电子cad技术实验指导书高

安 徽 科 技 学 院ANHUI SCIENCE AND TECHNOLOGY UNIVERSITY电子工程制图基础实验指导编二 一 三 年 一 月目 录实验 1 认识 Protel DXP 20041实验 2 简单电路原理图的绘制 .6实验 3 复杂电路原理图绘制 .10实验 4 原理图高级设计 .12实验 5 层次电路原理图设计 .16实验 6 原理图电气规则检查与报表输出 .21实验 7 制作与编辑原理图元件库 .25实验 8 PCB 电路板设计基础 28实验 9 单管放大电路 PCB 设计 .32实验 10 振荡器与积分器电路 PCB 设计 .35实验 11 稳压电源 PCB 板设计实例 .42实验 12 手工绘制双列直插元件封装 .46实验 13 绘制数码管 PCB 元件封装库 .49实验 14 电路仿真 .53实验 15 PCB 综合训练 1.57实验 16 PCB 综合训练 2.59实验 17 PCB 综合训练 3.60实验 18 锂电池充电电路设计 .63实验 19 温度控制系统电路设计 .651实验 1 认识 Protel DXP 2004一 实验目的 1 认识 Protel DXP 2004 的窗口界面。2 熟悉 Protel DXP 2004 的环境参数和文档管理方式。二 实验内容初步认识 Protel DXP 2004 窗口界面，创建 PCB 项目文件，新建原理图和 PCB 文件,文件的保存、打开与关闭方法。三 实验步骤1 认识 Protel DXP 2004 窗口界面双击桌面 Protel DXP 2004 图标，或单击开始/ 所有程序/ Protel DXP 2004。启动后主窗口界面如图 1 所示图 1 DXP 主窗口界面2 创建一个 PCB 设计项目方法一：在设计窗口的 Pick a Task 区中点击 Print Circuit Board Design，如图 2 所示，单击New Blank PCB Project，如图 3 所示图 2 PCB 设计 图 3 新建 PCB 设计项目方法二：在 Files 面板中的 New 区点击 Blank Project (PCB)。如图 3 所示。如果这个面板未显示，点击设计管理面板底部的 Files 标签。2图 3 新建 PCB 项目文件 图 4 新建 PCB Project方法三：执行菜单命令 File/New/ Project/ PCB Project 后，Projects 面板就会出现一个新建项目文件。如图 4 所示。PCB Project1.PrjPCB，与“no documents added”文件夹一起列出。3 保存项目文件执行菜单命令 File/Save Project，将弹出一个保存文档对话框，如图 5 所示。在对话框选择项好目文件存放的位置，在对话框下面的“文件名（N ） ”栏中键入“ 项目一”后（实际应用时项目名称可根据用户需要命名，可以是中文名） ，单击 按钮即可。保存项目文件后，Projects 面板中的项目文件名会由默认的“PCB_Project1.PrjPCB”变为新键入的文件名，如图 6 所示。图 5 保存文档对话框 图 6 保存后的项目文件如果不是第一次创建的项目，若想对其重新命名，可先在 Projects 面板中选中目标项目，再执行 File/Save Project As菜单命令。4 关闭和打开 PCB 设计项目 1）在 Projects 面板中，用鼠标右键单击需关闭的项目文件名。在弹出的命令菜单中选择“Close Project”选项，即可关闭该项目，如图 7 所示。32）执行菜单命令 File/Open Project，可以打开已有的项目。也可以在 Files 面板中选择“Open a Project”选项打开已有的项目。5 启动原理图编辑器1）执行菜单命令 File/New/Schematic，启动原理图编辑器，进入原理图编辑状态窗口，如图8 所示。图 8 原理图编辑状态窗口 图 9 保存后的原理图文件2）系统默认的文件名为“Sheet1.SchDoc”。执行菜单命令 File/Save，在弹出的对话框中，选择合适的路径并输入新的文件名“电路原理图一”，单击“保存”。这时在 Projects 面板中，可以看到一个名为“电路原理图一.SchDoc”原理图文件已加入到项目“项目一.PRJPCB”当中了，如图 9 所示。