电子线路CAD设计.docx

1、电子线路CAD设计东 北 石 油 大 学 课 程 报 告 课 程 电子线路CAD 院 系 电气信息工程学院测控系 专业班级 测控技术与仪器专业二10-1班 学生姓名 学生学号 指导教师 2011年 7 月 12日电子线路CAD课程任务书一、学习目的 1、熟练掌握使用Protel 99se 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Protel 99se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

2、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 2011.7.3至2010.7.12 指导教师 专业负责人 2011年 7 月 1 日第1章 Protel 99se设计环境认识1.1 Protel 99se电路板设计软件的介绍Protel软件包是90年代由澳大利亚Protel Technology公司研制开发的，应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，

3、可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成原理图、印制板设计、可编程逻辑器件设计和电路仿真等，可以设计32个信息层，16个电源-地层和16个机加工层。Protel99SE中主要功能模块如下：（1）Advanced Schematic 99SE（原理图设计系统） 该模块主要用于电路原理图设计、原理图元件设计和各种原理图报表生成等。 （2）Advanced PCB 99SE（印刷电路板设计系统） 该模块提供了一个功能强大和交互友好的PCB设计环境，主要用于PCB设计、元件封装设计、报表形成及PCB输出。（3）Advanced Route 99S

4、E（自动布线系统） 该模块是一个集成的无网格自动布线系统，布线效率高。（4）Advanced Integrity 99SE（PCB信号完整性分析）该模块提供精确的板级物理信号分析，可以检查出串扰、过冲、下冲、延时和阻抗等问题，并能自动给出具体解决方案。（5）Advanced SIM 99SE（电路仿真系统）该模块是一个基于最新Spice3.5标准的仿真器，为用户的设计前端提供了完整、直观的解决方案。（6）Advanced PLD 99SE（可编程逻辑器件设计系统）该模块是一个集成的PLD开发环境，可使用原理图或CUPL硬件描述语言作为设计前端，能提供工业标准JEDEC输出。 1.2 设计环境设

5、置原理图设计环境设置 1、 图纸设置首先打开原理图文件，然后执行菜单命令“Design”下的“Options”，弹出图纸设置选项卡。2、 栅格和光标设置执行菜单命令Tools/Preference或在编辑区单击鼠标右键，执行快捷菜单中的Preference命令，系统将弹出Preference对话框，如图所示。3、 字体的设置进入Protel 99 SE环境，单击屏幕左上角的“下箭头”按钮，选择Preference命令，系统弹出字体设置对话框。 第2章 Protel 99se电路原理图的绘制2.1 电路原理图的设计步骤原理图设计是印制板设计的第一步，也是十分重要的一步，电路原理图设计的好坏将直接

6、影响到后面的工作。对于设计的原理图，不但要求其正确无误，还要求其布局合理，美观实用。一般需要以下几个步骤：（1）设置电路图纸参数用户根据电路图的复杂程度设置所用图纸的大小、方向等参数，这实际上是建立一个工作面的过程，用户只有设置好这个工作面，才能够充分发按出自己的创造力。（2）装入和定制元件库根据电路需要，将所需元件的元件库装入设计系统中，以便用户从中查找和选定所需的元器件，由于Protel99SE提供的元件库很多，查找元件很不方便，因此，用户可根据实际情况，定制自己的元件库。（3）放置元件根据电路需要，将元件从元件库中取出放置到工作平面上，这一阶段同时对元件在工作平面上的位置进行调整，对元件

7、的编号、封装形式等进行定义和设置，以便为下一步的布线工作作好准备。（4）原理布线用户利用Protel99SE提供的各种工具、命令进行布线，将工作平面上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，形成一个完整的原理图。（5）检查与调整用户对所绘制的原理图作进一步的检查，找出存在的问题，然后，利用Protel99SE提供的各种工具对原理图作进一步的修改和调整。最后，对原理图做一些相应的说明、标注和修饰，以增加可读性和可视性。（6）存盘打印对设计完成的原理图进行存盘、输出打印，以供在以后的工作中使用。2.2 电气检查与网络报表的生成在原理编辑过程及产生网络表之前，需要检查或测试用户设计的原理图信号的正

8、确性。Advanced Schematic提供了一个最基本的测试功能电气规则检查。ERC可检查电路图中是否有电气特性不一致的情况。原理图绘制好后，再检查一下，可以先按Z键再按A键（此功能与先按V(View)键再按F(Fit All Objects)键是一样的,这是Protel 99 SE快捷键使用方法），将原理图上所有的器件全部显示，主要看是否有漏画的元件以及有没有接错管脚的连线，因为在接下来的ERC(Electrical Rue Check)检查中，这两点错误是不易被检测出来的。在修改时，选中一个元件，在鼠标箭头上可能会出现一个提示栏，出现提示栏是因为当前所选中的点上有两个或者两个以上的器件

