電子系統(tǒng)綜合設計與實踐(介紹、原理圖設計基礎)

電子系統(tǒng)綜合設計與實踐教科學院金華強聯(lián)系方式：1366610875電腦主板顯卡內存原理圖PCB布線PCB加工一、Protel99SE根底1.1EDA技術概述隨著計算機的開展，某些特殊類型電路的設計可以通過計算機來完成，但目前能實現(xiàn)完全自動化設計的電路類型不多，大局部情況下要以“人〞為主體，借助計算機完成設計任務，這種設計模式稱作計算機輔助設計〔ComputerAidedDesign，簡稱CAD〕。EDA技術是計算機在電子工程技術上的一項重要應用，是在電子線路CAD技術根底上開展起來的計算機設計軟件系統(tǒng)，它是計算機技術、信息技術和CAM〔計算機輔助制造〕、CAT〔計算機輔助測試〕等技術開展的產物。利用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產品從電路設計、性能分析、器件制作到設計印制板的整個過程在計算機上自動處理完成。1.2Protel99SE的組成

Protel軟件包是90年代初由澳大利亞ProtelTechnology公司研制開發(fā)的，應用于Windows2000/NT/XP操作系統(tǒng)下的EDA設計軟件，采用設計庫管理模式，可以進行聯(lián)網(wǎng)設計，具有很強的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設計軟件，可以完成原理圖、印制板設計、可編程邏輯器件設計和電路仿真等，可以設計32個信號層，16個電源--地層和16個機加工層，公司網(wǎng)址為，用戶如果需要進行軟件升級或獲取更詳細的資料，可以到上述網(wǎng)站查詢。

Protel99SE中主要功能模塊:⑴AdvancedSchematic99SE〔原理圖設計系統(tǒng)〕該模塊主要用于電路原理圖設計、原理圖元件設計和各種原理圖報表生成等。

⑵AdvancedPCB99SE〔印刷電路板設計系統(tǒng)〕該模塊提供了一個功能強大和交互友好的PCB設計環(huán)境，主要用于PCB設計、元件封裝設計、報表形成及PCB輸出。⑶AdvancedRoute99SE〔自動布線系統(tǒng)〕⑷AdvancedIntegrity99SE〔PCB信號完整性分析〕⑸AdvancedSIM99SE〔電路仿真系統(tǒng)〕⑹AdvancedPLD99SE〔可編程邏輯器件設計系統(tǒng)〕

1.3Protel99SE軟件的安裝(1)Protel99SE軟件安裝(2)Protel99SEServicePack6補丁軟件安裝(3)Protel99SE軟件漢化1.4Protel99SE軟件的啟動1、啟動Protel99SE的常用方法⑴用鼠標雙擊Windows桌面的快捷方式圖標，進入Protel99SE。⑵從程序組中啟動。執(zhí)行【開始】→【所有程序】→Protel99SE，進入Protel99SE。⑶直接點擊已經建立的DDB工程文件2、Protel99SE主界面Protel99SE啟動后，屏幕出現(xiàn)啟動畫面，幾秒鐘后，系統(tǒng)進入Protel99SE主窗口，如圖1-1所示。圖1-1Protel99SE主窗口執(zhí)行菜單【File】→【New】可以建立一個新的設計數(shù)據(jù)庫，屏幕彈出圖1-2所示的新建文件對話框，在【DatabaseFileName】框中可以輸入新的數(shù)據(jù)庫文件名，系統(tǒng)默認為“MyDesign.ddb〞，點擊【Browse...】按鈕可以修改文件的保存位置；單擊【Password】選項卡可進行密碼設置。圖1-2

