电子线路CAD课程设计

东北石油大学

课程报告

课程

院系电气信息工程学院测控系专业班级测控技术与仪器专业二09-2班学生姓名学生学号

指导教师

电子线路CAD课程任务书

一、学习目的

1、熟练掌握使用Protel 99se 设计印刷电路板的全过程。

2、掌握具体的参数设置和操作。

二、设计要求

1、要求独立完成电路原理图及电路板的设计。

2、电气检验要保证没有错误。

3、生成的印刷电路板要美观大方。

三、设计步骤

1、启动Protel 99se软件，建立一个设计数据库文件。

2、启动电路原理图编辑器，绘制电路原理图。

3、进行电气规则检查，无误后，生成网络表。

4、启动印刷电路板图编辑器，新建一个印刷电路板图。

5、规划电路板和电气定义（双面板）。

6、装入网络表。

7、生成印刷电路板图。

8、自动布局，手工调整。

9、自动布线，手工调整。

10、保存并打印输出。

完成期限 2010.7.10至2010.7.25

指导教师刘均刘霞

专业负责人曹广华

2010年 7 月 10 日

第1章 Protel 99se设计环境认识 ......................................................... 3

1.1 Protel 99se电路板设计软件的介绍 .......................................... 3

1.2 设计环境设置 .......................................... 错误！未定义书签。

第2章 Protel 99se电路原理图的绘制 ................................................. 5

2.1 电路原理图的设计步骤 ............................................................. 5

2.2 电气检查与网络报表的生成 ..................................................... 8

第3章印刷电路板的绘制 .................................................................... 9

3.1 印刷电路板的设计过程 ............................................................. 9

3.2 人工布线画电路板的方法 ....................................................... 11

第4章电路板的抗干扰设计 .............................................................. 12

4.1 一般性原则 ............................................................................... 12

4.2 抗干扰设计 ............................................................................... 13

总结与个人心得 ...................................................................................... 14

附录1 电路原理图 ................................................................................. 15

附录2 网络表与元件封装表 ................................................................. 16

附录3 印刷电路板效果图 ..................................................................... 22

附录4 3D印刷板效果图 ......................................................................... 23

第1章 Protel的简要介绍

1.1 Protel的发展历程

初期Protel Windows版本：八十年代末期推出了Windows版本下的Protel For Windows 1.0、Protel For Windows1.5等版本。

中期 Protel Windows版本：开发了与Windows95对应的3.X版本。

近期版本：98年推出的Proel98，开始基本满足了大多数使用者的需求，特别是出色的自动布线功能得到了用户的支持。

99年推出的Proel99及后来的Proel99SE让Protel用户耳目一新，因为在其中新增了很多全新的功能。

2002年下半年推出了最新版本Protel DXP，该版本耗时2年多，无论在功能、规模上都比Protel99SE,有极大的飞跃，主要在仿真与布线方面有了较大的提高。 2004年最新产品Protel 2004.

1.2 Protel99SE简介

Protel99SE是PROTEL公司在80年代末推出的EDA软件,应用广泛功能强大,是个完整的板级全方位电子设计系统。它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能。可见Protel99SE不仅在绘制原理图、PCB版布局布线等方面功能更加完善，而且为用户提供功能强大、使用方便的仿真器，它可以对当前所画的电路原理图进行即时仿真，因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析其性能指标，以便及时发现设计中存在的问题并加以改正，从而更好的完成电路设计。下面我们将对Protel99SE做个简介。 Protel99se软件中提供了SIM99se数模混合仿真器集成软件可以对许多电

子线路进行模拟设计，模拟运行，反复修改。提供了接近6000各仿真元件和大量的数学模型期间，可以对电工电路，低频电子线路、高频电子线路和脉冲数字电路在一定范围内进行仿真分析。仿真结果以多种图形方式输出，直观明了，可以单图精细分析，也可以多图综合比较分析、并可通过不同的角度进行分析，以获得对电路设计的准确判断。Protel99se仿真方面其具有的特点有：

1 强大的分析功能

用户可以根据Protel99SE电路仿真器所提供的功能，分析设计电路的各方面性能，如电路的交直流特性、温度漂移、噪声、失真、容差、最坏情况等特性。 2 丰富的信号源

其中包括基本信号源：直流源、正弦源、脉冲源、指数源、单频调频源、分段线性源，同时还提供了齐全的线性和非线性受控源。

3 充分的仿真模型库

Protel99SE提供了20多个模拟和数字仿真元件库，共包含6000多个常用元器件。这些组件库包括了常用二极管、三极管、单结晶体管、变压器，晶闸管、双向晶闸管等分立组件，还有大量的数字器件和其它集成电路器件。同时Protel99SE提供了一个开放的库维护环境，允许设计者改变原有器件模型，也可创建新器件模型。

