Protel99上机实习.doc

第一节 Protel 99上机实习 1-1 Protel 99主界面执行菜单命令File/New，系统弹出New Design Database对话框,我们以学号(如:b01020105.ddb)作为我们将要做的设计数据库文件名称(Database File Name)。鼠标左键单击 Browse按钮可以选择存盘路径(Database Location)，如 D:Program FilesDesign Explorer 99Examples ，如图5-1所示。选择OK，进入项目管理器界面,如图5-2所示，选择左侧窗口Explorer下的文件夹选项(Documents) 。 图5-1 New Design Database对话框图5-2 项目管理器界面下一步执行菜单命令File/New，弹出New Document对话框，如图5-3，选择Schematic Document, 按OK确认后就建立了一个原理图文件，系统默认的文件名是“Sheet1”,也可以更改为其它的文件名，如Sch1。重复上述步骤，在图5-3中选择PCB Document建立印制电路板文件Pcb1。如图5-4所示。图5-3 New Document 对话框图5-4 建立文件Sch1和文件Pcb1 1-2 原理图编辑系统鼠标左键双击左侧窗口Explorer下文件Sch1图标或双击右侧窗口文件Sch1图标就可以进入原理图设计系统, 然后根据需要执行菜单命令View/Toolbars/Wiring Tools打开画原理图工具栏、执行菜单命令View/Toolbars/Digital Objects打开数字器件工具栏，执行菜单命令View/Toolbars/Power Objects打开放置电源及接地符号工具栏，如图5-5所示。图中右边小窗口顶端显示.ddb文件存盘路径，路径下面有若干选项卡，选项卡上标记系统正打开的若干文件，其中当前正在编辑的文件为原理图文件Sch1。若要关闭某个文件，只要将鼠标移到该文件选项卡上，按右键，弹出一个下拉菜单，选择Close命令即可。如果该文件经改动后未存盘，系统将提示用户存盘后再关闭该文件。电源及接地符号工具栏数字器件工具栏原理图画图工具栏图5-5 绘制原理图界面1-3 设计秒脉冲信号发生器实习任务 我们要绘制一个秒脉冲信号发生器电路图，如图5-6 所示：图5-6 秒脉冲信号发生器原理图 绘制步骤如下：1、 元件库装载。 元件库。要放置元器件，首先要知道相关元器件所在的库。在我们所设计的电路图中共有9个元器件。其中电阻R1，电容C1，C2，C3，C4，晶体振荡器 XTAL1，接口元件P1，P2都属于Miscellaneous Devices.lib,U1 CD4060B属于NSC CMOS Logic databook 1988 (commercial).lib。 装载方法。可以执行菜单命令Design/ Add/Remove Library，也可以在图5-5原理图设计界面上用鼠标左键单击左侧项目管理器的元件管理器(Browse Sch)标签页(如图5-7所示),按Add/Remove.按钮，都能弹出改变当前库文件集合(Change Library File List)对话框(如图5-8所示)。Protel99的库文件比较多，所以它先由一些比较大的公司根据元器件的类型分为各类库文件集合，再从这些库文件集合中选择合适的元器件库。要选择当前活动的元件库必须先在库文件列表中选择所需要的库文件集。我们分别选择Design Explorer 99LibrarySch文件夹下的Miscellaneous Devices.ddb文件和NSC databooks.ddb文件加入Selected Files栏中。按OK返回。此时，所加入的两个库文件集合中所包含的一些元件库就出现在Browse Sch标签页的Library选项下。再把所需要的元件库设置为当前的活动库，然后从中取出元器件进行放置。 