图 7 关闭设计项目提示：如果你想添加到一个项目文件中的原理图图纸已经作为自由文件夹被打开，那么在Projects 面板的 Free Documents 单元 schematic document 文件夹上右击，并选择 Add to Project。现4在这个原理图图纸就列表在 Projects 标签中的紧挨着项目名下的 Schematic Sheets 文件夹下，并连接到项目文件。6 启动 PCB 编辑器1）执行菜单命令 File/New/PCB，即可启动 PCB 编辑器，进入到 PCB 编辑状态窗口，如图10 所示。2）执行菜单命令 File/Save，在弹出的对话框中，选择合适的路径并输入具有文件名， “电路板图一”，单击 “保存” 。这时在 Projects 面板中，可以看到一个名为 “电路板图一.PcbDoc”的 PCB文件已加入到项目“项目一.PRJPCB” 当中了，如图 11 所示。图 10 PCB 编辑状态窗口图 11 保存后的 PCB 文件 图 12 自由 PCB 文件同样也可以建立自由 PCB 文件，具体操作方法如下：在设计者未打开任何设计项目时，执行菜单命令 FileNewPCB，即启动了 PCB 编辑器，并自动生成自由 PCB 文件（Free PCBs） ，保存后它不隶属于任何项目，如图 12 所示。7 不同编辑器之间切换鼠标单击标签，可以在不同的文件之间自由切换。也可以单击 Projects 面板中的文件名实现文件的自由切换。如图 13 所示。5图 13 单击标签或文件名在不同的文件之间自由切换图 14 关闭文件要关闭其中的任何一个文件，可以在标签上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择 Close选项，即可关闭相应文件。如图 14 所示。四 思考题1 Protel DXP 2004 主要有那几部分组成？各部分的功能是什么？2 ProtelDXP 对系统配置有什么要求？3 说明 ProtelDXP 的主窗口界面的组成。4 如何进入原理图编辑器和 PCB 编辑器？5 面板窗口有什么功能？它有哪几种显示方式？6实验 2 简单电路原理图的绘制一、实验目的1、熟悉 Protel DXP 2004 原理图编辑器2、掌握原理图的实体放置与编辑3、熟练完成三极管放大电路原理图设计二、实验内容绘制三极管放大电路原理图如图 1 所示。图 1 三极管放大电路原理图 三、实验步骤1、新建项目文件1）执行菜单命令 File/New/Project/PCB Project，执行完后在 Project 工作面板中将出现如图2 所示项目文件。2）执行菜单命令 File/ Project Save AS ，弹出保存路径菜单，确定保存路径和输入项目文件名为“电源稳压电路.SCHDoc” 保存。如图 3 所示。QN9045KR.78uFCPGDV7图 2 新建项目文件 图 3 保存项目文件2、新建原理图文件1）执行菜单 File/New/Schematic，在 Project 工作面板的项目文件下新建一个原理图文件Sheet1.Schdoc，保存为“单管放大电路.Schdoc”保存后效果如图 4 所示。图 4 新建并命名原理图文件 图 5 原理图图纸设置对话框3、原理图图纸设置执行菜单 Design/Document Options，弹出 Document Options 对话框。如图 5 所示，图纸类型设置为 A4，显示标准标题栏，可视栅格、捕捉栅格均设置为 10，电气栅格设置为 8。4 装载原理图元件库单管放大电路中所包含的元件类型有：电阻、电容、三极管。这些常用的元件在集成库Miscellaneous Devices.IntLib 中都可以找到。默认情况下，创建原理图文件时，该库会自动加载，若在库列表中无此元件库，可通过下面方法加载。1)在 Libraries 工作面板上单击 ,弹出如图 6 所示对话框。2)单击选项下方 按钮，选择添加 Miscellaneous Devices.IntLib，单击打开添加库完成，如图 7 所示。图 6 添加元件库 图 7 添加 Miscellaneous Devices.IntLib5 放置调整元件1）在 Miscellaneous Devices.IntLib 中，在元件库中查找电阻如图 8 所示。单击 放置电阻 R1，光标变为十字。82）此时按下 Tab 键，设置元件属性，主要是：标号（Designator） 、标示值（Value） 。Comment(标注 )一般设置不可见。如图 9 所示。放置完毕后如图 1 所示。调整元件方向：左键单击元件按住不松手单击“空格键” ，可调整元件旋转。