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1、简明教程河南理工大学电路设计技术讲义Protel99简明讲义（内部资料，仅供学校内部使用）主讲：李冰锋 河南理工大学电气工程与自动化学院目 录概述 1Portel 99 使用基础 21. 电子系统设计流程 22.如何启动Porte 99 23. Protel 99菜单栏 34. 工具栏 35. 设计管理面板 36.状态栏 37新建设计数据库文件和原理图设计文件 4原理图绘制基础 71. 电路原理图设计基本流程 72. 电路图设计中的若干术语 8一、有关元件的操作 9二、布线 12三、绘图工具栏的介绍 15四、电气规则检查 15五、生成与校对SPICE netlist 16原理图实例训练 17一

2、、绘制原理图的要求 17二、实例 17PCB印制电路板设计入门 21一、印制电路板的结构 21二、电路板设计基础知识 21三、设计PCB的流程 23四、绘制PCB图 241. 工作层面的设置 242. 规划电路板 253. 网络表与元件的装入 254. 元件布局 265. 自动布线 27印制电路板设计实例训练 29一、印刷电路板设计的评分要求 29二、实例 29三、典型元件的封装 32四、常用的PCB库元件 34概 述EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术是现代电子工程领域的一门新技术，它提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计方法。EDA 技术

3、的发展和推广极大地推动了电子工业的发展。EDA 在教学和产业界的技术推广是当今业界的一个技术热点，是现代电子工业中不可缺少的一项技术，掌握这种技术是通讯电子类高校就业的一个基本条件。基于电路和 PCB 级的电子设计软件是 EDA 软件的主流，目前比较流行的PC 级软件有Protel、Orcad、PADS power和Multisim等。其中 Protel 是国内业界最早使用和最早流行的一个软件。它以其卓越的功能和旺盛的生命力紧跟计算机操作系统和 EDA 技术的发展步伐，其发展历史反映了计算机技术和 EDA 技术的发展历史。Protel 产品家族的渊源最早可以追溯到1988年，美国ACCEL T

4、echnologies inc 公司推出的TANGO软件包，可以说是 Protel 的前身了。进入20世纪90年代以后，随着个人计算机硬件性能的提高和 Windows 操作系统的推出，Protel Technology 公司陆续推出了Protel for Windows 1.0 、Protel for Windows 2.0、Protel for Windows 3.0、 Protel 98、 Protel 99 以及 Protel 99SE 等产品。Protel 99 是1999年正式推出的具有 PDM 功能的强大 EDA 综合设计环境。2002年，Altium 公司又推出了Protel 家

5、族的新成员，也就是 Protel DXP（Design Explore）。目前，已有最新版本2005。本讲义仅结合 Protel 99 以及 Protel 99SE 介绍 Protel 的基本功能和工作环境。Protel 99 的内容简介Protel 99 是桌面环境下第一个以设计管理和协作技术（PDM）为核心的全方位印刷电路板设计系统，它继承了Protel 98 的原有特点，并增加了3个最新技术，即SmartDoc、SmartTeam 和 SmartTool。其主要由两部分组成：1. 第1部分时电路设计部分，主要包括：（1） 原理图设计模块 Protel Advanced Schematic

6、 99，包括设计原理图的原理图设计编辑器，修改和生成零件的零件库编辑器及各种报表生成器。（2） 电路板设计模块 Protel Advanced PCB 99，包括设计电路板的电路板编辑器，修改和生成零件封装的零件封装编辑器及电路板组成管理器。（3） PCB 自动布线的 Protel Advanced Route 99。2. 第二部分是电路仿真和PLD设计部分，主要包括：（4） 可编程逻辑器件设计模块Protel Advanced PLD 99，包括具有语法处理的文本编辑器，编译和仿真设计结果的 PLD 及用来观察仿真波形的Wave。（5） 电路仿真模块 Advanced SIM 99，包括数/

7、模混合信号电路仿真器，可提供连续的模拟信号和离散的数字信号仿真。（6） 信号完整性分析模块Advanced Integrity 99，包括一个高级信号完整性仿真器，可分析PCB设计和检查设计参数，测试过冲、下冲、阻抗和信号斜率等。编者于2005年8月Portel 99 使用基础1.电子系统设计流程一般情况下，设计一个电子系统基本可分为以下几个步骤。1.1 构想电路模块在着手绘制具体的电路图之前，首先需要对整个系统进行模块化设计。即将整个系统分为若干个相对独立的模块（如输入、输出、控制、处理和显示模块等），以及各模块之间的接口关系。然后为不同模块分别绘制其具体的电路图，各模块之间通过接口连接，从