图5-7 元件管理器窗口 图5-8 改变当前库文件集合对话框注意：在原理图编辑系统中的元器件名称和我们习惯称呼不一样，其中常用元件如下：RES x是电阻，后缀x表示各种不同的使用形式。CAP是电容。CRYSTAL表示晶体振荡器。ELECTRO x是电解电容，后缀x表示各种不同的标准形式。DIODE是二极管。CON x是接口电路，后缀x表示接口数。INDUCTOR x表示电感，后缀x表示各种不同的使用形式。TRANS x表示变压器，后缀x表示各种不同的使用形式。MOSFET x表示绝缘栅型场效应管，后缀x表示各种不同的类型。JFET结型场效应管，后缀x表示各种不同的类型。NPN和PNP表示NPN和PNP型晶体管。ZENER表示稳压二极管。SCR表示可控硅。OPAMP表示运算放大器 2、 选取、放置元件。 利用元件名称选取、放置元件如果知道元件的编号，可以直接输入名称进行选取。以放置元件CD4060B为例。执行菜单命令Place/parts或直接用鼠标左键单击画原理图工具条(WiringTools)上的按钮后，弹出如图5-9所示输入元件名称对话框。输入CD4060B,单击OK按钮后，弹出如图5-10所示编制元件标号对话框，可编为U1,那么以后放置相同形式的元件时，系统将自动把标号编为U2、U3、U4等等。也可直接利用默认值U？,等到绘制好电路图后再进行统一编号。单击OK按钮后，元件的虚影粘连在十字光标上，移动鼠标(此时不要按鼠标的左、右键)，将其移动到原理图工作平面上适当的位置，单击鼠标左键，完成一个元件的放置。此时，元件虚影仍在，将鼠标移动到其它位置，单击左键放置另一个同一元件。按上述方法可完成多个同一元件的放置，直到单击鼠标右键取消。若不放置元件，可直接按鼠标右键取消。 图5-9 输入元件名称对话框 图5-10 编制元件标号对话框 利用元件列表选取、放置元件同样以放置CD4060B为例。如图5-7所示，选择Library选项菜单中Nsc CMOS Logic databook 1988 (commercial).lib。Filter右侧框中显示 * 号并在下方列出库中所包含的所有元件，从中选中CD4060B，双击鼠标左键，或用鼠标左键单击最下方Place 按扭，此时元件的虚影粘连在十字光标上，移动鼠标放置元件，方法同所述。在Library选项菜单中Miscellaneous Devices.lib元件库中，我们能找到以下元件进行放置：折线形电阻(RES1) 矩形电阻(RES2) 普通电容(CAP) 电解电容(ELECTRO1) 晶体振荡器(CRTSTAL) 接口电路(CON2) 利用Digital Objects工具条选取、放置常用元件 对于一些常用的元件，如电阻、电容、门电路、寄存器等，可以利用数字器件Digital Objects工具条来选取并放置，工具条如图5-5上所示，用鼠标左键单击工具条上所要选取的元件后，元件的虚影粘连在十字光标上，移动鼠标放置元件，方法同所述。 元件属性编辑 在放置元件过程中元件虚影粘连在十字光标上(选中元件但还没有按鼠标左键放置)时，可按Tab 键来打开如图5-11A所示的元件属性对话框(以放置晶振CRYSTAL为例)。如果元件已放置在图样上，则可用鼠标左键双击元件主体(而不是元件名称Part Type和元件标号Part Designator)来打开属性对话框。 图5-11A元件属性对话框 图5-11B编辑后的元件属性对话框 我们只需设置其中的Attributes选项卡中的前四项，其中 Lib Ref CRYSTAL表示晶体振荡器，在元件库中所定义的元件名称，在原理图上不显示；Footprint 表示该元件的PCB封装形式，输入RAD0.1，此内容在原理图上不显示；Designator 元件标号，输入XTAL1表示该元件在原理图中的类型和顺序，在原理图上显示出来；Part Type 能显示在原理图上的元件名称，默认值与与元件库中的元件名称相同，输入32.768KHZ。 设置好的属性如图5-11B所示。