PROTEUS設(shè)計(jì)制作PCB板的應(yīng)用

李新梅

摘 要 本文詳細(xì)介紹了PROTEUS制作印刷電路板的應(yīng)用過(guò)程，并以實(shí)例詳細(xì)說(shuō)明利用PROTEUS中ISIS模塊設(shè)計(jì)原理圖并仿真、ARES模塊設(shè)計(jì)印制電路板的具體步驟。PROTEUS設(shè)計(jì)制作PCB板，簡(jiǎn)易、方便，尤其是其逼真的三維仿真效果圖極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞 PROTEUS ARES模塊 PCB

中圖分類(lèi)號(hào)：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Proteus是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真軟件，它以其特有的虛擬仿真技術(shù)很好地解決了EDA技術(shù)無(wú)法解決的問(wèn)題。Proteus可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設(shè)計(jì)等功能。本文以單片機(jī)流水燈PCB板的制作為例詳細(xì)介紹PROTEUS實(shí)現(xiàn)印制電路板的設(shè)計(jì)制作過(guò)程。

1原理圖設(shè)計(jì)及調(diào)試

制作PCB板之前要設(shè)計(jì)好原理圖，Proteus的ISIS（Intelligent Schematic Input System）模塊主要提供原理圖設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，用于電路原理圖的設(shè)計(jì)以及交互式仿真。下面介紹在ISIS模塊中設(shè)計(jì)單片機(jī)流水燈原理圖的詳細(xì)步驟。

1.1啟動(dòng)ISIS

啟動(dòng)ISIS后可打開(kāi)ISIS工作界面，可發(fā)現(xiàn)ISIS的工作界面完全是Windows軟件風(fēng)格，主要包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、狀態(tài)欄、方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、對(duì)象選擇窗口、原理圖編輯窗口和預(yù)覽窗口等。

1.2繪制單片機(jī)流水燈電路原理圖

從ISIS的元件庫(kù)中選擇所需的元器件：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89C51、晶振CRYSTAL、電容CAP、電解電容CAP-ELEC、發(fā)光二極管LED-YELLOW、排阻RESPACK-8，并放置在原理圖編輯窗口中，進(jìn)行布局，設(shè)計(jì)單片機(jī)時(shí)鐘電路、復(fù)位電路構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，用P0口擴(kuò)展8位LED燈，利用ISIS的布線功能在元器件之間連線，完成電路原理圖的設(shè)計(jì)，以*.DSN格式保存設(shè)計(jì)文件。

1.3編寫(xiě)程序

在Keil中編寫(xiě)C語(yǔ)言程序，進(jìn)行編譯、調(diào)試，生成hex文件。

1.4給單片機(jī)加載程序

雙擊原理圖中的AT89C51單片機(jī)芯片，在彈出的標(biāo)簽對(duì)話框中單擊“Program File”參數(shù)框后面的文件夾按鈕，在文件夾中找到可執(zhí)行的hex文件，單擊“OK”按鈕結(jié)束加載過(guò)程。

1.5軟硬件聯(lián)調(diào)，仿真運(yùn)行

程序加載完成后，啟動(dòng)仿真運(yùn)行功能即可觀察到具有真實(shí)運(yùn)行效果的仿真結(jié)果。流水燈按照預(yù)期的各種花樣實(shí)時(shí)顯示，其效果如同在真實(shí)電路板上實(shí)驗(yàn)一樣。

2 PCB板設(shè)計(jì)及制作

ARES的主要功能是完成PCB相關(guān)設(shè)計(jì)工作，包括網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入、元器件布局、布線、鋪銅及輸出光繪文件等。下面以上面所設(shè)計(jì)的單片機(jī)流水燈電路的PCB設(shè)計(jì)為例來(lái)說(shuō)明ARES模塊在單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中制作PCB電路板的方法和步驟。

2.1核實(shí)元器件的PCB封裝

在利用ARES模塊進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)前，需要檢查原理圖中的所有元器件是否都有PCB封裝模型。雙擊編輯窗口中的每一個(gè)元器件，可彈出該元器件的屬性對(duì)話框。例如雙擊發(fā)光二極管D0彈出其屬性對(duì)話框。可以看出，此時(shí)在“PCBPackage”參數(shù)框中顯示Not Specified，表明尚未指定PCB封裝。單擊該參數(shù)框后面的問(wèn)號(hào)按鈕，可彈出PCB封裝選擇對(duì)話框。

在“Keywords”框中輸入字符“LED”，下部窗口里將出現(xiàn)LED的封裝圖形，右部窗口中則出現(xiàn)滿(mǎn)足檢索要求的選項(xiàng)說(shuō)明。雙擊滿(mǎn)足檢索要求的選項(xiàng)，可關(guān)閉PCB封裝選擇對(duì)話框，并將此封裝添加到D0元件的屬性對(duì)話框中。