8、而构成一个具体而完整的电子系统。1.2 设计电路原理图利用Protel 99 的原理图设计系统绘制一张电路原理图。1.3 校对后输出电路图检查和校对绘制的电路图，保证所绘制的电路图正确无误，同时也可以存档。1.4 产生SPICE netlistSPICE netlist是电路原理图设计（Sch）与印制电路板设计（PCB）之间的一座桥梁，是电路板自动布线的核心。SPICE netlist可以从电路原理图中获得。1.5 设计印制电路板设计印制电路板的过程需要借助Protel 99提供的强大功能。1.6 检查后输出PCB板图对于绘制的PCB板，主要进行各种设计规则检查，如安全、间距和干扰等，以及网络

9、检查。分层输出的PCB板图可用来备查和给制版商制作电路板。概括的说，电路板设计的基本步骤为：原理图的设计产生网络表 印制电路板的设计2.如何启动Portel 99方法一： 开始 程序 Protel 99方法二： 直接双击Windows桌面上的Protel 99图标3. Protel 99菜单栏Protel 99菜单栏包括各种命令操作、各种参数设置、各种开关的切换等功能，它主要包括文件【File】,视图【View】和帮助【Help】，菜单栏最左端的箭头图表是系统设置菜单，用来进行系统的设置。【File】：它主要用于文件的管理，包括文件的新建、打开等【View】：用于设计管理器、状态栏、命令行的打

10、开与关闭【Help】：用于打开帮助文件4. 工具栏 工具栏的功能其实是各菜单功能中的一部分：用于打开或关闭文件管理器：用于打开一个设计文件：用于打开帮助文件5. 设计管理面板设计管理面板位于Protel99系统窗口的左半部。在电路原理图编辑环境下，当系统处于不同的工作状态时，设计管理面板有以下几种情况。（1）文档管理器：在初始界面下，该面板只有如右图所示的标签。当建立或打开一个设计数据库之后，文档管理器便以树形列表的方法显示出设计者、设计数据库以及设计数据库内部各种设计文档之间的层次关系。（2）元件管理器：当系统处于电路图编辑状态时，设计管理面板上如左图所示的标签，选中此标签，可以进行电路图元

11、件的选择、浏览和放置。6.状态栏在主界面的最下方的是状态栏，用于显示系统当前的状态。 显示光标在工作区中的坐标值 对使用者的操作进行提示 用来显示当前正在执行的命令7新建设计数据库文件和原理图设计文件7.1 创建一个新的设计文件在启动各种编辑器之前，必须先创建一个新的设计文件（Design File）或打开已经存在的设计文件，后缀名为.ddb。步骤：1. 【File】 【New】2. 单击Browse按钮，选择文件的存储位置，Protel 99默认文件名为“My design .ddb”3. 单击【OK】，就创建了一个新的设计数据库文件这样该设计相关的各种文件及信息都将包含在这个数据库中。7.

12、2 打开数据库文件夹步骤：方法一： 1.单击设计管理器Explorer窗口中设计数据库文件“My design .ddb”前的“+”图标或双击该文件打开该数据库。2. 单击“My design .ddb”下的“Documents”文件夹即可打开数据库文件夹。方法二：在工作窗口中双击文件夹图标。7.3 启动原理图编辑器在创建或打开一个数据库文件并打开数据库文件夹后，我们就可以在该文件夹中创建原理图文件并启动原理图编辑器。 文件夹编辑器 表格编辑器 文件编辑器 波形编辑器步骤：1. 【File】 【New】2. 单击Schematic Document 【OK】或直接双击图标。 3. 单击Expl

13、ore 下的Sheet1或直接双击工作窗口中的Sheet1对文件进行更名采用Windows标准操作：先单击鼠标左键选中文件图标，而后单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择Rename命令，最后输入预定义文件名。7.4 文件的保存保存当前处于工作状态的一个文件，执行菜单命令【File】【Save】保存当前工作区的所有文件，执行菜单命令【File】【Save All】要对文件进行备份，执行菜单命令【File】【Save Copy As】，然后在弹出的对话框中输入备份文件的文件名并选择相应的文件类型，最后单击“OK”即可。7.5 关闭当前设计文档方法一：利用菜单命令【File】【Close】方法二：利用文