请按下列参数设置其它元件属性： Lib Ref Designator Part Footprint RES1 R1 10M AXIAL0.4 CAP C1 270P RAD0.1 CAP C2 270P RAD0.1 CAP C3 104 RAD0.1 ELECTRO1 C4 100uF RB.2/.4 CRYSTAL XTAL1 32.768KHZ RAD0.1 CON2 P1 POWER IN RAD0.2 CON2 P2 S OUT SIP2 CD4060B U1 CD4060B DIP16请注意，相同的元件名称可以有不同的PCB封装，如P1与P2。不同的元件名称可以有相同的PCB封装，如C1与XTAL1。 电源及接地符号的放置 放置电源及接地符号的方法和放置元器件差不多，它可以执行菜单命令Place/Power Port，也可以用鼠标左键单击Wiring Tools工具栏中的按扭，还可以直接用鼠标左键单击图5-5上所示Power Objects工具栏中的电源图标。执行完上述命令后，光标就会呈十字状态，十字光标将带着电源或接地符号出现在工作区内。这时按Tab键，就会出现Power Port对话框，如图5-12所示。图5-12 Power Port对话框其中各项的含义为：Net 表示该电源或接地的网络名称(GND表示接地,VCC表示电源,也可直接输入电源电压，如+12), 输入GND；Style 表示形状,设定为Power Ground；X-Location、Y-Location 位置定义，不必理会，可以通过鼠标进行拖动确定；Orientation 方向设定，0 Degree表示水平放置 ，其它角度依次逆时针旋转放置,其中270 Degree为 。设定结束后，选中OK加以确定，这时十字光标上出现接地符号，将它移动到原理图合适位置，单击鼠标左键，便可以完成接地符号的放置。电源的设置如图5-13所示： 图5-13 电源符号设置在放置好电源或接地符号后，若要编辑其属性，可用鼠标左键双击该电源或接地符号，就可出现图5-12或5-13所示对话框。 3、 编辑元件。 移动一个元件。将鼠标移到元件上，然后按住鼠标左键不放，则在所选的对象上出现十字光标，此时可拖动鼠标将元件移到所需位置，松开鼠标左键即可。 移动多个元件。 首先须选中多个元件，鼠标移到要选的多个元件所在区域的左上角，按左键不放，拖动鼠标到区域的右下角，松开左键，此时被选中的元件被黄色的框所框住。然后将鼠标移到任一被选元件上，按进行操作完成多个元件的移动。若要去除多个被选元件的黄色框，可执行菜单命令Edit/DeSelect。 删除元件。 方法一：鼠标左键单击该元件，切记按下后迅速放开左键，约1秒钟后，该元件被黑色虚框所围，直接按下键盘Delete 键，则元件被立即删除。 方法二：执行菜单命令Edit/Delete，光标变成十字状，将光标移动到所要删除的元件上单击鼠标左键，则删除该元件。 复制、剪切、粘贴元件。 按中所述选中单个或多个元件，执行菜单命令Edit/Copy、Edit/Cut、Edit/Paste即可。 旋转元件。 旋转元件前应用鼠标左键选中元件，并按住鼠标左键不放，此时按以下三个键将完成元件的3种方式旋转： 空格键（Space）键：每按一次，元件将逆时针方向旋转90度。 X键： 使元件进行左右对调，即以十字光标为轴作水平对调。 Y键： 使元件进行上下对调，即以十字光标为轴作垂直对调。 以放置接口元件CON2为例：从元件库中选中并放置如 ，用鼠标左键选中该元件，按住左键不放，同时按下X键，即成 。 从元件库中选取某一元件后(但未放置)，也可以按上述三个键对元件进行旋转操作，最后再按鼠标左键放置该元件。 4、连接线路(Wire)和放置节点(Junction)。元件放置完毕后就可进行连线，可以执行菜单命令Place/Wire,也可以用鼠标左键单击Wiring Tools工具栏中的 按扭，此时光标变成十字形状，就进入画线状态。移动光标到工作平面中元件的管脚处，光标中心变成黑色大圆点，表示线起点和元件的管脚重合(这样的连接才是有效的电气连接)，这时单击鼠标左键，就能够确定连线的起点。放开左键，移动光标位置以拖动线头，在转折处单击鼠标左键确定位置。