創(chuàng)建新的設計數(shù)據(jù)庫文件設計保存類型〔1〕MSAccessDatabase:設計過程中的全部文件都存儲在單一的數(shù)據(jù)庫中，即.ddb文件中?！?〕WindowsFileSystem:建立一個設計數(shù)據(jù)庫的文件夾，所有文件都自動保存在該文件夾中。選擇路徑數(shù)據(jù)庫文件名設置完畢，單擊【OK】進入工程管理器主窗口，如圖1-3所示。Protel99SE主菜單的主要功能是進行各種文件命令操作、設置視圖的顯示方式和編輯操作等，它包括File、Edit、View、Window和Help五個下拉菜單。圖1-3

項目管理器主窗口2、Protel99SE文件管理雙擊【Documents】選項卡確定文件存放位置，然后執(zhí)行菜單【File】→【New】，屏幕彈出NewDocument對話框，如圖1-4所示，雙擊所需的文件類型，進入相應的編輯器。

為了便于管理文件，通常根據(jù)需要，可以在工程的數(shù)據(jù)庫文件中建立新的文件夾，并將一個設計工程所包含的各種文件保存在同一個或幾個文件夾中，以便于分辨和查找電路。圖1-4新建文件對話框

Protel99SE可以建立十種文件類型，各類型的圖標及說明如表1-1所示。1.5Protel99SE系統(tǒng)參數(shù)設置根據(jù)用戶使用的操作系統(tǒng)不同，Protel99SE在使用前一般需要對軟件系統(tǒng)參數(shù)進行一些設置。用鼠標單擊主程序菜單中的按鈕，屏幕彈出圖1-5所示的菜單項選擇項對話框，選擇【Preferences】命令。圖1-5菜單選項Preferences參數(shù)設置選中【CreateBackupFiles】復選框，系統(tǒng)將自動備份文件；選中【SavePreferences】復選框，那么保存對話框中設置的選項和電路圖設計軟件的外觀；選中【DisplayToolTips】復選框，電路中可以顯示工具欄。圖1-6系統(tǒng)參數(shù)設置自動備份設置單擊Preferences參數(shù)設置界面中的【Auto-SaveSettings】按鈕，屏幕彈出圖1-7所示的自動備份設置對話框，其中Number框中設置一個文件的備份數(shù)；TimeInterval框中設置自動備份的時間間隔，單位為分鐘；單擊【Browse】按鈕可以指定保存?zhèn)浞菸募奈募A。圖1-7自動備份設置對話框字體設置Preferences參數(shù)設置界面中的ChangeSystemFont按鈕，屏幕彈出圖1-8所示的字體設置對話框，可以進行字體、字體式樣、字號大小、字體顏色等設置。圖1-8字體設置對話框1.5Protel99SE工程設計組管理Protel99SE是以DesignDatabase〔設計數(shù)據(jù)庫〕的形式管理庫中的所有信息，包括設計時生成的各個工程文件和文件夾。Protel99SE支持網(wǎng)絡操作，支持團隊開發(fā)，允許設計組成員同時對一個設計數(shù)據(jù)庫進行操作，并提供了一系列平安保障措施。在每個數(shù)據(jù)庫中，默認都帶有設計工作組〔DesignTeam〕，包括Member、Permission和Session三個局部，如圖1-9所示。圖1-9設計工作組Members自帶兩個成員，即系統(tǒng)管理員〔Admin〕和客戶〔Guest〕。新建一個工程數(shù)據(jù)庫時，一般建庫者即為該工程的管理員，他可以設置密碼、創(chuàng)立設計組成員和設置成員的工作權限。圖1-10

設計組成員對話框

設置系統(tǒng)管理員密碼雙擊對話框中的Admin圖標，屏幕彈出系統(tǒng)管理員密碼設置對話框，如圖1-11所示。圖1-11

設置系統(tǒng)管理員密碼二、Protel99SE原理圖設計根底2.1Protel99SE原理圖編輯器原理圖編輯器主要用于繪制電路的原理圖，并可以在圖中可以添加波形及電路說明文字。1、啟動SCH99SE編輯器在指定Documents下，執(zhí)行【File】→【New】，屏幕彈出NewDocument對話框，即雙擊圖標，新建原理圖文件，如圖2-1所示，系統(tǒng)默認文件名為Sheet1，此時可以直接修改文件名。雙擊文件圖標，進入編輯器。圖2-1新件原理圖文件