4 友好的操作界面

(1)无需手工编写电路网表文件。系统将根据所画电路原理图自动生成网表文件并进行仿真。(2)通过对话框完成电路分析各参数设置。(3)方便地观察波形信号。可同时显示多个波形，也可单独显示某个波形；可对波形进行多次局部放大，也可将两个波形放置于同一单元格内进行显示并分析比较两者的差别。(4)强大的波形信号后处理，可利用各种数学函数对波形进行各种分析运算并创建一个新的波形。(5)方便地测量输出波形。Protel99SE提供了两个测量光标，打开它们可测量波形数据。

第2章 Protel 99se电路原理图的绘制

2.1 电路原理图的设计步骤

1. 准备画图

启动Protel 99SE，从windows操作系统的开始菜单或桌面快捷图标进入Protel 99SE环境，使用菜单File/New或 File/New Design建立新设计数据库文件，使用菜单File/New,在打开的窗口选择Schematic Document 图标，建立新原理图文件，并将原理图文件打开。

2．设置画图环境

使用菜单

等。

装入所需的元件库

Design/Options和Tool/Preferences，设置图纸大小、捕捉栅格、电气栅格

在设计管理器中选择Browse SCH页面，在Browse区域中的下拉框中选择Library，然后单击ADD/Remove按钮，在弹出的窗口中寻找Protel 99 SE子目录，在该目录中选择Library＼SCH路径，在元件库列表中选择所需的元件库，比如Miscellaneous devicesddb，TI Databook

库等，单击ADD按钮，即可把元件库增加到元件库管理器中。

3放置元件

根据实际电路的需要，到元件库中找出所需的元件，然后用元件管理器的Place按钮将元件放置在工作平面上，再根据元件之间的走线把元件调整好。

例如

原理图布线

利用Protel 99 SE提供的各种工具、指令进行布线，将工作平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的电路原理图。

编辑和调整

利用Protel 99 SE 所提供的各种强大的功能对原理图进一步调整和修改，以保证原理图的美观和正确。同时对元件的编号、封装进行定义和设定等。

2.2 电气检查与网络报表的生成

检查原理图

使用Protel 99 SE 的电气规则，即执行菜单命令Tool/REC对画好的电路原理图进行电气规则检查。若有错误，根据错误情况进行改正。

生成网络表

网络表是电路原理图设计和印刷电路板设计之间的桥梁，执行菜单命令Design/Create Netlist可以生成具有元件名、元件封装、参数及元件之间连接关系的网络表。

第3章印刷电路板的绘制

3.1 印刷电路板的设计过程

印刷电路板设计的基本过程由于电路板的生产代价、调试成本、产品可靠性等与设计有着密切的关系，所以设计印刷电路板时，需要了解一些印刷电路板设计的基本知识。

印刷电路板设计是一个辛苦、繁重、耗费精力而又细致的工作，要经过几个过程才能最后完成。在实际的设计过程中，要经常修改电路原理图，重复前面已做过的工作，才能得到较理想的结果。以笔者设计电路板的经验，电路板的设计过’程大致可以划分为下列几个步骤。

1．设计电路原理图设计电路原理图，是设计印刷电路板的第一步。只有依据正确的电路原理图，才能设计出正确的PCB图。用电路设计软件进行电路原理图设计的最大优点是修改方便。现在，电路板设计软件很多，均可拿来使用。当然，用配套的软件进行电路原理图设计和PCB设计，往往会有许多方便之处。电路原理图设计要经过反复核对、修改，才能确保设计出的电路原理图正确无误。用计算机制图是非常重要的，这是充分利用计算机进行PCB设计的第一步。

2．生成网络表网络表中包含有元件描述和电连接关系的描述，是PCB设计软件与原理图设计软件的接口。网络表文件可以由CAD软件根据电路原理图自动生成，也可以用文字编辑软件编辑。当然，由于一般的电路原理图比网络表文件直观、易读且修改方便，因而在实际工作时，绝大多数的网络表．是用CAD软件自动生成的。电路原理图和PCB设计均在Prntel 99SE环境下进行时，可以不需要进行网络表生成的过程，直接就可以从电路原理图设计进入到PCB设计。并且可以用同步设计的法，使得电路原理图设计与PCB设计具有相同的电连接关系。

