第3章电子产品的原理图绘制与PCB设计

第3章电子产品的原理图绘制与PCB设计任务三函数信号发生器的PCB设计任务目标任务要求相关知识任务实施任务目标能够熟练PROTEL99SE软件完成电子产品的原理图绘制和PCB板的设计。任务要求（1）掌握PROTEL99SE软件的使用方法。（2）会使用PROTEL99SE软件绘制函数信号发生器的原理图。（3）会使用PROTEL99SE软件设计函数信号发生器的PCB。3.1PROTEL99SE概述3.1.1PROTEL99SE简介PROTEL99SE是由Proteltechnologies（现更名为Altium）公司于1999年推出的一款基于Windows环境的计算机辅助设计软件。主要功能包括：电路原理图绘制、PCB设计、电路信号仿真、可编程逻辑器件设计等。3.1PROTEL99SE概述3.1.2设计数据库文件的建立所有的设计文档和分析文档都存放在一个设计数据库文件中，进行统一管理。设计数据库文件相当于一个功能强大的文件夹。新建设计数据库文件的操作步骤：1．双击PROTEL99SE图标，进入启动界面，如图3-1所示，设计浏览器如图3-2所示。3.1PROTEL99SE概述图3-1启动界面图3-2设计浏览器3.1PROTEL99SE概述2．执行菜单命令【File】/【New】，打开【NewDesignDatabase】（新建设计数据库）对话框，如图3-3所示。图3-3新建设计数据库对话框3.1PROTEL99SE概述3．在【DesignStorageType】（设计存储方式）下拉框中选择【WindowsFileSystem】（文档方式）或【MSAccessDatabase】（设计数据库方式），通常选择后者。4．在【DatabaseFileName】（数据库文件名称）文本框中输入设计文件的名称，如“Mydesign6.ddb”。5．在【DatabaseLocation】（数据库位置）处显示了新建设计数据库文件的默认存储路径，可以单击【Browse．．．】按钮进行修改。3.1PROTEL99SE概述6．各项设置完成后，单击【OK】按钮，完成新的数据库文件的创建，如图3-4所示。图3-4新建的设计数据库文件3.1PROTEL99SE概述3.1.3设计数据库文件的结构1．【DesignTeam】（设计组文件夹）：在该文件夹下有三个子文件夹，其中：【Members】文件夹中存放的是能够访问设计数据库的成员列表。【Permissions】文件夹中包含各个成员的访问权限。【Sesssions】文件夹中汇集了当前处于打开状态的文档或文件夹窗口的信息列表。2．【RecycleBin】（回收站）：用于存放临时删除的文档。3．【Documents】（文档文件夹）：用于存放电路原理图、印制板图的设计文档以及生成的各种相关报告文件。3.1PROTEL99SE概述3.1.4设计数据库文件的打开与关闭1．打开设计数据库文件：方法1：直接双击需要打开的设计数据库文件图标。方法2：先打开设计浏览器，如图3-2所示，然后执行菜单命令【File】/【Open…】，打开【OpenDesignDatabase】对话框，设置查找范围，双击需到打开的设计数据库文件。2．关闭设计数据库文件：方法1：直接用鼠标单击菜单行右侧的关闭按钮。方法2：执行菜单命令【File】/【CloseDesign】，即可关闭当前的设计数据库文件。3.2原理图绘制原理图绘制就是在原理图编辑器将设计完成的电路图绘制出来，通过进行元器件封装和创建网络表，为电路板的设计奠定基础。原理图绘制的基本流程如图3-5所示:新建原理图设置图纸参数载入原理图库添加元件编辑元件原理图布线原理图保存设计规则检查修改完善生成元件列表生成网络表图3-5原理图绘制基本流程3.2原理图绘制3.2.1创建SCH文件1．双击图3-4中的【Documents】图标，打开设计数据库下的文档管理文件夹，在该文件夹下创建原理图设计文件。2．