原理圖編輯器，包括主菜單、主工具欄、設計管理器、工作窗口、狀態(tài)欄等。圖2-2原理圖編輯器

Protel99SE提供有形象直觀的工具欄，用戶可以單擊工具欄上的按鈕來執(zhí)行常用的命令。主工具欄按鈕功能如表2-1所示。除主工具欄外，系統(tǒng)還提供其它一些常用工具欄，如圖2-2中的原理圖工具欄、繪圖工具欄、常用器件工具欄、電源接地符號工具欄等。2.2原理圖繪制根底利用PROTEL99SE進行電路設計可分為3個步驟，第一是繪制電路原理圖，第二是根據(jù)原理圖產生網(wǎng)絡表，第三是印制電路板設計。原理圖繪制是印制板設計的根底工作，其設計步驟如下，根據(jù)實際情況可以進行適當調整。⑴新建原理圖文件。⑵設置圖紙和工作環(huán)境。⑶裝載元器件庫。⑷放置所需的元器件、電源符號等。⑸元器件布局和連線。⑹放置標注文字等進行電路標注說明。⑺電氣規(guī)那么檢測、線路、標識調整與修改。⑻產生相關報表。⑼電路圖存盤及輸出。1、設計圖紙設置繪制原理圖之前，一般要先設置圖紙參數(shù)。圖紙格式是根據(jù)電路圖的規(guī)模和復雜程度而定的，設置適宜的圖紙是設計好原理圖的第一步?！?〕圖紙格式設置執(zhí)行菜單Design→Options，屏幕出現(xiàn)圖2-3所示的文檔參數(shù)設置對話框，選中SheetOptions選項卡進行圖紙設置。圖2-3圖紙參數(shù)設置

圖紙方向與標題欄設置柵格設置圖紙格式

電氣柵格改變系統(tǒng)字體自定義圖紙格式標準圖紙格式(StandardStyle)選項是用來設置圖紙尺寸的，用鼠標左鍵單擊下方的下拉列表框激活該選項，可選定圖紙大小。各種標準圖紙的大小比較為：A0、A1、A2、A3、A4為公制標準，依此從大到小；A、B、C、D、E為英制標準，依此從小到大；此外系統(tǒng)還提供了Orcad等其它一些圖紙格式。CustomStyle欄用于自定義圖紙尺寸，單位為mil。TitleBlock復選框用于設置是否顯示標題欄和選擇標題欄的模式，標題欄的模式有Standard〔標準模式〕和ANSI〔美國國家標準協(xié)會模式〕兩種。ShowReferenceZones復選框用于設置是否顯示參考邊框，一般設置為選中。ShowBorder復選框用于設置是否顯示圖紙邊框，一般設置為選中。BorderColor欄用于設置圖紙邊框顏色。SheetColor欄用于設置工作區(qū)顏色。

〔2〕圖紙模版設置執(zhí)行菜單Design→Template→SetTemplateFilename模版為C:\ProgramFiles\

DesignExplorer99SE\System\Templates.Ddb〔3〕圖紙信息設置選中【Organization】選項卡，設置圖紙信息，如圖2-4所示。圖2-4圖紙信息設置Organization欄用于填寫設計者公司或單位的名稱。Address欄用于填寫設計者公司或單位的地址。