每转折一次都要单击鼠标左键一次，直至完成整个连线。最后单击鼠标右键或按Esc 键退出本次连线状态，移动光标到新的位置画线。 画线过程中，当连线为“T”形连接，即三条线相交时，系统会自动在连接处放置一节点(Junction) ，但当十字交叉时，系统不会自动放置节点，而必须进行手动放置。只需执行菜单命令Place/Junction，或用鼠标左键单击Wiring Tools工具栏中的按钮，此时鼠标变成十字光标，并且中间还有一个小黑点，将光标移到所要放置节点处，单击鼠标左键即可。“一”字形的正确连接，不会出现节点，也不需手动放置节点。 至此，我们已能完整地绘制出一张原理图。1-4 电路规则检查(ERC)及网络表 1、电路规则检查(ERC)为了保证设计电路的正确性，Protel99在产生网络表之前，可以利用软件测试用户设计的电路原理图，执行电路规则的测试工作，以便找出人为的疏忽。执行完测试后，系统会产生一个错误报告(Error Report)文件并在原理图有错误的地方做好标记，以便用户分析并修正错误，即电路规则检查(ERC: Electrical Rule Check)。 电路规则检查可检查电路的连接匹配性。例如，某个输出引脚连接到另一个输出引脚就会造成信号冲突，重复的元件标号会使Advanced Schematic无法区分出不同的元件等。这些不合理的电路冲突现象，ERC会按照用户的设置以及问题的严重性分别以错误(Error)或警告(Warning)信息来提醒用户注意。 执行菜单命令Tools/ERC，系统弹出如图5-14所示电路规则检查设置(Setup Electrical Rule Check)对话框。Rule Matrix 选项卡是一个彩色的电路规则矩阵，用来定义各种引脚、输入输出端口等彼此间是否已经构成错误(Error)或警告(Warning)等级的电路冲突。所谓错误情形，是指电路有严重违反电子原理的连线情况出现，如VCC电源与GND接地短路。所谓警告情形，是指某些轻微违反电子电路原理的连线情况(甚至是设计者故意设置的)，由于系统不能确定它们是否真正有误，所以用警告等级的信息来提醒设计者。Setup选项卡各主要选项含义如下： Multiple net names on net：检查同一网络上是否有多个不同名称的网络标识符 Unconnected net labels：检查绘图页中是否有未连接到其它电路对象的网络标签 Unconnected power objects：检查是否有未连接到任意电路对象的电源 图5-14 ERC设置 Duplicate sheet numbers：检查项目中是否有绘图页码相同的绘图页 Duplicate component designators：检查绘图页中是否有标号相同的元件 Floating input pins：检查是否有未连接到任何其它网络的输入引脚 Create report file：设置列出全部ERC信息并产生一个文本报告 Add error markers：设置在绘图页上有错误或警告的位置上放置错误标记 我们可以根据需要进行电路规则检查的各项设置。实习过程中，我们采取默认的方式。鼠标左键单击OK，程序自动生成错误检查报告Sch1.ERC 文本文件。如果设计的电路有错误，系统会自动在原理图上的相应处加上红色标记，我们可以很容易地进行错误定位，并进行修正。2、生成网络表(Netlist)。 原理图设计的目的是为了制版，而原理图与PCB的关系是由生成的网络表建立的，可以说，网络表是电路板自动布线的灵魂，也是原理图设计软件Advanced Schematic与印制板电路设计软件PCB之间的接口。绘制好的电路原理图经检查没有错误后，我们就可以从原理图直接生成网络表了。执行菜单命令Design/Create Netlist后会出现如图5-15 所示的Netlist Creation对话框。由于我们设计的是单张原理图，而且电路比较简单，就采用默认值，鼠标左键单击OK按钮，经过数秒后，系统自动产生一个以 .NET为后缀的文本文件(Sch1.NET)。