3．启动并设置PCB设计软件对于第一次进入PCB设计软件(环境)，了解并设置其工作环境是很重要的。通过设置工作环境，可以将元件布局参数、布线参数、板层参数、界面等设置成个人习惯(喜爱)和需要的方式。以后再启动PCB设计软件时，只作必要的参数修改即可。

Protel 99SE PCB设计软件可以设置成“保存环境参数作为默认参数”的方式。样，修改后的环境设置参数在下次启动时依然有效。

4．布局布局就是将组件放在合适的位置，以后在布局结果上进行布线。布局是印刷电路扳设计的一个非常重要的环节。布局的好坏，不仅影响布通率，甚至可能会影响电路板的性能。

布局可以由手工进行，也可以由计算机自动进行。

布局，首先应该有一个大致的规划。比如：电路板做多少层，板子大致多大，板子的大致形状、接插件的位置等。这些都在一定程度上影响着布局。

手工布局时，要想高效率地布好局，首先要根据自己对电路板尺寸、形状、接插件位置、电路原理以及布板的某些特殊要求等已经知道的约束条件，在纸上作一个草略的布局，以指导在计算机上进行布局。

利用网络表，由CAD软件自动地装入元器件封装图形之后，用CAD软件也可

以进行自动布局。自动布局结束后，可以用手工再对布局作一些调整。

复杂电路的布局往往需要反复修改，甚至有可能在布线快结束时由于某些问题，还要回过头来修改布局。布局是电路板设计中很费精力的事情，要认真、耐心地对待。

5．布线布线就是在PCB设计图上通过放置线条来实现元器件引脚间的电连接以完成电路设计所预定的功能。这是PCB设计的另一项重要任务。布线的好坏，有时也会对电路性能产生明显的影响。

放置线条的工作由手工完成的，称为手工布线，由计算机完成的，称为自动布线。手工布线效率低，但所布线条的形状、走向等完全受控。

Protel99SE PCB设计工具中的自动布线工具引入了包括神经网络在内的先进技术，善于利用，将会收到事半功倍的效果。

6．设计规则校验设计规则校验(Design Rule Check，即DRC)是由计算机按照网络表及设计参数对PCB板进行的自动校验检查。通过了DRC校验的PCB设计图。原则上就可以送去制作电路板了。没有通过DRC校验的PCB设计，要通过分析校验结果来决定是修改电路板设计还是可以去制板。由计算机进行的DRC校验，代替了人工检查PCB设计，为PCB设计把了一个关，一定要善于使用。在Protel99SE PCB设计软件中进行的I)RC校验不仅可以生成校验报告，而且可以在PCB设计图上将校验未通过的地方标示出来，使修改更直观、方便。

7．输出调整(字符) 在PCB布局时，随组件放置在PCB设计图上的元件描述字符往往交叉叠套在一起c如果不经调整就去制作电路板，制作出的电路板上的字符就有可能分辨不清，丧失了字符层的意义。要发挥字符层的意义，就要在PCB设计的大部分工作结束后，通过移动字符串的操作，将字符串移到合适的位置，以合适的方向放置，并且将字符的大小调整到合适的尺寸。当然，如果不需要字符层，也可以省略这一步。

8．存储与输出PCI3固无论在何时退出PCB编辑软件，均应将有价值的编辑结果保存起来! 通过了DRC校验的PCD设计，就可以输出制板了。输出的方式有3种：打印机、绘图仪和光学绘图机。在输出的方式选择上，要结合电路板生产厂家的设备和工艺情况。一般情况下，打印机、绘图仪输出的黑白图，厂家要用工业照相机翻拍成胶片之后才能用来制作线路板，因而要输出4zl或221的图纸。光学绘图机则接受磁盘文件，可以直接将PCB设计输出在透明底片上。

制板时，有时要根据生产厂家制板的工艺设置自己的一些要求，比如阻焊扩大值。一般地，光因阻焊膜较为精确，阻焊扩大值可以小些；热固阻焊膜由于采用丝网印刷方式，边缘不够光滑，扩大值可以适当地大些。虽然这些事情一般是由厂家依据工艺而定，但对于布线密集度较高的PCB板，还是应该要求阻焊扩大值小些，这样，可以减少焊接时的粘连故障。

一个需要注意的问题是钻孔尺寸。对于有数控钻床的厂家，只要将核对过的钻孔尺寸生成钻孔文件交给厂家即可。对于没有数控钻床的电路板生产厂家，则要输出一张钻孔图纸，分类或逐一地将子L径标注出来。目前，厂家接收的孔径尺寸一般是指成孔尺寸，即金属化后的最终直径尺寸，因此钻孔尺寸(末金属化的尺寸)—一般比成孔尺寸(孔化后的尺寸)要大一些，以便于在电路板上插入元器件。

