司慧玲

（鄭州華信學(xué)院 河南 鄭州 451100）

由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展和印制電路板加工工藝的不斷提高，新的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路芯片不斷涌現(xiàn)出來(lái)，現(xiàn)代電子線路系統(tǒng)已經(jīng)變得非常復(fù)雜了。同時(shí)電子產(chǎn)品又在向小型化的方向發(fā)展，要在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的線路的電路功能，在這種情況下，對(duì)印制電路板設(shè)計(jì)和制作要求也越來(lái)越高了。快速、準(zhǔn)確地完成電路版的設(shè)計(jì)對(duì)電子線路工作者而言是一個(gè)挑戰(zhàn)。于是各種各樣的電子線路輔助設(shè)計(jì)工具（EDA）應(yīng)運(yùn)而生，其中影響比較大的有ORCAD、PowerPCB及Protel系列等。Protel設(shè)計(jì)系統(tǒng)是世界上第一套將EDA環(huán)境引入Windows環(huán)境的EDA開發(fā)工具[1]。Protel在國(guó)內(nèi)知名度最高，應(yīng)用最廣泛。

1 項(xiàng)目及文件管理

在做一個(gè)項(xiàng)目前要做好準(zhǔn)備工作，新建項(xiàng)目是必須的，后期將會(huì)在該項(xiàng)目下建立各類文件，便于整個(gè)設(shè)計(jì)工作的管理。

1.1 新建項(xiàng)目

1）在計(jì)算機(jī)指定盤，建立一個(gè)屬于自己的文件夾如E盤。

2）啟動(dòng)Protel DXP。執(zhí)行菜單命令[File]/[New]/[PCB Project]，系統(tǒng)建立一個(gè)項(xiàng)目文件，命文件名為：clock.PrjPcb，并進(jìn)行保存。

1.2 新建原理圖文件

1）執(zhí)行菜單命令，[File]/[New]/[Schematic]，新建原理圖文件。

2）然后執(zhí)行命令，[File]/[Save]命令，選擇路徑并輸入文件名clock，完成E：clock.PrjPcb電子鐘雙面板電路原理圖文件的建立。

2 原理圖設(shè)計(jì)

2.1 自制元器件

如圖1所示執(zhí)行菜單命令新建一個(gè)原理圖庫(kù)文件命名為clock.schlib，注意該文件也在項(xiàng)目中建立。在默認(rèn)元件庫(kù)中找不到的元器件都需要自己繪制，電路中的集成塊U1、U2、U3都需要自己繪制。

圖1 創(chuàng)建原理圖庫(kù)Fig.1 Creat schematic library

引腳編輯時(shí)執(zhí)行[Tools]/[Component properties]，打開元件屬性編輯器對(duì)話框，點(diǎn)擊按鈕[Edit pins…]，打開元件引腳編輯器，根據(jù)序號(hào)對(duì)引腳名稱進(jìn)行集中編輯，以此提高了工作效率。

2.2 載入元器件庫(kù)

protel中一個(gè)是常用元器件雜項(xiàng)庫(kù)（Miscellaneous Devices．IntLib），另一個(gè)是常用插接件雜項(xiàng)庫(kù)（Miscellaneous Connectors.IntLib）[2]，以及自己創(chuàng)建的原理圖庫(kù)clock.schlib，其他庫(kù)需要時(shí)再載入。

2.3 繪制原理圖

2.3.1 放置元器件

注意放置元器件后封裝修改，U1、U2、U3的封裝先用系統(tǒng)默認(rèn)，等放置后再做修改。

2.3.2 布局連線

數(shù)字鐘原理圖較為復(fù)雜，檢修起來(lái)也比較困難，如果采用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記法，則能克服上述缺陷。具有相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的導(dǎo)線，不管圖上是否連接在一起，都被看作同一條導(dǎo)線[3]，所以將該電路中相連的兩個(gè)管腳，用相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)標(biāo)注，便于繪制、檢查、修改。原理圖如圖2所示。

圖2 數(shù)字鐘原理圖Fig.2 Digital clock schematic

3 數(shù)字鐘PCB板設(shè)計(jì)

3.1 自制元器件的封裝

封裝就是實(shí)際元器件焊接到電路板時(shí)所指示的外觀和焊點(diǎn)的位置，原理圖中的元器件表示一個(gè)實(shí)際元器件的電氣模型[4]，所以封裝制作一定要符合實(shí)際元器件尺寸。

Protel 2004引入了集成庫(kù)的概念，在原理圖中選擇的元器件就已經(jīng)有了需要的封裝，Protel 2004附帶了68，000多個(gè)元件的設(shè)計(jì)庫(kù)[5]，包括原理圖FPGA設(shè)計(jì)的即調(diào)即用及預(yù)綜合元件集成庫(kù)，并且這些封裝都能完全的符合要求，當(dāng)然如果不滿意也可以修改這個(gè)元器件的封裝，當(dāng)然還可以在PCB庫(kù)編輯器制作所需要的封裝。

執(zhí)行菜單命令 [File]/[New]/[PCB Library]，新建一個(gè)PCB庫(kù)文件，啟動(dòng)了PCB封裝編輯器，新建元器件封裝庫(kù)默認(rèn)文件名為clock.Pcblib.執(zhí)行菜單命令[File]/[Save]或單擊保存按鈕，可以選擇文件位置并將文件重命名保存。

