电路板设计CAD.doc

《电路板设计CAD》课程总结报告
20xx11月11日
第一章 电路板设计的基本内容
一般而言,电路板设计的基本内容主要包括三个部分,即电路原理图的设计、印制电路板PCB的生成以与各种报表的生成。
● 原理图的设计主要是利用protel 99的原理图设计系统〔Advanced Schematic〕绘制一X电路原理图。设计者应充分利用protel 99所提供的强大而完善的原理图绘图工具、测试工具、模拟仿真工具和各种编辑功能,来实现其目的,最终获得一X正确、精美的电路原理图,以便为接下来的工作做好准备。其具体步骤如下：
● 启动Protel99SE,建立名为MYPRO的文件夹：单击桌面上的Protel99SE快捷图标,进入Protel99SE设计环境。若环境中已经有设计数据库文件,就执行菜单File/Close Design将其关闭。若环境中没有设计数据库文件,就执行菜单File/New,在弹出的窗口中,单击Browse按钮,在弹出的文件名输入窗口中建立MYPRO的文件夹,并在文件夹中建立MYFIRST的设计文件。
● 原理图文件的建立：在上一步的基础上执行File/New菜单,在弹出的窗口中选择Schematic Document图标。建立原理图文件,文件名自定义。
画电路图工具栏
设计管理器
画图工具栏
主工具栏
● 原理图界面的编辑调整：双击打开原理图文件,进入sch原理图编辑界面,点击主工具栏中的放大图标〔zoom in〕,使得栅格大小适中。执行View/Toolbars菜单中的WiringTools 和DrawingTools,编辑界面出现画图工具栏和画电路图工具栏,选择其他菜单亦出现相对应的工具栏。效果如图1所示：
状态栏
图1原理图界面
● 页面设置和元件库的添加：在原理图设计环境中,执行菜单Design/Options,在弹出的窗口中选择Sheet Options页面,在页面右上角的Standard Styles下拉框中选择A0。现在的原理图文件没有可视栅格,图幅为A0。接着,在设计管理器中选择Browse SCH页面,在Browse区域中的下拉框中选择Library,然后单击Add/Remove按钮,在弹出的窗口中寻找Protel99SE子目录,在该子目录中选择Library/Sch路径,在元件库列表中选择Miscellaneous Devices.ddb后单击Add按钮,然后再选择TI Databook库后单击Add按钮。从而完成对sch文件元件库的添加,添加完成后就可以在原理图中添加元件和连线了。
● 原理图元件、元件库与元件库的使用：执行菜单命令"View\Design Manager"或点击主工具栏里的设计管理器图标。点击"Browse Scb"标签,切换元件管理器,如图2所示。
图2切换元件管理器
● 元件管理器界面：元件管理器有两个区域,如图3所示,即对象浏览区域和对象详细属性区域,其中上半部分为对象浏览框,下半部分为对象详细属性框。元件管理器可以管理元件库和原理图中的图元。点击对象浏览框右侧的下拉式按钮,会弹出两个选项,即"Libraries"和"Primitives",如图4所示。其中"Libraries"是管理元件库；"Primitives"是管理原理图中的图元。
对象浏览框

对象详细属性

图3元件管理器
图4对象浏览器
● 元件管理库：点击对象浏览框中的"Libraries"选项,元件管理器就可以用来管理元件库,可以通过它来选择已加载的元件库,增加或减少元件库,放置、编辑和查找元件,如图5所示。点击装入的元件库中的某个元件库,该元件库中的元件名将出现在元件显示区域,如图5所示。
装入的元件库