3.2 人工布线画电路板的方法

第4章电路板的抗干扰设计

4.1 一般性原则

一电源线布置

1、根据电流大小，尽量调宽导线布线。

2、电源线、地线的走向应与资料的传递方向一致。

3、在印制板的电源输入端应接上10~100μF的去耦电容。

二地线布置

1、数字地与模拟地分开。

2、接地线应尽量加粗，致少能通过3倍于印制板上的允许电流，一般应达

2~3mm。

3、接地线应尽量构成死循环回路，这样可以减少地线电位差。

三去耦电容配置

1、印制板电源输入端跨接10~100μF的电解电容，若能大于100μF则更好。

2、每个集成芯片的Vcc和GND之间跨接一个0.01~0.1μF的陶瓷电容。如空间

不允许，可为每4~10个芯片配置一个1~10μF的钽电容。

3、对抗噪能力弱，关断电流变化大的器件，以及ROM、RAM，应在Vcc和

GND间接去耦电容。

4、在单片机复位端“RESET”上配以0.01μF的去耦电容。

5、去耦电容的引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能带引线。

四器件配置

1、时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端应尽量靠近且远离其它低频器件。

2、小电流电路和大电流电路尽量远离逻辑电路。

3、印制板在机箱中的位置和方向，应保证发热量大的器件处在上方。

五功率线、交流线和信号线分开走线

功率线、交流线尽量布置在和信号线不同的板上，否则应和信号线分开走

线。

六其它原则

1、总线加10K左右的上拉电阻，有利于抗干扰。

2、布线时各条地址线尽量一样长短，且尽量短。

3、PCB板两面的线尽量垂直布置，防相互干扰。

4、去耦电容的大小一般取C=1/F，F为数据传送频率。

5、不用的管脚通过上拉电阻（10K左右）接Vcc，或与使用的管脚并接。

6、发热的元器件（如大功率电阻等）应避开易受温度影响的器件（如电解电容等）。

7、采用全译码比线译码具有较强的抗干扰性。

4.2 抗干扰设计

总结与个人心得

通过这次课程设计，我还意识到了想要做好一件事，要有耐心，细心，要脚踏实地，而不应该毛躁。特别是生成PCB板之后元件的布局以及修改布线都是考验我们耐心的时候。

当然，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜，让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

附录1 电路原理图

附录2 网络表与元件封装表

1、原理图的网络表如下：

[

RAD0.2

20pF

]

[

RAD0.2

20pF

]

[

RAD0.2

20uP

]

[

DIODE0.4

LED

]

[

DIODE0.4

LED

]

[

DIODE0.4

LED

]

[

DIODE0.4

LED

]

[

DIODE0.4

LED

[

DIODE0.4 LED ]

[

DIODE0.4 LED ]

[

DIODE0.4 LED ]

[

AXIAL0.3 200 ]

[

AXIAL0.3 200 ]

[

AXIAL0.3 200 ]

[

AXIAL0.3 200 ]

[

AXIAL0.3 200 ]

[

AXIAL0.3

]

[

AXIAL0.3 10K ]

[

AXIAL0.3 200 ]

[

AXIAL0.3 200 ]

[

DIP40 8051 ]

[

XTAL1

110.0592MHz ]

(

GND C1-1 C2-1 R7-2 U1-20 )

(

NetC1_2 C1-2 U1-19 Y1-2 )

(

NetC2_2 C2-2 U1-18

)

(

NetC3_1 C3-1 R7-1 U1-9 )

(

NetD1_A D1-A R1-1 )

(

NetD2_A D2-A R2-1 )

(

NetD3_A D3-A R3-1 )

(

NetD4_A D4-A R4-1 )

(

NetD5_A D5-A R5-1 )

(

NetD6_A D6-A R6-1 )

(

NetD7_A D7-A R8-1 )

(

NetD8_A D8-A R9-1 ) (

NetU1_21 D1-K U1-21 ) (

NetU1_22 D2-K U1-22 ) (

NetU1_23 D3-K U1-23 ) (

NetU1_24 D4-K U1-24 ) (

NetU1_25 D5-K U1-25 ) (

NetU1_26 D6-K U1-26 ) (

NetU1_27 D7-K U1-27 ) (

NetU1_28 D8-K U1-28 )

( VCC C3-2 R1-2 R2-2 R3-2 R4-2 R5-2 R6-2 R8-2 R9-2 U1-31 U1-40 )

表1：元件封装表

附录3 印刷电路板效果图

附录4 3D印刷板效果图

东北石油大学课程报告成绩评价表

指导教师：年月日