网络表主要内容有两部分，一是元件描述，二是网络描述。网络表文件的部分内容列出如下(其中的汉字注释是后加入的)：图5-15 生成网络表设置 网络表的部分元件信息： 开始一个元件定义C1 元件序号RAD0.1 元件封装270p 元件注释 结束一个元件定义 开始另一元件定义每一个元件定义部分都包括在“”、“”中，有效信息元件序号、元件封装和元件注释依次分别取自图5-11所示元件属性对话框中的Designator、Footprint和Part 选项。元件注释的下三行是空白行，是系统保留的，在此没有意义。 网络表的部分网络信息： ( 开始一个网络定义VCC 网络名称P1-1 零件及引脚序号C4-1 零件及引脚序号C3-1 零件及引脚序号U1-16 零件及引脚序号) 结束一个网络定义( 开始另一网络定义每一网络定义部分都包括在“(”、“)”中， “（” 的下一行为网络名称或编号的定义，它的定义取自电路图中的某个网络名称或是某个输入输出点名称。接下来的每一行代表一个网络连接的引脚，如VCC网络中的P1-1表示元件序号为P1的第1只引脚，C4-1表示元件序号为C4的第1只引脚，C3-1、U1-16的含义依此类推。这四只引脚是连接在一起的，都接电源VCC，属于同一网络VCC。其它网络与其道理相同。仔细检查网络表中各个元件的连接、型号、封装等参数，如有错误，应返回原理图设计系统修改，修改完了再重新生成新的网络表。 至此我们已经完成原理图电路的设计并生成了正确的网络表。1-5 印制板电路编辑软件PCB的操作。 进入图5-4所示项目管理器，用鼠标左键双击左侧窗口Explorer下文件Pcb1图标或双击右侧窗口文件Pcb1图标就可以进入印制板电路设计系统, 然后执行菜单命令View/Toolbars/Placement Tools，打开组件放置工具栏Placement Tools,如图5-16所示。 图5-16印制电路板设计系统及Placement Tools工具条 PCB设计步骤： 1、加载零件封装库。 在进行PCB设计之前，必须加载零件封装库。若没有载入，在调入网络表和元件的过程中系统将会提示用户调入过程失败。有两种加载方法，一是执行菜单命令Design/ Add/Remove Library，二是在图5-16所示印制电路板设计界面上用鼠标左键单击左侧项目管理器的元件封装管理器(Browse PCB)标签页(如图5-17所示)，再单击Browse区域的下拉式选择框右边的下拉式按钮，选择Libraries项，最后单击Add/Remove.按钮，两种方法都能弹出改变当前PCB元件封装库(PCB Library)对话框，如图5-18所示。 图5-17 元件封装管理器窗口 图5-18 添加移除PCB元件封装库文件我们选择路径 Design Explorer 99LibraryPcbGeneric Footprints下的Advpcb.ddb文件加入对话框下部Selected Files栏中，按下OK，即完成PCB库文件装载。一般情况下，加载Advpcb.ddb和Miscellaneous.ddb两个零件封装库即可，因为这两个零件封装库包含了PCB设计最基本、最通用的零件封装。2、PCB图的规划。进行PCB设计，首先需要按实际设计要求确定电路板的大小及形状，并且要绘制好电路板的边框。我们准备做一个长1500mil(3.58cm)，宽1200mil(3cm)的矩形印制板。鼠标左键单击屏幕下方的KeepOut标签页，即把禁止布线层(Keep out layer)设定为当前工作层。如右图所示：禁止布线层一般用于设置电路板的板边。执行菜单命令Place/Track，或者在Placement Tools工具栏中用鼠标左键单击 按扭，进入导线放置状态。该命令被激活后光标变成十字形状。为了便于确定边界，按快捷键PageUp键36次放大视图，然后按快捷键Ctrl+End 使十字光标与坐标原点（0，0）重合。单击鼠标左键，可以确定第一条板边的起点，拖动光标，移动光标到坐标（1500，0）处，单击鼠标左键，即可确定第一条板边的终点。