單擊“OK”按鈕，可結(jié)束D0的PCB封裝設(shè)置。采用此類(lèi)方法可對(duì)原理圖中所有元器件的PCB封裝進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。

2.2導(dǎo)入元器件網(wǎng)絡(luò)表

單擊ISIS模塊菜單欄“工具”中的“網(wǎng)表到ARES”可啟動(dòng)ARES模塊?；蛘?，單擊工作界面右上角的“Nelist Transfor To ARES”工具按鈕也可啟動(dòng)ARES，打開(kāi)ARES工作界面。ARES的編輯界面也是Windows風(fēng)格，主要包含預(yù)覽窗口、菜單欄、命令工具欄、列表窗口、板層選擇欄、旋轉(zhuǎn)/鏡像選擇欄、編輯工作區(qū)和狀態(tài)欄。其中列表窗口中為原理圖中的元器件清單。

2.3元器件布局

單擊編輯工具欄中的2D矩形圖框按鈕，單擊工作窗口左下方的下拉圖層工具欄，選中黃色的“Board Edge”板框選項(xiàng)，按住鼠標(biāo)左鍵，在編輯工作區(qū)上拖拽畫(huà)出一個(gè)黃色的方框，這個(gè)方框是PCB板的元器件布局區(qū)，可根據(jù)需要調(diào)整大小。

單擊編輯工具欄中的“Component Mode”按鈕，在列表框中指定某一元件后，預(yù)覽窗口中將顯示該元件的封裝圖形。單擊編輯工作區(qū)，可將選種的元件擺放到適當(dāng)?shù)奈恢?。通過(guò)正、反向旋轉(zhuǎn)900，水平反轉(zhuǎn)，垂直反轉(zhuǎn)等方法可以調(diào)整元件擺放的方向。用同樣方法將所有元器件逐一擺放到布局區(qū)中，在擺放過(guò)程中，按照原理圖中的連接關(guān)系，元件之間會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生“飛線”。

元件布局時(shí)最好先放置具有標(biāo)志性的元件，元件布局完成后，可以根據(jù)需要對(duì)元件擺放區(qū)邊框形狀及尺寸進(jìn)行調(diào)整。

2.4元件布線

單擊工具欄左上部的“Auto Router”按鈕，可以彈出自動(dòng)布線設(shè)置窗口。如果無(wú)須更改設(shè)置，單擊“OK”按鈕開(kāi)始自動(dòng)布線，此時(shí)“飛線”將被正式的引線所取代，自動(dòng)布線后需要利用手動(dòng)方式進(jìn)行局部調(diào)整，使原理圖布局合理、美觀。

2.5鋪銅

鋪銅是指將布線之間的空白區(qū)域進(jìn)行銅箔填充。單擊左側(cè)編輯工具欄中的“Zone Mode”按鈕，光標(biāo)變?yōu)楣P形狀，按住鼠標(biāo)左鍵在黃色邊框線內(nèi)拖曳出一塊矩形鋪銅區(qū)，松開(kāi)鼠標(biāo)后，可彈出鋪銅編輯框，單擊“OK”按鈕，完成頂層鋪銅操作。按住鼠標(biāo)左鍵，在靠近黃色邊框線附近再拖曳一塊巨型鋪銅區(qū)。松開(kāi)鼠標(biāo)后，鋪銅編輯框可再次彈出，單擊“Layer/Colour”下拉工具欄，選擇“Bottom Copper”，完成底層鋪銅操作。

2.6預(yù)覽三維PCB效果

ARES支持PCB三維預(yù)覽功能，設(shè)計(jì)者可在制作實(shí)物之前看到焊接元件后的PCB板效果圖。打開(kāi)“Output”菜單，選中“3D Visualization”選項(xiàng)，可啟動(dòng)三維預(yù)覽功能，拖動(dòng)鼠標(biāo)可以從不同角度觀察PCB的設(shè)計(jì)效果（見(jiàn)圖1）。

3結(jié)束語(yǔ)

Proteus功能強(qiáng)大，在單片機(jī)教學(xué)中大大提高了教學(xué)的靈活性和自主性。目前高校均廣泛應(yīng)用ISIS模塊進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，而對(duì)于PCB板的設(shè)計(jì)主要運(yùn)用PROTEL來(lái)實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)如果先再Proteus中設(shè)計(jì)原理圖仿真通過(guò)后再利用PROTEL來(lái)制作電路板，需要重新再繪制原理圖，這樣就很麻煩，所以利用Proteus中的ARES模塊來(lái)設(shè)計(jì)單片機(jī)PCB板既保證了效果，又提高了設(shè)計(jì)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孔維功.C51單片機(jī)編程與應(yīng)用[M].北京： 電子工業(yè)出版社，2013.

[2] 侯玉寶，陳忠平，李成群.基于Proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3] 許文斌.PROTEUS軟件在單片機(jī)系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].商業(yè)經(jīng)濟(jì)，2006（3）.