執(zhí)行菜單命令[Tools]/[Library Optinons]，系統(tǒng)彈出如圖所示對(duì)話框可以進(jìn)行封裝編輯器的面板參數(shù)設(shè)置，如圖3所示。

圖3 板選項(xiàng)設(shè)置Fig.3 Board options

然后放置焊盤，繪制封裝外形。

3.2 創(chuàng)建PCB文件

執(zhí)行菜單命令[File]/[New]/[PCB]，在數(shù)字鐘項(xiàng)目中新建PCB文件，執(zhí)行菜單命令[File]/[Save]，保存完畢一個(gè)新的PCB文件clock.pcblib就建成了。

3.3 參數(shù)設(shè)置

執(zhí)行菜單命令[Design]/[Options]，打開對(duì)話框進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。執(zhí)行菜單命令[Design]/[Board Layuers… ]打開如圖對(duì)話框進(jìn)行板層設(shè)置，如圖4所示。

圖4 板層設(shè)置Fig.4 Board layers

3.4 規(guī)劃電路板

該電路比較復(fù)雜，所以采用雙層板。初步規(guī)劃電路板的尺寸為寬度80 mm，高度50 mm。

1）單擊Placements工具欄中的原點(diǎn)標(biāo)識(shí)符，或執(zhí)行菜單命令[Edit]/[Origin]/[Set]，設(shè)置PCB左下點(diǎn)為新坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)。

2）繪制物理邊界。

將圖層轉(zhuǎn)化為物理層Mechanical1，單擊Placement工具欄中的/按鈕或選擇[Place]/[Line]菜單命令，繪制尺寸為 80×50 mm封閉的矩形邊框作為物理邊界。

3）繪制電氣邊界。

將圖層轉(zhuǎn)化為禁止布線層Keep-Out Layer，單擊Placement工具欄中的交互布線按鈕或選擇[Pace]/[Interacive Routing]菜單命令啟動(dòng)交互布線操作，形成一個(gè)距物理邊界1 mm的電氣邊界。

3.5 加載網(wǎng)絡(luò)表及元器件

執(zhí)行菜單命令[Design]/[Import Changes From]；點(diǎn)擊按鈕Validate Changes按鈕，進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)；若檢測(cè)完全正確，點(diǎn)擊Execue Changes按鈕，將網(wǎng)絡(luò)表和元器件載入PCB編輯器中。后點(diǎn)擊Close按鈕，關(guān)閉。

加載網(wǎng)絡(luò)表時(shí)引腳會(huì)丟失，原因是引腳定義順序的錯(cuò)誤[6]，這種錯(cuò)誤在載入網(wǎng)絡(luò)表時(shí)候和設(shè)計(jì)規(guī)則檢查時(shí)都不會(huì)被發(fā)現(xiàn)，結(jié)果會(huì)影響電路的功能實(shí)現(xiàn)，以至于燒毀器件。

3.6 元器件布局

執(zhí)行菜單命令[Tools]/[Auto Placement]/[Auto Placer]，對(duì)元器件進(jìn)行自動(dòng)布局布局規(guī)則選擇Cluster Placer；自動(dòng)布局后，對(duì)元器件進(jìn)行手工調(diào)整。

3.7 布線

執(zhí)行命令[Auto Route]/[All]，啟動(dòng)自動(dòng)布線操作。自動(dòng)布線后電路如圖5所示。

圖5 自動(dòng)布線Fig.5 Auto route

自動(dòng)布線結(jié)束后，需要對(duì)布線進(jìn)行手工調(diào)整。調(diào)整重點(diǎn)是地線，其次是電源回路。

3.8 DRC檢查

完成布線設(shè)計(jì)后，可以統(tǒng)一進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查。DRC

執(zhí)行菜單命令[Tools]/[Design Rule Check]命令啟動(dòng)印制電路板規(guī)則檢查如圖6所示。

圖6 布線規(guī)則檢查Fig.6 Rules to check

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)應(yīng)用Protel dxp 2004繪圖軟件完成了數(shù)字鐘從原理圖繪制到雙面印制電路板的制作，其中制作了新的元器件電路符號(hào)及封裝，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程。正確把握設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，運(yùn)用一定的設(shè)計(jì)技巧，再進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整，才能設(shè)計(jì)漂亮的電路板。

[1]清源計(jì)算機(jī)工作室.Protel 99 SE原理圖與PCB設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]李俊婷.計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)與Protel DXP[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]王廷才，王崇文，等.電子線路輔助設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]孫玉軍.Protel DXP電路設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[5]劉光輝.Protel 2004－－－新一代完整的板計(jì)設(shè)計(jì)工具[EB/OL].[2010－06－24].http://www.gongkong.com/webpage/paper/201006/20100624134033 00002.htm.

[6]索世文，馬剛.基于Protel的PCB板圖設(shè)計(jì)[J].沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，24（3）：52－54.SUOShi-wen，MA Gang.PCB board design based on protel[J].Journal of Shenyang Institute of Aeronautical Engineering，2007，24（3）：52－54.