重复以上过程，最后以坐标（0，0）、（1500，0）（1500，1200）（0，1200）为顶点画一个矩形。在绘制边框的过程中始终要注意设计窗口左下角状态栏的当前光标的坐标，如右图所示：。同时可以按快捷键“Shift+空格键”切换导线转角模式，按空格键切换导线的绘制方向。3、PCB工作层面与电路板属性的设置。 电路板有单层板、双层板和多层板之分，这些板都由层面构成。实际电路板所需要的各种层面都可以在Protel99中进行设置。执行菜单命令Design/Options或在PCB设计窗口中按鼠标右键，选择Options/layers系统弹出如图5-19所示的Document Options对话框。 图5-19 层面设置对话框 信号层(Signal Layer)主要用于电气布线，内部层(Internal Layer)主要用于布置电源和接地线，机械层(Mechanical Layer)主要用于说明作用。通过选择工作层面，我们可以确定印制板的结构。我们先设计单层板，所以信号层 Signal Layers只牵涉到底层（Bottom Layers）。顶层为元件面，不布置信号线，不必设定，用鼠标左键单击Signal Layers复选框下Top Layer选项左边的方格，去掉“”。其他信号层不必设定。按OK后，Top层将不显示在PCB工作区域内，我们把底层Bottom Layer作为当前工作层，如右图所示：4、网络表的引入。电路板规划确定后，接下来将要引入网络表。网络表指示了各个元件之间的连接关系，是系统自动和手动布线的依据。引入网络表之前必须确定程序已经装入了所需的元件库。确认装入元件库后，就可以引入网络表了。执行菜单命令Design/ Netlist，就会出现如图5-20A所示的网络表管理器对话框。按Browse按钮调入先前已经生成的网络表文件Sch1.NET,对话框重新显示如图5-20B所示。 图5-20 A 网络表管理器对话框 图5-20 B 网络表管理器对话框 如果引入的网络表有错误，网络表管理器右边Error栏将出现错误信息。假设网络表中元件C1定义中缺少封装信息，系统将给出提示Error: Footprint not found 。则我们必须回头修改原理图中元件C1的属性，添加封装信息，再重新生成网络表并重新引入。如果我们熟悉网络表的结构，也可以在网络表上相应位置直接添加正确的封装信息，再重新引入网络表。正确无误后，用鼠标左键按Execute按钮，网络表中组件将出现在电路板边框内，如图5-21所示。我们可以看出电路中的元件以重叠的方式装入电路板。 图5-21引入网络表后的电路板5、元件布局。 元件布局分为自动布局和手动布局，这里只介绍手动布局。 手动布局就是完全由人工放置元件封装。 用鼠标左键单击上图中所要移动的元件，同时按住左键不放，此时出现十字光标，就表示选中了该元件并可以进行移动、旋转等操作，方法与原理图设计中移动、旋转元件的方法相同。由于元件(包括元件的文字信息)重叠在一起，用鼠标左键单击其上，就会出现一个多个元件的列表框，如图5-22所示。我们可以移动鼠标到要操作的元件上，单击左键选中该元件，出现十字光标，就可以对该元件进行移动、旋转等操作了。 图5-22 零件封装列表 重新放置好的元件封装位置如图5-23 所示。注意：元件封装及其注释信息放置时不能超出设定好的电路板边框。 图5-23 元件封装手动布局结果 6、自动布线参数的设定。执行菜单命令Design/Rules，出现如图5-24所示的对话框。通过此对话框可对安全间距Clearance Constraint、拐角模式Routing Corners、布线工作层面 Routing Layers、布线优先权Routing Priority、焊盘Routing Topology、导孔Routing ViaStyle、布线线宽Width Constraint等参数进行设定。这里，一般采用默认值。 图5-24 自动布线参数设置对话框注意，设计单层板时，Routing Layers(布线层)不能采用默认值。 用鼠标左键选中Rule Classes复选框下的Ro