Sheet欄中，No.用于設置原理圖的編號；Total用于設置電路圖總數(shù)。

Document欄中，Title用于設置本張電路圖的名稱；No.用于設置圖紙編號；Revision用于設置電路設計的版本或日期?！?〕轉換特殊字符串執(zhí)行菜單Tools→Preferences，在GraphicalEditing菜單中，復選框ConvertSpecialStrings選中2、柵格設置在ProteL99SE中柵格類型主要有3種，即捕獲柵格、可視柵格和電氣柵格。捕獲柵格：指光標移動一次的步長；可視柵格：指的是圖紙上實際顯示的柵格之間的距離；電氣柵格：指的是自動尋找電氣節(jié)點的半徑范圍?！?〕柵格尺寸設置Grids區(qū)用于設置柵格尺寸，其中Snap用于捕獲柵格的設定，圖中設定為10mil，即光標在移動一次的距離為10mil；Visible用于可視柵格的設定，此項設置只影響視覺效果，不影響光標的位移量。例如Visible設定為20mil，Snap設定為10mil，那么光標移動兩次走完一個可視柵格。ElectricalGrid區(qū)用于電氣柵格的設定，選中此項后，在畫導線時，系統(tǒng)會以Grid中設置的值為半徑，以光標所在的點為中心，向四周搜索電氣節(jié)點，如果在搜索半徑內有電氣節(jié)點，系統(tǒng)會將光標自動移到該節(jié)點上，并且在該節(jié)點上顯示一個圓點?！?〕柵格形狀設置執(zhí)行菜單Tools→Preferences，屏幕彈出系統(tǒng)參數(shù)設置對話框，選中GraphicalEditing選項卡，在Coursor/GridOptions〔光標/柵格設置〕區(qū)中設置光標和柵格形狀，如圖2-5所示。CursorType用于設置光標類型，有大十字、小十字和小45度三種。VisableGrid用于設置柵格形狀，有DotGrid〔點狀柵格〕和LineGrid〔線狀柵格〕兩種。圖2-5光標/柵格形狀設置3、繪制原理圖工具Protel99SE中提供有繪制原理圖的工具，這些功能按鈕與Place菜單下的相應命令功能相同，執(zhí)行菜單View→Toolbars→WiringTools可以翻開繪制原理圖工具，該工具欄中各按鈕的功能詳見表2-2。4、設置元件庫在放置元件之前，必須先將元件所在的元件庫載入內存。裝載元件庫的步驟如下。⑴翻開設計管理器，選擇BrowseSch選項卡，單擊【Add/Remove】按鈕添加元件庫，如圖2-6所示。⑵在DesignExplorer99\Library\Sch文件夾下選中元件庫文件，單擊【Add】按鈕，將元件庫文件添加到庫列表中，添加庫后單擊【OK】按鈕結束添加工作，此時元件庫的詳細信息將顯示在設計管理器中。⑶如果要刪除設置的元件庫，可在SelectedFiles框中選中元件庫，然后單擊【Remove】按鈕移去元件庫。圖2-6添加/刪除元件庫元件庫添加的元件庫添加兩個根本元件庫C:\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Library\Sch\ProtelDOSSchematicLibraries.ddb；C:\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Library\Sch\TIDatabooks.ddb;5、放置元件〔1〕通過元件庫瀏覽器放置元件裝入元件庫后，在元件庫瀏覽器中可以看到元件庫、元件列表及元件外觀，如圖2-7所示。選中所需元件庫，那么該元件庫中的元件將出現(xiàn)在元件列表中，雙擊元件名稱〔如CAP〕或單擊元件名稱后按Place按鈕。圖2-7元件庫及元件列表元件以虛線框的形式粘在光標上，按鍵盤上的<Tab>鍵，彈出圖2-8所示元件屬性對話框，可以修改元件的屬性。設置好屬性后，將元件移動到適宜位置后，再次單擊鼠標左鍵，放置元件，單擊鼠標右鍵退出放置狀態(tài)。圖2-8元件屬性對話框Designator設置元件的標號，同一個電路中的標號不能重復。假設某個元件由多個部件組成〔如元件74LS00包含有4個與非門〕，元件標號為U1，那么每個與非門的標號分別為U1A、U1B等。Footprint用于設置元件的封裝形式，通常應該給每個元件設置封裝，而且名字必須正確，否那么在印制板自動布局時會喪失元件。常用元件的封裝形式如表2-3所示。放置電容〔CAP〕的過程如圖2-9所示。圖2-9放置元件〔2〕通過菜單放置元件執(zhí)行菜單Place→Part，或單擊繪制原理圖工具上的按鈕，屏幕彈出圖2-10所示的放置元件對話框，其中LibRef框中輸入需要放置的元件名稱，如CAP，單擊Browse按鈕可以進行元件瀏覽；Designator框中輸入元件標號，如C1；PartType欄中輸入標稱值或元件型號，如103；Footprint框用于設置元件的封裝形式，如RAD0.2。所有內容輸入完畢，單擊【OK】按鈕確認，此時元件便出現(xiàn)在光標處，單擊左鍵放置。圖2-10