提示：通过按 X 键可使元件左右翻转，按 Y键可使元件上下翻转，按空格键使元件沿逆时针方向旋转。通过这些操作放置到原理图上的元件，还可以对它们的有关属性进行编辑，编辑的方法是：双击要编辑的元件符号，会弹出元件属性“Component Properties”对话框。3）然后依次查找并放置电解电容（Cap Pol2） 、三极管 NPN（2N3904 或 NPN） 、电阻（Res2）等元器件。放置完毕后如图 10 所示。图 8 放置电阻 图 9 电阻属性设置6 电源、接地符号和信号源1)单击连线工具栏的快捷按钮 ，光标变为十字形。2）此时按下 Tab 键弹出其属性对话框，如图 10 所示。在 NET 属性框中输入“12V ”，编辑后单击 OK 确定退出。3）用类似方法放置接地符号 。4）在 Utilities 工具栏中放置正弦波信号源，并编辑其属性，如图 10 所示。图 10 电源属性设置 7 连接导线。1）单击菜单 Place/Wire，如图 11。或者在图纸内单击鼠标右键，选择 Place/Wire原理图编辑器处于连线状态。鼠标变为十字形。如图 12 所示9图 11 导线菜单 图 12 连线状态2）移动鼠标指针至连线起点，单击鼠标左键，确定导线起点。3）拖动鼠标到连线终点时，单击鼠标左键确定。结束本次连线。此时仍处于连线状态，如需退出，可单击 ESC 键或点击鼠标右键。4）在导线十字交叉处放置节点。执行菜单命令 Place/Manual Junction。8 保存。完成后如图 1 所示四、注意事项对于较复杂的电路而言，放置元件、调整位置及连线等步骤经常是反复交叉进行的，不一定有上述非常明确的步骤。五、思考题1、简要介绍电路原理图设计的基本流程？2、元器件库管理器面板有哪几部分组成，简述其功能。 3、如何在元件库中查找元件？4、常用的电阻、电容、二极管元件等在哪个元件库中查找？5、元器件属性如何编辑？10实验 3 复杂电路原理图绘制一、实验目的1、熟悉原理图编辑器2、熟练掌握原理图的实体放置与编辑3、熟练 89C51 单片机电路原理图设计二、实验内容绘制 89C51 单片机电路原理图如图 1 所示图 1 89C51 单片机电路原理图三、实验步骤1 新建文件夹在电脑上新建一个文件夹，命名为“实验三” 。2 新建项目文件新建一个项目文件，命名为“89C51 单片机电路.PrjPCB ”，保存到“实验三”文件夹中。3 新建原理图文件P.0/TEXCI45678RS9xDNWALVOGUBQM-HYpFKn11新建一个名为“89C51 单片机电路.SchDoc ”的原理图文件，保存到“实验三”文件夹中。4 原理图图纸设置执行菜单 Design/Document Options，弹出 Document Options 对话框。图纸类型设置为 A4，显示标准标题栏，捕获栅格设置为 5，可视栅格设置为 10，电气栅格设置为 4。5 放置元器件 元器件信息如表 1 所示，依据表 1 添加元器件库，放置元器件。放置并修改其属性后如图 1所示表 1说明 元件名称 元件标号 所属元件库单片机 P89C51RC2BN/01 U1 Philips Microcontroller 8-Bit.IntLib锁存器 74LS373 U2 TI Logic Latch.IntLibEPROM M27C512-10B1 U3 ST Memory EPROM 16-512 Kbit.IntLib电阻 Res2 R1R9 Miscellaneous Devices.IntLib开关 SW-PB S1 Miscellaneous Devices.IntLib晶体 XTAL Y1 Miscellaneous Devices.IntLib发光二极管 LED0 D1-D8 Miscellaneous Devices.IntLib电容 Cap C1C4 Miscellaneous Devices .lib连接器 Header 4 P1 Miscellaneous Connectors.IntLib6、调整元件位置。7、连线。根据电路草图在元件引脚之间连线。8 绘制总线与总线分支单击工具菜单 ，或者单击菜单 Place/Bus，绘制总线。单击工具菜单 ，或者单击菜单 Place/Bus Entry，绘制总线分支。如图 1 所示9 放置网络标号单击工具菜单 ，或者单击菜单 Place/Net Lable，放置网络标号。放置前按“Tab”键修改属性，如图 6 所示10 放置 I/0 端口在 U1 的 RXD 引脚和 TXD 引脚上放置 I/O 端口，单击工具菜单 ，或者单击菜单Place/Port，放置 I/0 端口。