执行菜单命令【File】/【New…】，打开【NewDocument】对话框，如图3-6所示。3.2原理图绘制图3-6新建文件对话框3.2原理图绘制3．单击图3-6中的【SchematicDocument】（原理图设计文件）图标，然后单击【OK】按钮，或者直接双击图标，新建一个原理图设计文件，如图3-7所示。图3-7新建原理图设计文件3.2原理图绘制4．原理图设计文件名默认为“Sheet1.Sch”，现重命名为“exam1.Sch”。5．双击原理图设计文件图标，启动原理图编辑器，如图3-8所示。3.2原理图绘制布线工具栏绘图工具栏菜单栏主工具栏管理窗口绘图区域标题栏库元件列表元器件预览窗口图3-8原理图编辑器3.2原理图绘制3.2.2添加元件添加元件库操作步骤如下：1．在图3-8所示的管理窗口中，单击【Add/Remove…】按钮，打开【ChangeLibraryFileList】对话框，如图3-9所示。2．在【查找范围】选择框选择库文件所在目录，通常为“…\DesignExplorer99SE\Library\Sch\...”，设置完成后如图3-9所示。3．在系统提供的库文件列表中选择要加载的库文件，然后单击【Add】按钮，或者直接双击要加载的库文件，此时加载的库文件会在【SelectedFiles】列表中出现，如图3-10所示。4．最后单击【OK】按钮，完成加载。3.2原理图绘制图3-9变换库文件对话框图3-10添加库文件3.2原理图绘制添加元件操作步骤如下：1．执行菜单命令【Place】/【Part】，或单击布线工具栏上的第6个按钮，打开【PlacePart】对话框，如图3-11所示。图3-11放置元件对话框LibRef：元件名称，不会显示在绘图页中；Designator：流水号；PartType：显示在绘图页中的元件名称，默认值与LibRef一致；Footprint：封装形式。3.2原理图绘制2．完成各项设置，单击【OK】按钮，返回绘图窗口，此时待添加的元件粘在鼠标指针上，只需在放置位置单击，即可把元件添加到图纸上，如图3-12所示。图3-12放置元件情况3.2原理图绘制3.2.3编辑元件如果元件已经添加到图纸上，可以双击元件打开元件属性对话框；如果元件粘连在鼠标指针上，按Tab键打开元件属性对话框，如图3-13所示。3.2原理图绘制在“Attributes”选项卡完成元件属性的设置：LibRef——元件名称，不会显示在绘图页中；Footprint——封装形式；Designator——流水号；PartType——显示在绘图页中的元件名称，默认值与LibRef一致；SheetPath——成为绘图页元件时，定义下层绘图页的路径；Part——定义子元件序号；Selection——切换选取状态；HiddenPins——是否显示元件的隐藏引脚；图3-13元件属性对话框3.2原理图绘制3.2.4放置电源和接地元件执行菜单命令【Place】/【PowerPort】，或单击布线工具栏上的第5个按钮，然后按Tab键打开电源端口属性对话框，如图3-14所示。3.2原理图绘制Net——电源或地的网络标识；Style——电源或地的不同类型选择，具体符号如图3-15所示；X-Location，Y-Location——电源或接地符号在图纸上的坐标定位；Orientation——符号方向；Color——符号颜色；Selection——切换选取状态。图3-14电源端口属性对话框3.2原理图绘制图3-15各种电源和接地符号3.2原理图绘制3.2.5连接线路在原理图绘制过程中，需要将具有相同电气连接的元件引脚连接在一起，又叫原理图布线。常用的方法是放置导线和放置网络标号。1．放置导线放置导线方法适合于元件之间连线距离短，且导线之间交叉较少的情况。操作步骤如下：（1）执行菜单命令【Place】/【Wire】，或单击布线工具栏上的第1个按钮，此时鼠标指针处出现十字形光标。3.2原理图绘制（2）将十字形光标中心移到待连接的元件引脚，出现黑色实心圈，此时单击鼠标左键，即完成一端连接。