元件显示区域

图5元件管理器管理元件库
● 元件的布置和连线：在图5元件管理器管理元件库的Filte栏输入元件名称后在显示区选中该元件点击Place按钮,将鼠标放入编辑区域光标变为十字状,此时按Tap键会出现该元件的属性对话框,可以对相应元件的属性进行设置,如元件名、元件大小、元件摆放角度以与元件封装名等等。左击鼠标即将选中元件添加成功。若找不到要布置的原件,可点击Find按钮进入元件搜索菜单搜索元件。完成元件布置后对元件进行连线,使用画电路图工具栏中的画电路图工具。如图6所示。完整的电路图如图7所示。
图6 各个图标对应的工具
图7 电路原理图
第二章原理图中所涉与主要元件以与其功能
2．1 原理图中所涉与主要元件：
输入输出端：CON2,CON3,HEADER4
电阻：RES2
光电耦合器:4N25
TTL施密特触发器： 74LS14
四二输入施密特触发器： 4093
三极管：2N222
电源,地
2． 2 主要元件功能与总电路功能
2． 2.1 主要元件功能：
光电耦合器：光控开关,常用在自动控制和计数电路中,原理当光线照射到PN结上时,产生自由移动的电子,达到一定量时,PN结导通。
TTL施密特触发器：能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。
四二输入施密特触发器：波形和脉冲整形,单稳态多频振荡器,高环境噪声系统 ,非稳态多谐振荡器。
2.2.2 总电路功能：将信号转换为矩形脉冲与正弦波形输出,既光控脉冲输出电路图。
第三章原理图与PCB图具体操作
在电路原理图〔图7〕的基础上进行如下操作：
3.1 印制电路板PCB的生成
●在印制电路板PCB生成之前需要产生网络表,因为网络表是电路原理图设计〔sch〕与印制电路板设计〔PCB〕之间的桥梁和纽带,它是印制电路板设计中自动布线的基础和灵魂。网络表可以由电路原理图生成,也可以从已有的钱制电路板文件中提取。生成方法为：Design/Create Netlist,生成的网络表如图7所示：
图7 生成的网络表
●用同步器新建 PCB 文件。在电路图Sheet1.sch里执行菜单命令Design设计/Update PCB…更新 PCB。出现如图8所示对话框,点击Cancel按钮即生成PCB文件。
图8 PCB对话框
●定义相对坐标圆点：Protel的PCB图作图区图纸非常大, 具体尺寸是99999mil×99999mil,相当于公制的 2.5 米×2.5 米左右,这么大的图纸,PCB 图放在哪个位置绘制比较好呢？从方便移动图纸的角度考虑,如果绘制的PCB不大于10 英寸×10 英寸时,那么,PCB 图的左下角应该在绝对坐标〔X：5000mil,Y：5000mil〕时比较合适,Protel的作图区在第一象限,整个作图区的左下角是绝对坐标园点,相对坐标园点定义在绝对坐标〔X：5000mil,Y：5000mil〕处,就相当于绘制的 PCB的左下角是相对坐标园点,这样定义,移动图纸方便,计算PCB 尺寸也很方便。用鼠标点主工具栏倒数第四项图标,就是像"井"字的图标,〔snap grid 单元格〕。出现如图9所示对话框,
图9 移动网格对话框
把其中的栏目值改为1000,如图,注意：没有必要改为1000mil,这时候是英制,1000,Protel 默认为 1000mil也就是 1 英寸,ProtelPCB 图其它方面的设置,也是如此。
用鼠标点放置工具栏第七项图标,鼠标光标上出现一个十字,这就是放置相对坐标园点状态,移动鼠标,观察作图区左边最下面的状态栏的绝对坐标值,移动到〔X：5000mil,Y：5000mil〕处,点一下鼠标左键,定义相对坐标园点就完成了,如图10：
图10 坐标寻找
执行鼠标右键/Place Track 放置线,如图11所示,鼠标光标上出现一个十字,这就是放置线的状态。
图11放置线
在 PCB 图里放置线的方法和在原理图里放置线的方法几乎一样,不好找到相对坐标园点,可以执行Ctri+End,鼠标光标就移动到相对坐标园点上了,放置一个3000mil×3000mil的方框,如图12所示：
图12 3000mil×3000mil方框
用鼠标点主工具栏第七项图标, 把定义的PCB 放大适合整个作图区。
●设置网格：网格的作用是元件布局、放置线、移动元件编号等操作的参考, 合理使用网格, 是绘制出精美的 PCB图的重要保证,执行鼠标右键/Options选项/Layers…。弹出层选项对话框,选中 Layers 区块 System 区块的 Visible Grid1〔可视网格 1〕 ,并把 Visible Grid1 的值设置为100 。
●添加 PCB 图库文件：用鼠标点主工具栏第一项图标,打开设计管理器,选中Browse PCB 页面,再用鼠标点 Browse区块的下拉箭头,选择第三项 Libraries〔库〕,如图13 ：
图13PCB 库文件添加
这些操作,和原理图里添加库文件的操作是一样的,也已经讲到,Protel99SE 添加库文件,实际上就是添加数据库文件,一个数据库文件里同时存在原理图、PCB 图文件和原理图、PCB图库文件,在原理图里添加数据库文件只会添加原理图库文件, 在 PCB 图里添加数据库文件也只会添加 PCB 图库文件,绝对不会错位。
●用同步器更新 PCB 图：在图8的基础上进行如下操作：执行鼠标右键/Options选项/Display…显示,如下图弹出参数选择对话框,可设置 PCB 绘图区页面显示风格,用鼠标选中 Colors 页面,Default Colors按钮是默认颜色,如图13所示,Classic Colors按钮是古典颜色,如图8所示。
用鼠标点 Preview Changes 按钮,预览变化,也就是预览更新结果,如图14,这个对话框显示的内容是没有错误。
图14 预览更新结果
点击图14中的Execute按钮,原理图元件对应的 PCB 图封装就放置到 PCB 图里了,用鼠标点作图区上面的文件标签,选中电路图BackupSheet1.pcb,再用鼠标点主工具栏第七项图标,所有的元件和 PCB 边框适合整个作图区,如图15：
。
图15
可以看到,PCB 元件已经放置到 PCB 图里了,第一次使用同步器更新 PCB 图时,PCB 图元件会被一个正方形的绿网罩住,用鼠标拖动这个网,元件也随之移动,删除这个网,用鼠标单击这个网无元件的任何部位, 按键盘上的Delete键,就删除了这个绿网,以后再更新PCB图时就不会出现了。再把所有的元件和 PCB 边框适合整个作图区,将元件拖放进去,按照原理图调整布局后如图16所示：
图16调整布局后
3．2布线
● 修改线宽：[DESIGN]/[RULES]调出修改规则对话框点击Width Constraint<最后一个>,点击propreties,如图17所示,将最大线宽改为100mil,优先线宽改为20mil.
图17 线宽修改
●修改布线规则,顶层布线水平,底层布线垂直[DESIGN]/[RULES]调出修改规则对话框点击ROUTING LAYER,ROUTE ATTIBIESE中 TOPLAYER与 BOTTOM LAYER方式,如图18所示；
图18 布线规则修改
●自动连线[AUTO ROUTS]/[ALL],点击ROUTE ALL,结果如图19所示：
图19 自动布线
最后,在完成根据网络表进行PCB布局布线后就可以生成各种报表了,还能进行ERC电气规则检查等操作。
第四章 原理图与PCB图
图4.1电路原理图
图4.2 生成的pcb图
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