修改 I/0 端口属性，修改端口名称：分别设置为 RXD 和 TXD，并将RXD“I/0 Type”属性修改为“Input” 、TXD“I/0 Type”属性修改为“Output” 。11 添加说明性文字单击菜单 Place/Text String，在原理图下方放置文本注释“实验三 单片机电路绘制” ，并修改其属性，字形为粗斜体，字号为二号，颜色为蓝色。12 保存绘制完成后如图 1 所示。四、思考题1 总线有何作用？如何绘制？2 网络标号有何作用？如何放置网络标号？3 如何修改 I/O 端口的属性？12实验 4 原理图高级设计一 实验目的1 掌握原理图高级设计的方法技巧。2 掌握元器件的排列、元器件自动标识和对象整体编辑的方法步骤。二 实验内容绘制如图 1 所示电压指示电路原理图。图 1 电压指示电路原理图三 实验步骤1 新建文件夹在电脑上新建一个文件夹，命名为“实验 4”。2 新建项目文件创建一个新的项目文件，命名为“电压指示电路.PrjPCB ”，保存到“实验 4”文件夹中。3 新建原理图文件创建一个新的原理图文件，命名为“电压指示电路.SchDoc” ，保存到“实验 4”文件夹中。4 设置图样参数在原理图设计窗口中双击图纸边框，或者通过菜单栏中的“DesignDocument Options”命令，打开 “Document Options”对话框。如图 2 所示。图纸大小设置为 A4，捕获栅格为 5。图 2“Document Options”对话框5 放置元器件13电压指示电路原理图中所使用的元件，电阻 Res2、Res1，发光二极管 LED0，三极管 NPN，二极管 Diode，都在 Miscellaneous Devices.IntLib 元件库中可找到。查找并放置元器件到原理图中。6 排列布局元器件使用元器件排列命令排列布局元器件。常用排列命令在“Edit/Align”菜单子菜单中，如图 3所示，也可使用快捷键，选择合适命令对元器件进行对齐、均匀分布等操作。图 3 常用排列命令菜单布局之后如图 4 所示图 4 元器件的排列布局7 元器件自动标识选择菜单命令“Tools/Annotate Schematics.”打开“Annotate”对话框，在该对话框中对元器件进行自动标识操作。自动标识后如图 5 所示图 5 元器件自动标识8 连线连接线路，选择 Place/Wire 菜单命令，或用快捷键 P、W 放置导线。如图 6 所示。14图 6 连线后状态9 放置电源和接地符号1) 单击菜单栏 ViewtoolbarsPower Objects 命令，或者单击工具栏中的 图标，光标变为十字状，按下 Tab 键，在弹出的“Power Port”对话框中将 “VCC”改为“+6V” ，移动光标拖动电源符号到图样上适当位置，单击左键将“+6 V”位置固定。2) 用同样的方法放置电源“ Ui”和接地符号。10 对象整体编辑选中某一元件如电阻，单击鼠标右键选择“Find Similar Objects.”命令打开“Find Similar Objects”对话框，如图 7 所示。在对话框中设置相同参数选项，并执行操作单击 Apply 按钮，单击 OK 按钮。打开检查器“SCH Inspector”窗口，如图 8 所示，在窗口中选择合适选项进行对象整体编辑。图 7 “Find Similar Objects”对话框 图 8 检查器“SCH Inspector”窗口15图 9 对电阻进行整体编辑如要隐藏电阻的 Comment 值，在检查器“SCH Inspector”窗口中找到“Part comment”项点击进入，然后找到“Hide”选项，选中其后 True 前的复选框即可。如图 9 所示11 保存绘制完成后如图 10 所示图 10 电压指示电路原理图四 思考题1 元器件的排列有哪些操作命令？2 如何进行元器件的自动标识？简述其操作步骤。3 如何实现对象的整体编辑？16实验 5 层次电路原理图设计一 实验目的1 掌握自上而下的层次原理图的绘制方法。2 理解层次原理图模块化的设计方法。二 实验内容绘制洗衣机控制电路层次原理图，包括“复位 晶振模块” ， “CPU 模块” ， “显示模块”和“控制模块” 。三 实验步骤1 新建工程项目文件1）单击菜单 File/New/PCB Project ，新建工程项目文件。2）单击菜单 File/Save Project 保存工程文件，并命名为“洗衣机控制电路.PrjPCB ”。