9、存在，可以在提示栏中选择要选中的器件进行修改。当一些明显错误修改完成后，选择Tools菜单下ERC命令进行ERC检查。在本例中如果绘制正确，将不会有错误提示。不过，有时ERC检查后有错误提示，并不一定就是电路的电气规则有错。网络表文件（.net）是原理图编辑器SCH与印制板编辑器PCB之间连接的纽带。编辑电路原理图的最主要目的就是为了将设计电路转换成一个有效的网络表，以供制作印制电路板或仿真等其他后续处理程序使用。 （1）执行“Design”菜单下的“Create Netlist”命令。（2）在“Netlist Creation”设置框内，指定网络表文件的输出格式、网络标号作用范围等选项后，单

10、击“OK”按钮完成设置。（3）对话框设置完后，进入Protel 99 SE的记事本程序，产生相应的网络表，并将结果保存为.net文件。第3章 印刷电路板的绘制3.1 印刷电路板的设计过程Protel 99 SE印刷电路板设计过程如下：（1）建立PCB文件打开Documents目录，选择菜单FileNew，出现New Document窗口，选择PCB Document点击OK确定，生成一个空的PCB文件。双击文件名图标，进入PCB文件编辑界面。 （2）规划电路板 根据要设计的电路确定电路板的尺寸。选取Keep Out Layer复选框，执行菜单命令Place/Keepout/Track，绘制电路

11、板的边框。执行菜单Design/Options，在“Signal Lager”中选择Bottom Lager，把电路板定义为单面板。（3）环境参数设置 执行菜单命令Design/Rules，左键单击Routing按钮，根据设计要求，在规则类中设置参数。（4）添加/删除PCB元、器件封装库 执行菜单命令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。（5）装入网络表 执行菜单Design/Load Nets命令，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文件（扩展名为Net），如果没有

12、错误，单击Execute。若出现错误提示，必须更改错误。（6）元器件布局 Protel 99 SE既可以进行自动布局也可以进行手工布局，执行菜单命令Tools/Auto Placement/Auto Placer可以自动布局。（7）自动布线执行菜单命令Auto Routing/All，并在弹出的窗口中单击Route all按钮，程序即对印刷电路板进行自动布线。只要设置有关参数，元件布局合理，自动布线的成功率几乎是100%。（8）手工调整自动布线结束后，可能存在一些令人不满意的地方，可以手工调整，把电路板设计得完美。（9）打印输出印刷电路板图执行菜单命令File/Print/Preview，形成

13、扩展名为PPC的文件，再执行菜单命令File/print Job，就可以打印输出印刷电路板图。3.2 人工布线画电路板的方法在PCB设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的准备工作都是为它而做的, 在整个PCB中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细、工作量最大。（1）电源、地线的处理既使在整个PCB板中的布线完成得都很好,但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰, 会使产品的性能下降,有时甚至影响到产品的成功率。所以对电源、地线的布线要认真对待,把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质量。地线与电源线之间噪音所产生的原因, 现只对降低式抑制噪音作以表述:电源、地线之间

14、加上去耦电容。尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线电源线信号线,通常信号线宽为:0.20.3mm,最经细宽度可达0.050.07mm,电源线为1.22.5 mm 。对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用。用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用.或是做成多层板,电源,地线各占用一层。（2）数字电路与模拟电路的共地处理现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰。数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强

15、,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整人PCB对外界只有一个结点,所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一个连接点。也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定。（3）信号线布在电(地)层上在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,其次才是地层。因为最好是保留地层的完

16、整性。（4）大面积导体中连接腿的处理在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的考虑,就电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如:焊接需要大功率加热器。容易造成虚焊点.所以兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(Thermal),这样,可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相同。（5）布线中网络系统的作用在许多CAD系统中,布线是依据网络系统决定的。网格过密,通路虽然有所增加,但步进太小,图场的数据量过大,这必然对设备的存贮空间

17、有更高的要求,同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数。（6）设计规则检查(DRC)布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求。第4章 电路板的抗干扰设计4.1 一般性原则（1）电源线布置：1、根据电流大小，尽量调宽导线布线。2、电源线、地线的走向应与信号的传递方向一致。3、在印制板的电源输入端应接上10100F的去耦电容。 （2）地线布置：1、数字地与模拟地分开。2、接地线应尽量

18、加粗，致少能通过3倍于印制板上的允许电流，一般应达23mm。3、接地线应尽量构成死循环回路，这样可以减少地线电位差。 （3）去耦电容配置：1、印制板电源输入端跨接10100F的电解电容，若能大于100F则更好。2、每个集成芯片的Vcc和GND之间跨接一个0.010.1F的陶瓷电容。如空间不允许，可为每410个芯片配置一个110F的钽电容。3、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。4、在单片机复位端“RESET”上配以0.01F的去耦电容。5、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）器件配置：1、 时钟发生器、晶振和CPU的

19、时钟输入端应尽量靠近且远离其它低频器件。2、小电流电路和大电流电路尽量远离逻辑电路。3、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。 （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。 （6）其它原则：1、总线加10K左右的上拉电阻，有利于抗干扰。2、布线时各条地址线尽量一样长短，且尽量短。3、PCB板两面的线尽量垂直布置，防相互干扰。4、去耦电容的大小一般取C=1/F，F为数据传送频率。5、不用的管脚通过上拉电阻接Vcc，或与使用的管脚并接。6、发热的元器件应避开易受温度影响的器件。7、采用全译码比线译码具有较强的抗干扰性

