电路原理图的设计1.ppt

第4章 电路原理图（电路图）的绘制 本章学习目标 本章主要讲述三端稳压电源原理图的绘制过程，以达到以 下学习目标： u理解原理图的一般设计流程和基本原则。 u掌握电路图元件库的安装与卸载。 u掌握电路图中元件的搜索方法。 u掌握电路图的整体编辑。 u掌握原理图的编译与各种报表的输出。 4.1 原理图的一般设计流程和基本原则 1. 原理图的一般设计流程 2. 原理图的设计的基本原则 1. 以模块化和信号流向为原则摆放元件， 使设计的原理图便于电路功能和原理分析。 2. 同一模块中的元件尽量靠近，不同模块 中的元件稍微远离。 3. 不要有过多的交叉线、过远的平行连线 。充分利用总线、网络标号和电路端口等电 气符号，使原理图清晰明了。 4.2.1 新建原理图文件 1. 创建工程文件。执行菜单命令【File】/【New 】/【PCB Project】，新建一个工程文件。 2. 执行菜单命令【File】/【Save Project】， 将新建工程文件保存为“原理图.PRJPCB”。 3. 执行菜单命令【File】/【New】/【Schematic 】，新建一个原理图文件。 4. 单击工具栏中的按钮，弹出文件保存对话框， 将新建原理图文件保存为“原理图. SchDoc”。 4.2原理图的编辑环境设置 新建的工程文件和原理图文件 新建的工程文件 新建的原理 图文件 4.2.2 设置图纸 1. 设置图纸属性。执行菜单命令【Design】/【Option】 4.3加载和卸载元件库 4.3.1 原理图元件库介绍 绘制原理图就是将代表实际元件的电气符 号（既原理图元件）放置在原理图图纸中， 并用具有电气特性的导线或网络标号将其连 接起来的过程。Altium Designer为了实现 对众多原理图元件的有效管理，它按照元件 制造商和元件功能进行分类，将具有相同特 性的原理图元件放在同一个原理图元件库中 ，并全部放在Altium Designer安装文件夹 的Library文件夹中。 4.3.2 加载元件库 1. 打开库文件面板。在 工作区右侧（或右下方） 单击【Libraries】标签 ，即可打开库文件面板， 如右图所示。 元件库按钮 2. 打开添加、移除元件库对话框 单击库文件面板 中的【 Libraries】 元件库按钮，弹 出如图所示的添 加、移除元件库 对话框 已添加的元件库列表 3. 添加元件库 在添加、移除元件 库对话框中单击【 Add Library】 （安装）添加元件 库按钮，弹出选择 元件库对话框，如 图所示 提示：Altium Designer的常用元件库默认保存在安 装盘的 :Program FilesAltium DesignerLibrary 目录下。 4. 新添加的元件库 新添加的元件库 若不知道元件属于哪个库，可以通过“查找”按钮 来实现。 选用新添加的元件库 单击添加、移除元件库 对话框中的【Close】 关闭按钮，回到库文件 面板中，可以看到当前 元件库下拉列表框中已 经有了刚添加的元件库 “ST Memory EPROM 16 -512 Kbit.IntLib”， 如图所示。 4.3.3 卸载元件库 如果想将已经添加的元件库卸载，可以 在添加/移除元件库对话框中，选中要卸 载的元件库名后，单击【Remove】（卸 载）按钮即可。 注意：卸载元件库并不是删除元件库， 卸载元件库只是将该元件库从当前已添 加元件库列表中移除，该库仍然保存在 Altium Designer的元件库文件夹中，下 次需要时仍可加载进来使用。 4.4三端稳压电源的原理图绘制 经过分析，插座JP1、JP2的原理图元件位于常用接插件杂项 集成库Miscellaneous Connectors.IntLib中，而其它的原 理图元件位于常用元件杂项集成库Miscellaneous Devices.IntLib中，系统默认情况下，已经载入了以上二个 常用元件库，但是，如果要载入其它元件库，或者使用过程 中移除了该库，则必须加载元件库。 4.4.1 放置原理图元件并设置属性 1. 将图纸放大并移动到适当位置 （1）图纸显示比例的调节 【Page Up】键: 每按一次，图纸的显示比例放大一次，可 以连续操作，并可在元件的放置过程中操作。 【Page Down】键：每按一次，图纸的显示比例缩小一次， 可以连续操作，并可在元件的放置过程中操作。 【End】键：每按一次，图纸显示刷新一次。 【Ctrl】+【Page Down】键：二个按键同时按下，可以显示 图纸上的所有图件。 （2）图纸位置的移动 上下移动滑块 左右移动滑块 2. 打开库文件面板，选择所需的元件库 例：放置二极管 经过前面的分析，二极管的原理图元件 位于常用元件杂项集成库Miscellaneous Devices.IntLib中，因此在库文件面板中 选择Miscellaneous Devices.IntLib库。 3. 找到原理图元件 在库文件面板中浏览原理图元件， 找到二极管的原理图元件，如图所 示。 提示：为了加快寻找的速度，可 以使用关键字过滤功能，由于二极 管的原理图元件名称为Diode，因 此可以在关键字过滤栏中输入 Diode或Dio*（*为通配符，可以表 示任意多个字符）。既找到所有含 有字符Dio的元件。 关键字过滤 过滤后的元件 常用元件的关键字 DIO:二极管 CAP：电容 RES：电阻 PNP：PNP型三极管 NPN：NPN型三极管 电路原理图常见两个元件库 一、Miscellaneous Devices.IntLib库是最常用的 器件库，有最基本的电子元件。 电阻：标准的电阻 Res1，Res2 电阻排(集成电阻器) ResPack1，ResPack2， ResPack3，ResPack4 三端口可变电阻 Rpot1，Rpot2 可变电阻ResAdj1, ResAdj2 电阻桥ResBridge 特殊电阻:热敏电阻Res Varistor,湿敏电阻Res Thermal, 压控电阻Res Tap,半导体电阻Res Semi 电容：无极性电容 CAP 有极性电容 Cap Pol1， Cap Pol2, Cap Pol3 可变电容Cap Var 馈能电容Cap Feed 电感：普通Inductor 石英晶振：Crystal(XTAL) 二极管：Diode,稳压二极管D Zener, 变容二极管D Varactor遂道二极管D Tunnel 三极管：NPN，PNP,达林顿管NPN13,PNP13 场效应管：MOSFET N，MOSFET P， JFET N ，JFET P等 发光二极管：LED 发光数码管：DPY 跳线：Jumper 三端稳压器：Volt Reg 保险丝：Fuse1，Fuse2 继电器：单刀单掷RELAY-SPST 单刀双掷RELAY-SPDT 双刀单掷RELAY-DPST 双刀双掷RELAY-DPDT 话筒：Mic1，Mic2 开关：拨码开关SW DIP 按键SW-PB 其他开关 SW 变压器：Trans， 电桥：Brideg1，Brideg2 扬声器:Speaker 模数转换ADC-8 数模转换DAC-8 天线Antenna 电灯Lamp 电铃Bell 蜂鸣器Buzzer 稳压管D schottky 单结晶体管UJT-(P/N) 三端双向可控硅开关Triac 可控硅整流器Scr 光敏二极管Photo sen光敏三极管Photo PNP/NPN 光耦(发光二极管+光敏二极管型):Optoisolator1, Optoisolator2 光电隔离开关(发光二极管+三端可控硅型):Opto TRIAC 运算放大器Op amp 表头Meter 电池：Battery 缓冲器：BUFFER 二、Miscellaneous Connectors.IntLib 电气插座:Socket 高频线接插器:BNC 电气插头:Plug 耳机插座：Phonejack 各种管脚的插头连接器等HEADER，CON，MHDR ISA插座CON EISAE 鼠标插头PS2-6PIN 电源插头PWR2.5 4. 取出原理图元件 找到二极管元件后， 双击鼠标左键或单击 库文件面板中的【 Place Diode】按钮 ，将光标移到图纸上 ，此时可以看到光标 下已经带出了二极管 原理图元件的虚影， 如图所示。 5. 设置原理图元件属性 从原理图库中取出的原理图元件还没有输入元件编号、参数等 属性，按下键盘上的【Tab】键，将弹出元件的属性对话框， 【Desinnator】元件编号：用于图纸中唯一代表该元件 的代号。 它由字母和数字二部分组成，字母部分通常表示元 件的类别，如电阻一般以R开头、电容以C开头、二极 管以D开头、三极管以Q开头等。数字部分为元件依次 出现的序号。其后的复选框【Visible】用于设置元件 编号在图纸中是否显示出来。 【Comment】元件型号或参数：如电阻的阻值（以为单 位），电容的容量（以pF和uF为单位），三极管或二 极管的型号等。 【Footprint】引脚封装：该参数关系到PCB板的制作，在 后面章节将会详细介绍，这里暂时不进行设置。 