2 绘制上层原理图1） “在洗衣机控制电路.PrjPCB”工程文件中，单击菜单 File/New/Schematic，新建原理图文件。2）单击菜单 File/Save As，将新建的原理图文件保存为“洗衣机控制电路.SchDoc”3) 单击菜单 Place/Sheet Symbol 或单击“Wring”工具栏中的 按钮，如图 1 所示，依次放置复位 晶振模块，CPU 模块，显示模块，控制模块四个模块电路，并修改其属性，放置后如图2 所示图 1 模块电路属性17图 2 放置四个模块电路4）单击菜单 P1ace/Add sheet Entry 或单击“Wring”工具栏的 按钮，放置模块电路端口，并修改其属性，完成后效果如图 3 所示图 3 放置模块电路端口5）连线。根据各方块电路电气连接关系，用导线将端口连接起来，如图 4 所示图 4 连线3 创建并绘制下层原理图1)在上层原理图中，单击菜单 Design/Create Sheet From Symbol，此时鼠标变为十字形。2)将十字光标移到“复位 晶振模块”电路上，单击鼠标左键，系统自动创建下层原理图“复位 晶振模块.SchDoc”及相对应的 I/O 端口。如图 5 所示。18图 5 自动生成的 I/0 端口4）绘制“复位 晶振模块”电路原理图。其用到的元件如下表 1 所示。绘制完成后的效果如图 6 所示。表 1 “复位 晶振模块”电路元件列表元件标号 元件名 所在元件库 元件标示值 元件封装R1 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 270 AXIAL0.4R2 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4C1 Cap Miscellaneous Devices.IntLib 33pF RAD-0.3C2 Cap Miscellaneous Devices.IntLib 33pF RAD-0.3C3 Cap Miscellaneous Devices.IntLib 33pF RAD-0.3S1 SW-PB Miscellaneous Devices.IntLib SPST-2Y1 XTAL Miscellaneous Devices.IntLib R38VCC 电源工具栏GND 电源工具栏图 6 复位 晶振电路5）用类似的方法创建其它模块电路子图各模块电路所用元件列表如表 2、表 3、表 4 所示各模块电路绘制完成后效果如图 8、图 9、图 10 所示。表 2 CPU 模块电路元件列表元件标号 元件名 所在元件库 元件封装U1 DS80C310-MCL Dallas Microcontroller 8-Bit.IntLib DIP40BVCC 电源工具栏GND 电源工具栏提示：DS80C310-MCL 可以通过搜索功能来查找，搜索格式如图 7 所示，并添加其元件库。19图 7 DS80C310-MCL 元件搜索 图 8 CPU 电路模块表 3 显示模块电路元件列表元件标号 元件名 所在元件库 元件值 元件封装DS1 Dpy Yellow-CA Miscellaneous Devices.IntLib LEDDIP-10R3 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4R4 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4R5 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4R6 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4R7 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4R8 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4R9 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4R10 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4VCC 电源工具栏图 9 显示电路模块表 4 控制模块电路元件列表元件标号 元件名 所在元件库 元件封装K1 Relay-SPDT Miscellaneous Devices.IntLib MODULE5BP1 Header 3 Miscellaneous Connectors.IntLib HDR1X3P2 Header 3 Miscellaneous Connectors.IntLib HDR1X3VCC 电源工具栏20图 10 控制电路模块6）保存四 思考题1 绘制层次原理图的方法有那些？