14、档管理器在导航树中，右击待关闭的设计文档，再在弹出的快捷式菜单中，选择Close方法三：利用设计窗口的文档标签在设计窗口顶行的文档标签上右击，再在弹出的快捷式菜单中选择Close7.6 文件的删除Protel 99 可以直接对设计数据库的各种文件进行删除。要删除一个文件，首先要在工作区内关闭该文件，即使该文件退出工作状态。方法一：在设计管理器（Explorer）中找到该文件，在文件名上单击鼠标右键，再弹出的菜单中选择【Delete】命令，然后在出现的对话框中单击“Yes”按钮。方法二：在设计窗口的该文件名上单击鼠标右键，从弹出的菜单中选择【Delete】命令，然后在出现的对话框中单击“Yes”

15、按钮。7.7 启动印制电路板编辑器印制电路板编辑器实际上就是一个PCB设计系统，它在电路原理图和生成的网络表的基础上，完成印制电路板的设计。步骤： 1. 【File】 【New】 2. 单击PCB Document 图标 【OK】或直接双击图标7.8 不同编辑器之间的切换方法：用鼠标单击标签。原理图绘制基础1. 电路原理图设计基本流程原理图绘制是电子设计的基础。利用Protel 99设计原理图的基本流程如下图所示。 1.设置图纸大小进入Protel 99 的Schematic后，首先要构思元件图，设置图纸大小。图纸有A0-A5、A-E等14种规格，图纸大小根据电路图的规模和复杂程度而定。2.设

16、置设计环境设置Protel 99 的Schematic设计环境包括设置格点大小和类型，光标类型等。一般大多数参数均可采用系统默认值，设置之后无需修改。3.放置元件和定义元件属性根据电路图的需要，将元件实体从元件库（*.LIB）中取出放置到图纸上，并定义放置元件的序号和元件封装等。另外，还需要对齐放置的元件，根据需要放置元件参数。4.原理图布线原理图布线即利用Protel 99Schematic提供的各种连线工具，用具有电气意义的导线、网络标号、端口标号和电气连接点等连接图纸上的元件，构成一个完整的原理图。5.调整线路调整线路即进一步调整和修改初步绘制的电路图，使其更加美观实用。6.输出报表通过

17、Protel 99Schematic提供的各种报表工具生成各种报表，其中最重要的是SPICE netlist，通过SPICE netlist为后续的电路板设计做准备。7.保存及打印输出文件保存原理图文件和打印输出原理图及各种辅助文件。2. 电路图设计中的若干术语2.1 电气部件和非电气部件电气部件是指电路图中有电气作用的元素，是电路图中不可缺少的组成部分。例如晶体管、二极管、电阻和电源等电路零件以及它们之间的相互连线等。非电气部件是指电路图中没有电气作用的元素，是电路图中可有可无的部分，但能帮助人们理解电路图或者美化电路图。2.2 元件、器件和复合元件元件（Part）是指具有独立电性能的单个部

18、件，如晶体管、电阻、电容等。器件（Compote）是指由多个元件按照逻辑关系相互连接成一个具有特定电气功能的部件。例如三端集成稳压电路等。复合元件（Multi Part）是将多个元件封装在一起，从物理结构上看，它是一个整体，但从逻辑上看，它仍然是若干个独立的元件。2.3 元件名称、元件编号和元件类型元件名称（Lib Ref）：在Protel系统中，所有元件的图形均以特定的名称保存在元件库中，这就是它们的元件名称。它是系统规定的，用户一般不作更改。元件编号（Designator）：图纸上的每个元件都有一个唯一的序号，元件编号就是表示元件在图纸上放置顺序的号码。元件类型（Part Type）：元件

19、类型是指元件的规格与型号。一、有关元件的操作1.1 装入元件库电路原理图中有两大元素：一个是元件，另一个是线路。绘制一张原理图首先是要把有关的元器件放置到工作平面上。在放置元器件之前，必须知道各个元器件所在的元件库，并把相应的元件库装入到原理图管理浏览器中。步骤：方法一：1. 打开原理图左侧的管理浏览器，如上图所示 2. 单击Library下的Add/Remove装入原理图所需的元件库（在Protel99安装目录的LibrarySch文件夹下选取元件库文件） 3. 单击选择所需的库文件，然后单击Add按钮。方法二：执行主菜单Design| Add/Remove Library 命令在此界面上将