20、。 （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。 4.2 抗干扰设计在电子系统设计中，为了少走弯路和节省时间，应充分考虑并满足抗干扰性的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。形成干扰的基本要素有三个：（1）干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干扰源。（2）传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。（3）敏感器件，指容易被干扰的对象。 抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提

21、高敏感器件的抗干扰性能。 1、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（一般是RC串联电路，电阻一般选几K 到几十K，电容选0.01uF），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0.01F0.1F高频电容，以减小IC对电源的 影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。（5）布线时避免90度折

22、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。 2、切断干扰传播路径的常用措施如下：（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。比如，可以利用磁珠和电容组成形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100电阻代替磁珠。（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。 控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离。（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

23、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。尽可能把干扰源与敏感元件远离。（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。A/D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片 引脚排列时已考虑此要求。（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。 3、提高敏感器件的抗干扰性能（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

24、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。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。（5）IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。总结与个人心得Protel 99 SE课程设计紧锣密鼓的进行了10天，现在已结束，总感觉自己要学的东西还有很多，仅仅通过这几天的实习自己并不能完全掌握这方面的知识。但是回想这10天的设计课程：从一个并不了解此电路设计软件的初学者到现在可以作出一些简单的原理图和PCB板图，对于我来说

25、，这已是个不小的收获。在教学过程中老师详细的为我们介绍了Protel 99 SE的相关知识和原理，如：Protel 99 SE设计环境设置、如何绘制Protel 99 SE电路原理图以及如何绘制PCB印刷板图等等；然而实践是检验真理的唯一标准，我们也进行了上机操作实践。就这样，我开始慢慢的一步步按照老师所说的步骤完成着老师布置的任务。在遇到困难的地方老师也会细心的帮助解答。在逐渐的学习过程中，自己渐渐对Protel 99 SE软件也产生了浓厚的兴趣。通过这10天的课程设计学习我有了很多的收获。首先，通过学习我熟悉了Protel的基本操作，学会了如何绘制Protel原理图，掌握了用Protel制

26、作PCB板图的方法；其次就是，我对所学专业有了更加深入的了解，而Protel 99 SE软件对于我们测控专业的学生来说，以后必定会经常使用，学好它对于我们也是非常重要的。附录1 电路原理图 附录2 网络表与元件封装表1、原理图的网络表如下：C1RB.2/.4100uC2RB.2/.4100uC3RAD0.1104C4RAD0.1104C5RB.2/.410uC6RAD0.120PC7RAD0.120PC8RAD0.1105C9RAD0.1105C10RAD0.1105C11RAD0.1105D0DIODE-0.4DIODED1DIODE-0.4DIODED2DIODE-0.4DIODED3DI

27、ODE-0.4DIODED4DIODE-0.4DIODED5DIODE-0.4DIODED6DIODE-0.4DIODED7DIODE-0.4DIODED8DIODE-0.4POWERJ1DB9/FDB9JP1POWER44 HEADERR1AXIAL0.31KR2AXIAL0.3820R3AXIAL0.3820R4AXIAL0.3820R5AXIAL0.3820R6AXIAL0.3820R7AXIAL0.3820R8AXIAL0.3820R9AXIAL0.3820R10DIP24MAX232R11AXIAL0.38k2S1ABCSW SPSTU1TO-220MC7805U2DIP408051

28、Y1XTAL112M(GNDC1-2C2-2C3-2C4-2C6-1C7-1C11-2D8-2J1-5JP1-1R10-15R11-2U1-2U2-20)(NetC5_2C5-2R11-1S1-2U2-9)(NetC6_2C6-2U2-19Y1-1)(NetC7_2C7-2U2-18Y1-2)(NetC8_1C8-1R10-1)(NetC8_2C8-2R10-3)(NetC9_1C9-1R10-2)(NetD0_1D0-1R2-1)(NetD1_1D1-1R3-1)(NetD2_1D2-1R4-1)(NetD3_1D3-1R5-1)(NetD4_1D4-1R6-1)(NetD5_1D5-1R7

29、-1)(NetD6_1D6-1R8-1)(NetD7_1D7-1R9-1)(NetD8_1D8-1R1-2)(NetJP1_2C1-1C3-1JP1-2JP1-3JP1-4U1-1)(NetR10_4C10-1R10-4)(NetR10_5C10-2R10-5)(NetR10_6C11-1R10-6)(NetR10_13J1-3R10-13)(NetR10_14J1-2R10-14)(P10D0-2U2-1)(P11D1-2U2-2)(P12D2-2U2-3)(P13D3-2U2-4)(P14D4-2U2-5)(P15D5-2U2-6)(P16D6-2U2-7)(P17D7-2U2-8)(RXDR10-12U2-10)(TXDR10-11U2-11)(VCCC2-1C4-1C5-1C9-2