简述具体步骤。2 模块电路端口与原理图 I/O 端口有何区别？3 层次原理图与普通原理图相比有何优点？21实验 6 原理图电气规则检查与报表输出一、实验目的1、掌握自下而上的层次电路图的设计概念和设计方法；2、进一步熟悉原理图的设计方法和设计过程；3、掌握生成各种电路原理图报表文件。二、实验内容对于一个庞大的电路原理图，设计者不能在一张电路图中绘制，Protel DXP 2004 Winter09为设计者提供了一个层次电路设计方案，将系统划分为多个子系统，子系统又由多个功能模块化构成。有自上而下和自下而上两种悻层次电路设计方法。用层次电路设计方法绘制函数信号发生器电路原理图，如图 1、图 2 和图 3 所示。+5V-信图 1 函数信号发生器总图图 2 函数信号发生器电路原理图REFGNDA04COSJ789IPYUTMXLK.Bu22图 3 直流稳压电源三、实验步骤1、 新建工程项目文件1）单击菜单 File/New/PCB Project ，新建工程项目文件。2）单击菜单 File/Save Project 保存工程文件，并命名为“函数信号发生器电路.PrjPCB ”。 3）单击菜单 File/New/Schdoc 创建原理图输入文件，命名为函数信号发生器总图.SchDoc。2、绘制层次原理图的总图，如图 3-1。（1）绘制方块电路，并完成方块电路属性的设置；（3）放置方块电路端口，并完成方块电路端口的设置；（4）绘制导线。3、绘制层次原理图的分原理图。（1）生成分原理图，在总图中执行【设计】【产生图纸符号】菜单命令；（2）按图 2 和图 3 绘制分原理图。4、执行【工具】【上/下层次 】菜单命令，实现上层和下层的切换。5、生成网络表，查看网络连接。6、保存文件。7、 执行电气规则检查（ERC）在原理图设计窗口中执行菜单命令 Project/Project Options，将弹出 “Options for PCB Project函数信号发生器电路.PrjPCB ”对话框。如图 4 所示图 4“Options for PCB Project 函数信号发生器电路 .PrjPCB”对话框+V-INOUTGDLM80C9KResEuF.randlBigP信23在该对话框的 Error Reporting(错误报告)和 Connection Matrix(连接矩阵)两个选项卡中进行电气规则设置，或单击 按钮实现默认设置，设置完成单击 OK 按钮退出。执行菜单命令“Project/Compile PCB Project 函数信号发生器电路.PrjPCB”对整个项目编译查错。在 Massages 窗口中查看错误报告并修改相关错误。如系统提示为“warning” ，可根据原理图中波浪线提示内容判断，若不认为是错误，则返回“Options for PCB Project 函数信号发生器电路.PrjPCB”对话框，找到相关选项进行报告模式“Report Mode”的设置，设置为“No Report”后，再重新进行原理图的编译查错，直到没有问题出现为止。8、生成网络表文件在原理图设计窗口中执行菜单命令 Design/Netlist For Project/Protel ，系统则会生成当前整个项目的网络表文件，如图 5 所示图 5 “函数信号发生器电路”网络表文件6 生成元器件清单报表在原理图设计窗口中执行菜单命令 Reports/ Bill of Materials，将会弹出如图 6 所示的元器件清单报表对话框。单击“Export.”按钮，可将该报表以“.xls”格式文件保存。图 6 元器件清单报表对话框7 生成元器件交叉参考表在原理图设计窗口中执行菜单命令 Reports/Component Cross Reference，将会弹出如图 7 所示的元器件交叉参考表对话框。单击“Export.”按钮，可将该报表以“.xls”格式文件保存。24图 7 元器件交叉参考表对话框8 生成原理图层次报表在原理图设计窗口中执行菜单命令 Reports/Report Project Hierarchy，系统则会生成当项目原理图的层次报表文件，如图 8 所示图 8 原理图层次报表四 思考题1 说明电气规则检查的意