-22所示。
Organization：
设置单位或公司名称；
Address：
设置单位或公司的地址；
Sheet：
设置原理图的序号（No.）和其所在项目里图纸的总数；
Document：
设置图纸的其他信息。
本图纸标题（Title）、编号（No.）和版本（Revision）。
2.绘图环境设置
这里主要涉及到光标、网格、元器件和电气节点。
打开菜单命令Tools/Preferences，弹出如图2-21所示设置界面，该界面上有三个选项卡，分别是Schematic、GraphicalEditing和DefaultPrimitives，用来对图形编辑环境进行设置。
✧Schematic
如图2-23所示。
图2-23Schematic设置界面
PinOption：
设置与引脚相关参数。
PinNameMargin设置引脚名称与元器件边沿间的距离，PinNumberMargin设置引脚号与元器件边沿间的距离。
Options：
用于导线交叉点与导线拖动的设置。
Auto-Junction设置自动放置节点，即有效时在导线交叉点处自动放置节点；DragOrthogonal设置正交方式拖动，选择后，连线就只能在水平和垂直两个方向拖动。
Multi-PartSuffix：
用于设置多单元器件芯片中每一单元的序号。
Alpha按字母表示每个单元的顺序号，Numeric按数字表示每个单元的顺序号。
DefaultPowerObjectNames：
用于设置当前地线名称。
PowerGround电源地，SignalGround表示信号地。
✧GraphicalEditing
为图形编辑器设置页面，如图2-24所示。
图2-24GraphicalEditing设置界面
Options：
ClipboardReference剪切板参考点，一般选；AddTemplatetoClipboard将图纸模板复制到剪切板；ConvertSpecialStrings转换特殊字符，选中后特殊字符串的内容会显示；DisplayPrinterFonts显示打印机中的字体；CenterofObject目标中心，用于元器件移动，一般选；Object’sElectricalHotSpot目标电气热点，连线与引脚自动对齐功能，对齐后显示一个大黑点；AutoZoom显示比例自动调整。
ColorOptions：
设置被选中对象的颜色和栅格的颜色。
Undo/Redo：
设置可以撤销的恢复次数。
图2-25DefaultPrimitives选项卡界面
Cursor/GridOptions：
用来设置光标的类型和栅格形状。
AutopanOptions：
用来设置光标到达图纸边沿时自动移动图纸。
Speed调整移动速度；Style下有三个选项，默认为中间项。
✧DefaultPrimitives
其界面如图2-25所示，建议初学者一般不要轻易更改。
3.模板的应用
设计好一个标题栏，当然希望它可用在多张图纸上。
最好的方法是建立图纸模板，当需设计原理图时只要调用图纸模板就可以了。
✧建立模板
新建立一个数据库文件装载模板，设文件名为Mydot.Ddb，可在此数据库文件中按不同的图纸大小建立多个图纸模板。
新建立一个.Sch文件，图纸大小设为A4，用前面介绍的方法画好标题栏。
打开Tools/Preferences命令对话框，将其中GraphicalEditing选项中的ConvertSpecialStrings项选中，见图2-24。
用命令File/SaveCopyAs在Format下拉列表中选择AdvancedSchematicbinary（*.Dot），将这幅图纸存为模板类型，文件名为模板A4.Dot。
新建第二个.Sch文件，图纸大小设为B号。
用复制/粘贴的方法将模板A4.Dot的标题栏复制到图纸上，文件名为模板B.Dot存盘。
✧调用模板
先新建一个电路图文件（*.Sch）,然后用命令Design/Template/SettemplateFileName，在对话框中选择模板A4.Dot，见图2-26。
点击OK按钮，新建的电路图文件就按模板A4的图纸规格配置了。
图2-26模
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