protel99SE的学习课外研学文档.doc

课外研学报告学院名称： 专业班级： 姓 名： 学 号： 目 录一、 学习任务-3二、 简介Protel的发展历程-3三、 Protel99SE的组成-5四、 四线下载电路板的设计过程-6五、 学习时遇到的问题及解决方法-16六、 学习心得-18一、 学习任务开学前两个星期是学生自主学习的时间，应充分利用，根据自己的兴趣爱好选择学习研究的方向。我选择的学习任务是了解protel公司的电子电路设计软件，熟悉protel99SE的操作方法，掌握原理图和PCB印制电路板的设计技术。本次学习的目标是能用protel软件绘制一块两层以上的PCB印制电路板。要求自主学习protel99SE软件的使用方法，熟悉原理图和PCB印制电路板的设计流程 ，掌握原理图和PCB的基本操作，编辑环境设置，元器件封装生成，电路板生成，布局布线，以及各种报表的生成等。二、 简介protel的发展历程随着计算机业的发展，从80年代中期计算机应用进入各个领域。在这种背景下，87、88年由美国ACCELTechnologiesInc推出了第一个应用于电子线路设计软件包TANGO，这个软件包开创了电子设计自动化（EDA）的先河。随着电子业的飞速发展，TANGO日益显示出其不适应时代发展需要的弱点。为了适应科学技术的发展，Protel Technology公司推出了ProtelForDos作为TANGO的升级版本，从此Protel这个名字在业内日益响亮。八十年代末，Windows系统开始日益流行，许多应用软件也纷纷开始支持Windows操作系统。Protel也不例外，相继推出了ProtelForWindows1.0、ProtelForWindows1.5等版本。这些版本的可视化功能给用户设计电子线路带来了很大的方便，设计者再也不用记一些繁琐的命令，也让用户体会到资源共享的乐趣。九十年代中，Win95开始出现，Protel也紧跟潮流，推出了基于Win95的3.X版本。3.X版本的Protel加入了新颖的主从式结构，但在自动布线方面却没有什么出众的表现。另外由于3.X版本的Protel是16位和32位的混合型软件不太稳定。98年，Prote公司推出了给人全新感觉的Proel98。Protel98以其出众的自动布线能力获得了业内人士的一直好评。99年，Protel公司又推出了最新一代的电子线路设计系统Protel99。在Protel99中加入了许多全新的特色。2000年, Protel99se性能进一步提高，是一个全面、集成、全32位的电路设计系统，可以对设计过程有更大控制力。2002 年，Protel DXP 集成了更多工具，使用方便，功能更强大。 2003 年，Protel 2004 对Protel DXP进一步完善。2006年，Altium Designer 6.0成功推出，集成了更多工具，使用方便，功能更强大，特别在PCB设计这一块性能大大提高。 2008年，Altium Designer Summer 08（简称：AD7）将ECAD和MCAD两种文件格式结合在一起，Altium在其最新版的一体化设计解决方案中为电子工程师带来了全面验证机械设计(如外壳与电子组件)与电气特性关系的能力。还加入了对OrCAD和PowerPCB的支持能力。 2008年，Altium Designer Winter 09推出，引入新的设计技术和理念，以帮助电子产品设计创新，利用技术进步，并提出一个产品的任务设计更快地获得走向市场的方便。增强功能的电路板设计空间，让您可以更快地设计，全三维PCB设计环境，避免出现错误和不准确的模型设计。 2009年7月， Altium于2009年7月在全球范围内推出最新版本Altium Designer Summer 09。Summer 09的诞生延续了连续不断的新特性和新技术的应用过程。三、 protel99SE的组成目前，市场上应用软件更新得很快，protel是众多电路设计软件中用得较多的电路绘图软件，国内几乎所有的生产印制板的专业厂家都要用到protel。虽然之后又更新了很多功能更强大的软件，但对于初学者，绘制元件不多的电路板，“杀鸡不用宰牛刀”，protel99SE还是很有用的。protel99SE继承了之前所有版本的精华，对系统的配置要求也不高，再加上它的学习和操作都比较简单，参考资料也比较成熟、全面，所以从入门和提高的实际角度考虑，protel99SE是目前最适合初学者使用的。Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用数据库库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源地层和16个机加工层。按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下两大部分和6个功能模块。 1、电路工程设计部分(1)电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。 (2)印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。 (3)自动布线系统（Advanced Route 99）：本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。 2、电路仿真与PLD部分(1)电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。 (2)可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。 (3)高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。四、 四线下载电路板的设计过程通过从图书馆借阅书籍和从网上浏览视频，我学习了protel99SE的操作方法，然后自己制作完成了四线下载电路板的绘制，包括画原理图，建立网络表，手工布置元器件，手工布线，生成各种网络报表等。下面，就以四线下载电路板为例，详细介绍protel99SE的使用方法和PCB印制电路板的制作方法。（一）创建数据库文件安装好protel99SE之后，在启动各种编辑器之前要创建一个新的设计文件（Design file），或者打开一个已经存在的设计文件。创建方法如下：在设计的工作界面，执行“File”/“New”，就会弹出如下图表1的“New Design Database”创建设计数据库的对话框。图表 1如果要给文件加密可以点击“Password”,输入用户名和密码，就可以给文件加密，本次不加密。“MS Accse database”表示设计过程中的全部文件都存储在单一的数据库中。即所有的原理图，PCB文件，网络表，报表文件等都存在一个.ddb文件中。下面输入file name :four line load.ddb，就可以生成以four line load为名的数据库文件，如图表2所示。图表 2（二）绘制原理图1. 新建一个原理图文件在打开的数据库文件中，创建原理图文件并启动原理图编辑器，原理图编辑器实际上就是一个原理图设计系统，用户可以在系统中进行电路图的设计并生成网络表，为后面的印制电路板的设计做好准备。 在document文件夹中，执行“file”/“new”,选中原理图编辑器，如图表3所示，即可完成原理图文件的创建。图表4为原理图的编辑界面。图表 3 图表 42. 设置图纸的文档参数在原理图编辑器页面，执行“Design”/“Options”,弹出图纸属性设置对话框，设置图纸大小为A4，其余默认，设置页面如下。图表 53. 装入元器件库本电路中，需要用的元件为电阻、无极性电容、三极管、74LS244、DB25，接插件,它们在Miscellaneous Device.ddb和Protel DOS Schematic Libraries.ddb中，载入该元件库，操作为单击按钮，弹出添加删除元器件对话框，找到所需的元器件库，如图表6所示，点击Add,就完成了元器件库的添加。图表 64. 放置元件利用原理图管理浏览器放置元器件，操作为在“Browse”选项下拉列表框中的“Labraries”选项，选择元器件库，再选择元器件，点击“Place”,元器件随光标移动，左击即可放置元器件。元件列表中选中RES2放置电阻，选中NPN和PNP放置三极管，选中CAP放置无极性电容，选中DIODE放置二极管，选中CON8放置插口，另外再选中74LS244和DB25，放置完毕。5. 调整元件放置好元件后，用鼠标选中元件，将其拖到合适位置，有些元件还需作旋转，将整个元件选中（EDITSELECT-ALL，也可用鼠标直接框选），按空格键，每按一次空格键旋转90度。调整后的元器件布局应该电气合理并且方便布线。6. 连接导线执行菜单PlaceWire放置连线，执行菜单PlaceJunction放置节点，将电路图连接好，布线时要注意合理美观。7. 标注元件执行菜单ToolsAnnotate重新标注元件，并设置标称值，完成的电路图如图表7所示。图表 78. 电气法则测试电气规则检查（ERC）是按照一定的电气规则，检查电路图中是否有违反电气规则的错误。ERC检查报告以错误（Error）或警告（Warning）来提示。进行电气规则检查后，系统会自动生成检测报告，并在电路图中有错误的地方放上红色的标记。操作是执行菜单ToolsERC，对电气规则检查进行设置之后，即可进行检测，检测显示没有问题，如图表8所示。一定要ERC检查SCH的连线是否有问题，基本上可以消除漏连，重复编号等错误。图表 89. 保存电路图执行“file”/“save all”,保存所有文件。（三）设置元器件封装和产生网络表1. 设置元器件封装选择元器件的封装非常重要，如果封装不对，或者没有该元件的封装，则不能绘制PCB板，整个电路中，我们采用的封装为：电阻为AXIAL0.4，无极性电容为RAD0.10.2，接插件为SIP8，74LS244芯片DIP20，DB25用 DB25/M，二极管DIODE0.4，三极管 NPN、PNP为 TO-18。2. 产生网络表文件网络表文件（*.Net）是一张电路图中全部元件和电气连接关系的列表，它包含电路中的元件信息和连线信息，是电路板自动布线的灵魂。执行菜单DesignCreate Netlist，设置参数后，单击OK按钮，程序便自动生成并打开网络表文件如图表9所示（因页面原因，只显示一部分）。图表 93. 生成元器件列表 元器件列表给出电路图中所用元件的数量、名称、规格等。执行菜单ReportsBill of Material，对话框提示选择项目文件（Project）或图纸（Sheet），根据需要选择；产生的清单格式选择Protel Format格式，CSV Format格式，或选择Client Spreadsheet格式，其它的对话框均按默认设置，直接单击Next按钮进行下一步操作；结束操作，系统产生该种类型的元件清单如图表10所示。图表 10（四）印制电路板的设计1. 规划PCB在准备好原理图和网络表，并且进行了相应的ERC检测，确保他们正确以后，就可以建立一个PCB 文件，执行“File”/“New”，选择PCB 文件。然后对电路板板材的尺寸，元器件的封装形式，以及安装位置，工作层面等进行规划。