20、需要的库文件装入。注：常用的库文件有“Miscellaneous Devices.ddb”, “Dallas Microprocessor. ddb”、“Intel Databooks.ddb”、 “Protel Dos Schematic Libraries.ddb” 1.2 放置元件放置元件有四种方法：1. 原理图浏览器浏览 2. 快捷键：PP3. 工具条 4. 菜单命令【Place】【Part】电源与接地元件的放置VCC 电源元件与GND 接地元件有别于一般的电气元件。它们必须通过菜单Place（放置）/Power Port（电源接地符号）或电路图绘制工具栏上的按钮 调用。这编辑窗口中会

21、有一个随鼠标指针移动的电源符号，按Tab键，在对话框中可以编辑电源属性，在Net 栏中修改电源符号的网络名称，在Style栏中修改电源类型，Orientation修改电源符号放置的角度。电源与接地符号在Style下拉列表中有多种类型可供选择，所下图所示。1.3 选择元件与取消选择元件选择单个元件：1、选择方法：用鼠标左键点击某个元件的中心位置，出现一个黑色虚线框。2、取消选择的方法：用用鼠标左键在该元件旁边点击一下，黑色虚线框消失。同时选择多个元件：1、选择方法：在多个元件的上方按住鼠标的左键拖出一个黄色框包住所有元件。2、取消选择的方法：快捷键X A(使用快捷键时输入法为英文状态)。1.4

22、元件位置的调整移动单个元件：方法一： 菜单命令：【Edit】【Move】【Move】 步骤：1）执行移动命令 2）点选元件 3）移动元件方法二：用鼠标左键按住某个元件的中心位置拖动到所需的地方。移动多个元件：方法一：菜单命令：【Edit】【Move】【Move Selection】 注：在同时移动多个元件之前，需首先框选中所要移动的元件，再进行移动。方法二：先在元件上方按住鼠标左键拖出一个黄色框选中多个元件，然后用鼠标左键按住某一个元件的中心位置拖动到所需的地方。旋转元件：1、左右翻转（水平方向）：快捷键X；2、上下翻转（垂直方向）：快捷键Y；3、逆时针90 度翻转：空格键 Space。注意：

23、（1）输入法必须为英文状态；（2）必须用鼠标左键按住元件，使元件处于拖动状态。1.5 元件的删除删除元件或其他图件就是从当前图纸中将不需要的元件或图件删除。删除元件命令有三类：删除、剪切和清除。删除一个元件：1.执行菜单命令【Edit】【Delete】后，出现十字光标，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，若要退出单击鼠标右键或按ESC键退出命令状态。2.用鼠标左键点击某个元件的中心位置，使它产生黑色虚线框，按键盘上的Delete键可删除元件。一次删除多个元件：1.选中所要删除的多个元件按住鼠标左键不放，然后拖动鼠标，用拖出的选框框住所要删除的

24、多个元件，然后松开鼠标左键。2.删除选中的元件菜单命令：【Edit】【Clear】 快捷键：CTRL+DEL1.6 元件属性的编辑调整好元件的位置后，我们对各个元件的属性进行编辑。元件的属性主要包括元件的序号、封装形式、管脚号定义等。双击元件的中心位置，显示如下图所示的Part对话框，用于设置基本参数。 【Lib Ref】：元件在元件库中的型号（不允许修改）。【Foot print】：元件的封装形式，即元件对应实物的实际形状和PCB板图上焊接元件的图形名称。 【Designator】：元件标号。绘制原理图后，可通过修改元件的标注来统一原理图的元件。 【Part】：元件参数，对于集成元件，一般输

25、入元件的名称；对于分立元件，则输入元件的实际值。 【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。 设置结束后，单击OK按钮即可。二、布线将元件放置在图纸上的适当位置，设置好元件的属性后，就可以正式开始布线工作了。布线工作是通过各种方式，将各个原本相互独立的元件按照我们的设计要求连起来，使它们之间具有一定的电气联系。布线的方法主要有三种：1.利用原理图工具栏用鼠标左键直接选择原理图工具栏上的各个按钮，即可进行相应的绘制工作。2.利用菜单命令执行【Place】菜单下的各个命令选项，这些选项的功能与原理图工具栏上按钮的功能相互对应。例如，画导线按钮