6. 放置原理图元件 将元件移动到合适 位置点击鼠标左键，将 元件放置到图纸中，如 图所示。 提示：点击鼠标左键 将元件放置到图纸中后 ，此时仍处于同类型元 件的放置状态，并且元 件的编号自动增加1，如 图所示，此时可以继续 移动光标点击鼠标左键 放置其它的二极管。 7. 放置其它原理图元件 元件类类型和编编号 名称 元件库库 电电源插座JP1、JP2 Header 2H Miscellaneous Connectors.IntLib 保险险管F1 Fuse 2 Miscellaneous Devices.IntLib 整流二极管D1D4 Diode 电电感L1 Inductor 电电解电电容C1、C4 Cap Pol1 无极性电电容C2、C3 Cap 三端稳压块稳压块 VR1 Volt Reg 电电阻R1 Res2 发发光二极管DS1 LED0 8. 三端稳压电源原理图元件的放置 9. 带有参数元件的属性设置 对于电阻、电容、电感等带有参数的元件 ，其原理图属性对话框的设置稍有不同， 例如电阻的属性对话框，由于其参数栏的 【Value】项可以输入参数，所以【 Comment】项可以不设置，并且其后的【 Visible】复选框也不选上。 例：电阻R1的属性设置 元件参数 10.原理图元件的布局调整 布局调整的必要性 一张好的原理图应该布局均匀，连线清 晰，模块分明，所以在元件的放置过程中 或连线过程中不可避免的要对元件的方向 、位置等进行调整。 调整元件的方向 【空格】键：元件逆时钟方向旋转90 提示：可以连续操作 【X】键：每按一次，元件水平方向翻转一次 【Y】键：每按一次，元件垂直方向翻转一次 元件放置到图纸后的方向和位置调整 如果元件已经放置到图纸 上，要调整元件的方向和 位置，必须先将光标移到 要调整元件图形上，然后 按住鼠标左键不放，此时 元件粘附在光标下，如图 所示，此时如果移动鼠标 ，即可调整元件位置，如 果同时按下【空格】、【X 】、【Y】键，同样可以调 整元件的方向。 11. 原理图元件的连线 元件连线的必要性 将元件放置到图纸后，就要 用有电气特性的导线将孤立的 元件通过管脚连接起来。此时 必须用到连线工具。 连接导线 例：连接元件VR1的Vout管脚和JP2的1脚之间的导线 。 设置导线属性 1.选择原理图工具栏中的绘制 导线工具，光标变为十字型， 2. 此时可以按下键盘上的【 Tap】键，弹出如图的属性对 话框， 3. 设置属性 【Wire Width】：导线宽度， Smallest（最小）、Small（小）、Medium（中）、 Large（大）几种选项，默认为Small。 【Color】颜色框，在弹出的属性对话框中设置不同的颜色， 设置好后，单击【OK】按钮完成设置。 2.连接第一个管脚 移动光标接近VR1的Vout管脚，这时由于图纸 中设置了自动搜索电气节点的功能，光标自动跳 到VR1的Vout管脚的电气节点上，并出现小的十 字型黑点，表示接触良好，如图所示。 3.带出导线 此时单击鼠标左键，移动鼠标即可带出一段导线 。 4.导线拐角 移动鼠标到要拐角的地方再点击鼠标左键，继续 移动鼠标绘制导线。 5.完成导线绘制 光标接近JP2的1脚，同样由于自动搜索电气节点 的功能，光标会自动跳动JP2的1脚电气节点上，此 时再单击鼠标左键，将导线连到该管脚，由于导线 绘制已经完成，单击鼠标右键结束当前导线的绘制 ，如图所示。 放置节点 原理图中的节点表示相交的导线是连接在一起， 如图所示 (a) 没有节点，表示 二导线没连接 (b）有节点，表 示二导线连接 完成连线的三端稳压电源原理图 总结： 在导线的绘制过程中，为了连线的方便，可以 进一步调整元件的位置、方向，以及元件标 号和参数的位置。 建议：导线绘制最好采取分模块、单元电路的 方式从左到右、从上到下依次进行，以免漏 掉某些导线。 12. 放置电源和接地符号 通过电源及接地符号栏放置 1. 打开电源及接地符号栏 如果电源及接地符号栏没有打开，可 以执行菜单命令【View】/【 Toolbars】/【Power Object】，将 打开如图的电源及接地符号栏。其中 前二行为电源符号，最后一行为接地 符号。 放置接地符号 利用电源及接地符号栏一次只能放置一个电源或接地符号 。选取其中的一个符号后（如本例中选择接地符号），移动 鼠标即可看到光标下带出一个接地符号，如图所示，将其移 动合适位置，单击鼠标左键即可将接地符号放置到图纸中。 