原则上，这是按照客户要求来选择的，在这里我们选择了双面板其他参数均为默认。双面板包括顶层“top layer”和底层“bottom layer”,两面敷铜，都可以布线，一般需要过孔来连接，中间为绝缘层。电路板的大小要按照实际电路板的大小来规划。2. PCB编辑参数和设计规则设置在protel99SE中，用户可以根据自己的需要对各种参数进行设置。环境参数包括特殊功能，工作层面颜色，显示/隐藏，默认状态，信号完整性等。同时它还提供了强大的自动布线器，但一般电路板上不同的电气部分要求有各自的特殊性，所以设计者可以根据自己的设计要求，进行设计规则的设置，它对自动布线和手工布线都很有用。在这个电路中我们使用默认设置。3. 装入网络表和元器件封装网络表是电路原理图设计系统和PCB设计系统的借口，装入的元器件必须要有相应的封装，元器件的封装的说明放置在网络表文件中，只有装入网络表才能进行PCB的自动工作。在加载网络表之前要先加载所需的元器件库，执行“Design”/“Add/RemoveLibrary”,选择所需的元器件库，单击“Add”,即可完成添加。加载网络表和元器件前一定要确定元器件的封装没有错误，否则将加载失败。接下来介绍用网络表文件加载网络表和元器件。执行“Design”/“Load Nets”找到所需的网络表文件，确定后，弹出如图表11的对话框。图表 11确认没有错误信息后，单击“execute”按钮，即可将网络表和元器件加载到电路中，如图表12所示。图表 124. 元器件布局加载完网络表和元器件封装后需要将这些元器件按照一定的规律和次序排列在电路板中。Protel99SE中有自动布局和手动布局两种，对于初学者，对于布局规则并不熟悉，没有经验，这里选择手动布局，布线要注意电气关系，还有干扰问题以及美观性，如图表13为布线结果。图表 135. 手动布线protel99SE提供了手动布线和自动布线，但是一般自动布线以后仍然需要手动调整，甚至是大面积的修改，对于初学者还不如手动布线，等到经验丰富的时候可以体验一下自动布线。布线的时候要注意不要违反布线规则，另外布线的顺序是先连接主要芯片的管脚连线，然后是电阻电容等原件，最后是放置电源和接地端。我们使用的双面板，顶层布线尽量呈水平方向，底层呈垂直方向，两层间通过过孔连接。电源使用多边形填充，地端放置焊盘，然后进行铺地工作。另外，还可以给电路板添加文字说明和尺寸标注。最后布线完成的结果正反面分别如图表14，15所示。图表 14图表 156. 检查是否违反规则在PCB绘制完毕以后，还要检查是否有违反布线规则的地方，执行“tools”/“design rules cheak”点击“run DRC”,就生成了DRC文件，检测结果没有错误如图表16所示。图表 167. 生成电路板信息报表电路板信息报表包括电路板尺寸，电路板上的焊点，导孔数量以及电路板上的元器件标号等，为用户提供了一个完整的电路板信息。执行“Reports”/“Board Information”弹出如图表17 对话框。图表 17单击“Nets”/“Report”生成的电路板信息报表如图18所示。图表 188. PCB的3D显示protel99SE中含有3D显示功能，利用这个功能可以清晰地显示PCB的三维立体效果，执行“View”/“Board in 3D”,确定后就会出现三维立体效果图，如图表19所示。图表 199. 保存及输出文件 完成PCB布线以后，保存完成的PCB电路图文件，然后利用打印机绘图仪等输出电路的布线图。五、学习时遇到的问题及解决方法由于是自己在图书馆借书学习以及在网络上浏览视频教程参考，在学习过程中遇到了许多的问题，但是通过自己的不断探索，在不断地失败挫折中终于积累了一些经验，也找到了解决的方法。以下是几个学习过程中遇到的典型问题。1. 在画原理图的时候找不到所需的元器件。解答：首先在系统自带的原理图元件库中搜索，看能否找到所需的元器件。若找到了，则加载该元器件库；若没有，则重新制作自己的元器件。制作元器件在原理图库编辑器中，先设置一个新元器件，然后再用元器件库绘图工具画出它的外观，接着设置元器件引脚属性，再设置元器件属性，最后保存新元器件到指定目录下即可。2. ERC报告管脚没有接入信号。解答：显示该错误有几种可能性，可能创建封装时给管脚定义了I/O属性，创建元件或放置元件时修改了不一致的grid属性，管脚与线没有连上，或者创建元件时pin方向反向，必须非pin name端连线。3. 网络表载入时报告封装没有找到。解答：在由网络表文件加载网络表和元器件时，显示找不到元器件的封装，这是因为元器件在网络表原理图中的元件使用了PCB库中没有的封装。可能是原理图中的元件使用了PCB库中名称不一致的封装，如“RAD0.2”写成了“RAD-0.2”，还有原理图中的元件使用了PCB库中管脚不一致的封装。如三极管：SCH中管脚为e,b,c, 而PCB中为1，2，3。只要进元器件编库编辑器，修改一下管脚，或者将元器件的封装修改为与元器件库一致就可以了。4. PCB布线时，线路太绕且容易出错，如何选择最优路径。解答：在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。在布线之前，一定要根据局元器件的电气关系以及密切程度等进行合理的布局，在这个前提下才能使布线美观、简洁、合理。可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行， 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。5. DRC报告显示焊盘尺寸不符合规则。解答：默认的布线规则中，焊盘尺寸最大为20mil,但是在这个电路中，为了适用半径为3mm