26、与菜单命令【Place】【Wire】的功能完全相同。3.利用快捷键菜单中的每一个命令名称下都有一个带下划线的字母。方法：1）按住ALT键，再同时按下这些字母键（带下划线的）2）直接按下带下划线的字母键，如画导线：P/W2.1 画导线1.单击画原理图工具栏中的画导线按钮 执行菜单命令【Place】【Wire】快捷键：P/W2.执行画导线命令后，出现十字光标。单击，确定导线的起始点。注意：导线的起始点一定要设置在元件的引脚上，否则导线与元件并没有电气连接关系。使用连线工具条的画导线，而不要用绘图工具条的来画导线。3.移动鼠标开始画导线。单击鼠标左键确定导线的终点。同样，导线的终点也一定要设置在元件

27、的引脚上。注意：如果导线需要转折处，要在转折处单击鼠标左键来确定导线的位置，每转折一次都要单击一次。4.单击鼠标左键或按ESC键，即可完成一条导线的绘制。注意：“T”型线路的节点是程序自动放置的，无须用户手工放置。5.导线绘制完毕后，单击鼠标右键或按ESC键即可退出命令状态。6.双击导线，在弹出的对话框中设定相关参数，如颜色、线宽等。2.2 放置接点放置接点就是使相互交叉的导线具有电气上的连接关系。步骤： 1. 单击画原理图工具栏上的接点按钮快捷键：P/J菜单命令：【Place】【Junction】 2. 单击鼠标左键 3. 单击鼠标右键即可退出命令状态 4. 双击节点，设置属性注意：在某些情

28、况下Schematic会自动在连线上加上接点（Junction）。但通常有许多接点要自己动手才可以加上的。2.3 放置网络标号除了通过画导线直接连接使元件之间具有电气联系外，还可以通过设置网络标号来实现元件之间的电气连接。网络标号实际的意义就是一个电气节点，具有相同网络标号的元件引脚、导线、电源及接地符号等具有电气意义的图件在电气关系上是连接在一起的。步骤： 1. 在相应的元件引脚上画上导线 2. 执行放置网络标号的命令：单击画原理图工具栏中的按钮快捷键P/N菜单命令：【Place】【Net Label】3. 放置网络标号4. 设置网络标号的属性（双击），在弹出的对话框中设置网络标号的属性。

29、5. 单击对话框中的OK按钮，即可完成设置网络标号的工作。注意：设置网络标号的名称时，如果设置成同一网络的网络标号，其名称应该完全相同，包括字母的大小写也要完全一样，否则，将被是为不同的网络。2.4 放置总线为了简化原理图，用一条导线来代替数条并行的导线，这条线就是所谓的总线。利用总线进行连接不仅可以减少图中的导线、简化原理图，而且清晰直观。使用总线代替一组导线时，通常需要与总线分支线相配合。步骤：1. 执行画总线的命令：单击画原理图工具栏中的总线按钮快捷键：P/B执行菜单命令：【Place】【BUS】 2. 绘制总线；画总线的操作方法与画导线的操作方法完全一样。 3. 单击鼠标右键或按ESC

30、键退出命令状态。 4. 左键双击导线，设置其属性。2.5 放置总线分支线步骤：1. 执行画总线分支线命令：单击画原理图工具栏中的总线分支线按钮快捷键：P/U执行菜单命令：【Place】【Bus Entry】 2. 放置并调整总线分支线的方向放置：将十字光标移到所要的位置，单击鼠标左键，即可将分支线放置在光标当前位置，然后可以继续放置其他的分支线。 3. 单击鼠标右键或按ESC键退出。 4. 左键双击总线分支线，设置其属性。2.6 放置电路的输入/输出端口（I/O）具有相同输入/输出端口名称的电路将被视为属于同一网络，即在电气关系上认为它们是连接在一起的。步骤：1. 执行制作电路的I/O端口的命令：单击画原理图工具栏中的端口按钮快捷键：P/R菜单命令：【Place】【Port】 2. 放置I/O端口操作：单击鼠标左键确定I/O端口一端的位置，然后拖动鼠标，当到达适当位置后，再次单击鼠标左键即可确定I/O端口另一端的位置。 3. 设置属性（双击）Name（I/O端口的名称）：设置I/O端口的名称。Style（I/O端口的外形）：设置I/O端口的外形。I/O端口的外形实际上就是I/O端口的箭头方向。I/O Type（I/O端口的电气特性）：设置端口的电气特性也就是对端口的输入输出类型进行设定。Alignment（I/O端口的形式）：设置端口