（3）同理，移动鼠标至另一待连引脚完成连接，过程中可以单击鼠标左键改变连线走向，单击右键取消连线。导线放置过程如图3-16所示。图3-16放置导线过程3.2原理图绘制2．放置网络标号当原理图比较复杂，元件较多且连线距离远，容易造成很多交叉连接时，可以通过设置网络标号来连接线路，过程如图3-17所示。操作步骤如下：（1）在需要放置网络标号的元件引脚处放置一段短导线。（2）执行菜单命令【Place】/【NetLabel】，或单击布线工具栏上的第4个按钮，此时鼠标指针处出现十字形光标，且跟随一个虚线框。（3）移动光标至需要放置网络标号的元件引脚导线处，出现黑色实心圈，单击鼠标左键，完成网络标号放置。3.2原理图绘制（4）双击放置好的网络标号，打开网络标号属性对话框，进行相关设置（通常只设置网络标号的名称，且相同名称的网络标号在电气特性上表示连接在一起），如图3-18所示。也可以在第（2）步时按Tab键，先进行相关设置，再完成标号放置。3.2原理图绘制图3-17放置网络标号过程图3-18网络标号属性对话框3.2原理图绘制3.2.6放置节点在布线过程中出现的导线交叉通常有：T型交叉、十字连接和十字跨接三种情况。在T型交叉处，系统会自动添加线路节点；在十字跨接处，不需要线路节点；在十字连接处，需要手动放置线路节点。操作步骤如下：1．执行菜单命令【Place】/【Junction】，或单击布线工具栏上的第10个按钮，此时鼠标指针处出现十字形光标，且光标中心有个实心点。2．按tab键打开节点属性对话框，如图3-19所示。在对话框可以对节点的位置、大小、颜色、选定和锁定状态等进行设置。3.2原理图绘制3．移动光标至导线的交叉点，单击鼠标左键，完成节点放置。放置节点的十字交叉处具有电气连通特性。节点放置过程如图3-20所示。图3-19节点属性对话框图3-20节点放置过程3.2原理图绘制3.2.7保存文件执行菜单命令【File】/【Save】，或单击主工具栏上的保存按钮，即可完成原理图文件的保存。3.2原理图绘制3.2.8原理图电气规则检查电气规则检查（ERC，ElectricalRulesCheck），可以发现绘图中人为的疏漏或错误，如重复的元件编号、未连接的网络标号、未连接的电源等。操作步骤如下：1．在原理图编辑窗口，执行菜单命令【Tools】/【ERC…】，打开【SetupElectricalRuleCheck】对话框，如图3-21所示。3.2原理图绘制图3-21电气规则检查设置对话框3.2原理图绘制2．在【Setup】选项卡中，相关设置为：（1）【ERCOptions】选项中，各项含义如下：【Multiplenetnamesonnet】：同一网络连接具有多个网络名称。图3-21电气规则检查设置对话框【Unconnectednetlabels】：未连接的网络标号。【Unconnectedpowerobjects】：未连接的电源。【Duplicatesheetnumbers】：电路图编号重复。【Duplicatecomponentdesignators】：元件编号重复。【Buslabelformaterrors】：总线标号格式错误。【Floatinginputpins】：未连接的输入引脚。【Suppresswarnings】：忽略警告。3.2原理图绘制（2）【Options】选项中，各项含义如下：【Createreportfile】：创建报告文件。【Adderrormarkers】：添加错误标号。【Descendintosheetparts】：分解到每个原理图（针对层次原理图）。【SheetstoNetlist】：原理图设计文件范围设置。（3）【NetIdentifierScope】（网络识别范围）选项中，选择网络识别器的范围。3．【RuleMatrix】选项卡进行设计规则矩阵的相关设置4．设置完成后，单击【OK】按钮，系统开始检查，并生成相应的测试报告。3.