放置元件對話框〔3〕查找元件放置元件時，如果不知道元件在哪個元件庫中，可以使用Protel99SE強大的搜索功能，方便地查找所需元件。單擊圖2-7中的Find按鈕，翻開圖2-11所示的查找元件對話框。圖2-11查找元件對話框⑴查找方案有兩種：一是按元件名查找，二是按元件描述查找，兩種方案可以同時使用，通常采用第一種方案。⑵查找路徑。在Path欄中填入庫文件所在路徑，通常是在DesignExplorer99SE\Library\Sch目錄中。搜索到所需元件后，單擊Place按鈕，可以放置該元件。6、放置電源和接地符號執(zhí)行Place→PowerPort，或單擊按鈕，放置電源符號，按<Tab>鍵，屏幕出現(xiàn)圖2-12所示設置對話框，說明如下。

Net：設置電源和接地符號的網(wǎng)絡名，通常電源符號設為VCC，接地符號設為GND。

Style下拉列表框：包括四種電源符號，三種接地符號，如圖2-13所示，在使用時根據(jù)實際情況選擇一種符號接入電路。7、元件布局

放置元件后，在連線前必須先調整元件布局。

(1)元件的選中與取消選中對元件進行各種布局操作前，首先要選中元件，選中元件的方法有以下幾種。通過菜單Edit→Select。通過菜單Edit→ToggleSelection。利用工具欄按鈕選中元件。單擊主工具欄上的按鈕，拉框選中框內圖件。直接用鼠標點取。一般執(zhí)行所需的操作后，必須取消元件的選中狀態(tài)，取消的方法有以下3種。通過菜單Edit→Deselect。通過菜單Edit→ToggleSelection，單擊主工具欄上的按鈕，取消所有的選中狀態(tài)。

(2)移動元件常用的方法是用鼠標左鍵點中要移動的元件，并按住鼠標左鍵不放，將元件拖到要放置的位置。單擊主工具欄上的按鈕，可以移動已選取的對象。執(zhí)行菜單Edit→Move→Drag，可以連線與元件一起拖動。執(zhí)行菜單Edit→Move→Move，只可以移動元件。