通过原理图工具栏放置 在原理图工具 栏中单击电源和接 地符号按钮，按下 键盘上的【Tap】 键，将弹出如图 所示的电源和接地 符号属性对话框。 设置电源和接地符号属性 【Net】网络属性：网络属性一般由字母和数字组成，是指电路 中的电气连接关系，具有相同网络属性的导线在电气上是连 接在一起的。 【Style】外形风格：设置电源和接地符号的形状，有以下七种 ： 【Circle】圆形: 【Arrow】箭形: 【Bar】T形: 【Wave】波浪形: 【Power Ground】电源地: 【Signal Ground】信号地: 【Earth Ground】接大地: 13. 原理图报表文件 Altium Designer除了提供电路设计的编辑环境外，还集 成了对项目进行编译和查错的功能。原则上，只有通过编 译确定无误的电路原理图才能进入最终的PCB电路线路板 设计阶段。另外，Altium Designer还提供了用来生成各 种电路原理图报表的功能，这些报表存放了原理图的各种 信息，它们有的可以作为PCB设计的接口，有的可以作为 电路设计的归档，方便设计人员对电路进行校对、比较和 修改等工作。 1.项目编译及查错 电路原理图的绘制过程实际上是将设计的电路反映到 原理图图纸上。在Altium Designer中绘制完成的电路原 理图就具备了实际的电气特性，要使最终设计的电路图正 确无误，就必须对电路图中具有电气特性的各个电路部分 进行电气规则检查，即发现并找出电路设计中存在的错误 。Altium Designer提供了多种多样的电气规则检查，几 乎涵盖了在电路设计过程中出现的错误。 设置编译项目选项 在编译项目之前，设计人员应该仔细地对项目选项进行设置。编译时， Altium Designer将会根据用户的设置检查整个项目。对于层次原理图来说， 编译过程不仅检查各个原理图子图，而且需要连接各个原理子图。下面首先 介绍一下如何对电气规则进行设置。 （1）单击Project-Project Options菜单命令项，弹出如图1所示的项目属 性设置对话框。 （2）该对话框默认打开Error Reporting选项卡，用于设置项目编译的错误 报告类型。在该选项卡中，设计人员可以自定义项目编译的电气检查规则。 每项规则可以定义不同的错误级别，即Altium Designer在对项目进行编译的 过程中遇到该错误时给出何种级别的报告。如要修改某电气规则的错误级别 ，可单击Report Mode列中相应的图标，此时可弹出如图1中的下拉列表框， 选中某项即可。电气规则错误报告的级别包括No Report（不报告）、 Warning（警告）、Error（错误）和Fatal Error(致命错误)。 用户在进行电路电气检查时一般不用修改这些默认的错误报告类型。除非 遇到特殊情况，此时，如要恢复Altium Designer的默认设置可单击项目属性 设置对话框左下角的Set To Defaults按钮即可。 图1 项目属性错误报告设置对话框 图2 项目属性连接矩阵设置对话框 图中矩阵的行列分别罗列了电气引脚的属性，而行列交叉处的方块 用来定义两个具有不同属性的引脚相连时的错误报告。如行列的Input Pin交叉处的方块定义为No Report（不报告），说明绘制的原理图中将 两个输入引脚相连时，电路检查时不产生报告。如果需要设置为Warning （警告），则可将鼠标移动到该方块上单击鼠标左键，即可在不同的颜 色间来回切换，不同颜色代表不同的错误报告级别，对话框中罗列了各 颜色对应的错误报告级别。 （4）单击Compator选项按钮，弹出如图2的对话框，用来设置修改 电路原理图后，再对原理图进行编译时，Altium Designer是否提示设计 人员所作的哪些修改。 图3项目属性差别比较设置对话框 如要改变相应选项的设置，可单击对应项右边的下拉列表 框，可弹出如图3所示中的包括Ignore Differences和Find Differences两个选项的列表框，选中Ignore Differences则 编译时忽略在原理图中所作的对应项的修改，否则，则在编译 时检查相应项所作的修改，并进行提示。 2. 项目编译 对项目进行编译的方法有如下几种操作方法： 单击Project-Compile 菜单命令项。 单击Project工作面板右上角的“项目”按钮，在弹出的浮 动菜单中单击Compile 菜单命令项；或“工作区”按钮选择编 译所有的项目。 在Navigator工作面板上单击鼠标右键，在弹出的浮动菜单 中单击Compile All菜单命令项。 