(3)元件的旋轉用鼠標左鍵點住要旋轉的元件不放，按<Space>鍵逆時針90度旋轉，按<X>鍵水平方向翻轉，按<Y>鍵垂直方向翻轉。

(4)元件的刪除要刪除某個元件，可用鼠標左鍵單擊要刪除的元件，按<Delete>鍵刪除該元件，也可執(zhí)行Edit→Delete，用鼠標單擊要刪除的元件進行刪除。8、線路連接元件的位置調整好后，下一步是對各元件進行線路連線?！?〕連接元件單擊畫電氣連線按鈕，或單擊右鍵，在彈出的菜單中選擇PlaceWire，光標變?yōu)椤笆曌譅?，系統(tǒng)處在畫導線狀態(tài)，按下<Tab>鍵，出現(xiàn)圖2-14所示的導線屬性對話框，可以修改連線粗細和顏色。將光標移至所需位置，單擊鼠標左鍵，定義導線起點，將光標移至下一位置，再次單擊鼠標左鍵，完成兩點間的連線，單擊鼠標右鍵，結束此條連線。這時仍處于連線狀態(tài)，可繼續(xù)進行線路連接，假設雙擊鼠標右鍵，那么退出畫線狀態(tài)。在連線轉折過程中，單擊空格鍵可以改變連線的轉折方式，有直角、任意角度、自動走線和45o走線等方式。在連線中，當光標接近管腳時，出現(xiàn)一個圓點，這個圓點代表電氣連接的意義，此時單擊左鍵，這條導線就與管腳之間建立了電氣連接?！?〕放置節(jié)點節(jié)點用來表示兩條相交導線的是否在電氣上連接。沒有節(jié)點，表示在電氣上不連接，有節(jié)點，那么表示在電氣上是連接的。執(zhí)行菜單Options→Preferences，在Schematic選項卡中，選中Options區(qū)的AutoJunction復選框，那么當兩條導線呈“T〞相交時，系統(tǒng)將會自動放置節(jié)點，但對于呈“十〞字交叉的導線，不會自動放置節(jié)點，必須采用手動放置。單擊節(jié)點，出現(xiàn)虛線框后，按<Delete>鍵可以刪除該節(jié)點。執(zhí)行菜單Place→Junction，或單擊按鈕，進入放置節(jié)點狀態(tài)。9、放置文字說明〔1〕放置標注文字執(zhí)行菜單Place→Annotation，或單擊按鈕，按下<Tab>鍵，調出標注文字屬性對話框，如圖2-15所示，在Text欄中填入需要放置的文字〔最大為255個字符〕；在Font欄中，單擊Change按鈕，可改變文字的字體及字號，設置完畢單擊OK按鈕結束。將光標移到需要放置標注文字的位置，單擊鼠標左鍵放置文字，單擊鼠標右鍵退出放置狀態(tài)。圖2-15

文字屬性對話框〔2〕放置文本框標注文字只能放置一行，當所用文字較多時，可以采用文本框方式解決。執(zhí)行菜單Place→TextFrame，或單擊按鈕，進入放置文本框狀態(tài)，按下<Tab>鍵，屏幕出現(xiàn)屬性對話框，選擇Text右邊的Change按鈕，屏幕出現(xiàn)一個文本編輯區(qū)，在其中輸入文字，滿一行，回車換行，完成輸入后，單擊【OK】按鈕退出。10、總線和網(wǎng)絡標號的使用總線是一類功能相似的線的集合，使用一條粗線來表達幾條并行導線，用以簡化原理圖。使用總線來代替一組導線，需要與總線分支和網(wǎng)絡標號相配合，總線本身沒有實質的電氣連接意義，必須由總線接出的各個單一入口導線上的網(wǎng)絡標號來完成電氣意義上的連接，具有相同網(wǎng)絡標號的導線在電氣上是連接的，這樣做既可以節(jié)省原理圖的空間，又便于讀圖。

〔1〕繪制總線在應用總線繪制原理圖時，一般通過工具欄上按鈕先畫元件管腳的引出線，然后再繪制總線。執(zhí)行菜單Place→Bus或單擊工具欄上按鈕，進入放置總線狀態(tài)，將光標移至適宜的位置，單擊鼠標的左鍵，定義總線起點，將光標移至另一位置，單擊鼠標左鍵，定義總線的下一點，如圖2-16所示。連線完畢，單擊鼠標的右鍵退出放置狀態(tài)。在畫線狀態(tài)時，按<Tab>鍵，屏幕彈出總線屬性對話框，可以修改線寬和顏色。圖2-16放置總線〔2〕放置總線分支元件管腳與總線的連接通過總線分支實現(xiàn)，總線分支是45°或135°傾斜的短線段。執(zhí)行菜單Place→BusEntry，或單擊按鈕，進入放置總線分支的狀態(tài)，此時光標上帶著懸