执行以上任何一项操作后，Altium Designer开始编译项 目文件。并将生成的编译信息全部显示在Messages工作面板中 。 2.网络表文件 上述操作都是针对整个项目进行编译检查错误的，也可以对 单个原理图文件进行检查，执行上述任何一项操作后，可显 示Messages工作面板来查看其中的编译信息。 由Altium Designer自动生成的网络表文件是原理图设 计SCH和印刷电路板设计PCB之间的接口。 由原理图文件生成的网络表文件可以导入到 PCB设计项目文件中，以完成自动布局和自动布线 工作，因此可以认为网络表文件是电路原理图到 电路板设计的代理；反过来，也可由最终设计的 电路线路板生成的网络表文件，比较由原理图生 成的网络表文件可以找出在PCB设计过程中所做的 修改及查找其中的错误。 生成电路原理图的网络表文件非常简单，单 击Design-Netlist for Project-Protel菜单命 令项。此时在Project工作面板中自动生成一个默 认名为PCB Project1.Net的项目网络表文件。 C1 RAD-0.1 0.1uf C2 RB7.6-15 470uf/16v C3 RAD-0.1 ( VCC C1-2 C3-2 C4-2 C11-1 DS1-1 DS2-1 DS3-1 DS4-1 DS5-1 DS6-1 DS7-1 DS8-1 U1-3 U2-31 U2-40 ) ( TXD U2-30 U3-11 ) 网络表文件主要包括两部 分：元件声明和电气网络 定义。元件声明包含在一 个方括号中，如： ;C1; RAD-0.1; 0.1uf;表 示C1元器件属性参数的描 述，其中包括元器件标识 符C1、元器件封装RAD- 0.1和元器件值0.1uf。 元器件引脚之间的电气网络定义包 含在小括号()中,如本例中所有电源 引脚之间的连接为： ( VCC C1-2 C3-2 C4-2 C11-1 DS1-1 DS2-1 DS3-1 DS4-1 DS5-1 DS6-1 DS7-1 DS8-1 U1-3 U2-31 U2-40 ) 其中罗列了所有元器件的电源引 脚与PCB总电源VCC之间的连接关系， 在实际的PCB板电路中将生成各引脚 之间的飞线，具体请结合PCB设计的 相关章节。 网络表文件也可以进行修改，如 修改某个元器件方括号属性域中的 PCB封装，就可在Altium Designer编 辑主窗口中打开的网络表文件直接进 行修改就行了。一旦作出了修改，但 由于在实际的电路原理图中并未作出 相应的修改，所以当再一次由原理图 生成网络表文件时，打开网络表文件 会弹出如图所示的对话框，用来确认 是否恢复网络表的修改。 图 修改网络表文件确认对话框 注意：一般直接修改网络表文件不宜记录所作的修改和原理图存档，所以不推荐使用 这种方法来改变原理图设计。 3.层次项目组织列表 Altium Designer还提供了层理原理图报表文件生成工具，使得电路设计人员对 电路的管理更加方便。下面以4 Port Serial Interface为例来介绍如何生成层次原 理图设计项目的报表文件。具体操作步骤如下： （1）在Altium Designer的主窗口中任意打开层次原理图设计项目中的原理图文件， 使之出现原理图编辑主菜单。 （2）单击Project工具栏上的Promile Active Project，或者单击Project-Promile All Projects菜单命令项。编译整个项目文件。 （3）单击菜单Reports-Report Project Hierarchy菜单命令项。此时，Altium Designer自动生成层次原理图设计项目的报表文件，默认名称为4 Port Serial Interface.REP。如图所示为4 Port Serial Interface层次原理图设计项目的报表文 件。 图 层次原理图报表文件 4.元器件报表清单 如要快速而又简单地生成电路原理图的元器件报表文件，可 单击Reports-Simple BOM菜单命令项。 PCB Project1.CVS文件是原理图元器件报表的控制文件。 PCB Project1.BOM报表文件中罗列了原理图中所有的元器件。 如要浏览原理图设计项目中包含哪些原理图元器件，操作 步骤如下： 单击Reports-Bill of Material菜单命令项，弹出对话框 。 对话框中以一定地次序罗列了原理图设计项目中包含的所 有元器件，如要显示其它信息，可单击对话框左下角中相应的 复选框即可