基于Protel 2004DXP的電子線路設(shè)計(jì)

◆崔玉美

基于Protel 2004DXP的電子線路設(shè)計(jì)

◆崔玉美

Protel 2004DXP以其強(qiáng)大的功能特點(diǎn)，受到廣大電子工程師的青睞。以學(xué)生實(shí)訓(xùn)制作的秒表電路設(shè)計(jì)為例，介紹PCB電路板的設(shè)計(jì)過(guò)程及軟件使用過(guò)程中的技巧和注意事項(xiàng)。

Protel 2004DXP；電子線路設(shè)計(jì)；PCB；EDA

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.12.012

1　前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，EDA（Electronic Design Automation）軟件已經(jīng)成為人們進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)不可或缺的工具。利用這些輔助設(shè)計(jì)軟件，可以在計(jì)算機(jī)上完成電子產(chǎn)品的電路設(shè)計(jì)、性能分析和印制電路板設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程，極大提高電子線路設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，為電子工程師提供便捷。

在眾多的EDA軟件 中，Protel是廣大電子工程師應(yīng)用最多的一款軟件。為了適應(yīng)技術(shù)的不斷發(fā)展，Altium公司先后推出不同版本的Protel軟件，2004DXP是經(jīng)典版本。

2　Protel 2004DXP的特點(diǎn)

Protel 2004DXP以全新的設(shè)計(jì)理念，提供了一套完全集成的設(shè)計(jì)工具，界面友好，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，功能強(qiáng)大，因而得到廣泛應(yīng)用。它的主要特點(diǎn)：1）打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具模式，提供以項(xiàng)目為核心的設(shè)計(jì)環(huán)境；2）能夠在原理圖階段進(jìn)行數(shù)?；旌想娐贩抡婧托盘?hào)完整性分析；3）支持FPGA設(shè)計(jì)和PLD設(shè)計(jì)，并提供強(qiáng)大的VHDL仿真和綜合功能；4）提供先進(jìn)的自動(dòng)布局布線功能；5）真正實(shí)現(xiàn)PCB制造的CAM系統(tǒng)［1］。

3　利用Protel 2004DXP設(shè)計(jì)電路的流程

一個(gè)完整的電路設(shè)計(jì)是指一個(gè)電子產(chǎn)品從功能分析、設(shè)計(jì)思路、可行性驗(yàn)證到電路原理圖設(shè)計(jì)、印制電路板制作、調(diào)試測(cè)試一直到最后產(chǎn)品形成的全過(guò)程。利用Protel 2004DXP設(shè)計(jì)電路大致要有以下幾個(gè)步驟：

創(chuàng)建PCB項(xiàng)目→繪制電路原理圖→ERC檢查→設(shè)計(jì)PCB電路板→DRC檢查→打印電路板圖→電路板制作

4　秒表的設(shè)計(jì)

繪制電路原理圖 電路原理圖的設(shè)計(jì)是整個(gè)電路的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，首先要設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的原理圖，才能為后期的PCB制作奠定好的基礎(chǔ)。

首先創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目（秒表.Prjpcb），在項(xiàng)目上點(diǎn)擊右鍵追加新文件schematic（秒表.Schdoc），在編輯區(qū)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)一張空白的圖紙，然后就是放置需要的各種元器件。在放置元器件之前要加載元器件庫(kù)，因?yàn)镻rotel的各種元器件按功能或廠家分放在不同的文件中，在畫(huà)圖時(shí)要根據(jù)需要加載不同的元件庫(kù)。當(dāng)然有些時(shí)候要用到的元器件在軟件提供的library中可能找不到，這就要根據(jù)實(shí)際用到元件的引腳、外形等自己去創(chuàng)建元件。比如下面用到的80C51，就需要去創(chuàng)建圖形符號(hào)和封裝。

加載好元件庫(kù)，放置秒表電路所需的元器件，調(diào)整好相對(duì)位置，放置連接導(dǎo)線。繪制好的原理圖如圖1所示。而言之，不管運(yùn)用何種教育技術(shù)，不論教育技術(shù)如何先進(jìn)，最終的落腳點(diǎn)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該回歸到能否優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)學(xué)生可持續(xù)性發(fā)展。

作者：崔玉美，上海城市管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，研究方向?yàn)殡姽る娮雍虴DA技術(shù)的教學(xué)與科研（200438）。

4　結(jié)語(yǔ)

教育信息技術(shù)具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，將不斷發(fā)展的教育信息技術(shù)運(yùn)用于課堂教學(xué)是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，并對(duì)原有的大學(xué)英語(yǔ)課堂生態(tài)產(chǎn)生重大影響。筆者認(rèn)為在研究課堂生態(tài)時(shí)，研究者應(yīng)以信息化語(yǔ)境為契機(jī)，科學(xué)、合理、有效地整合信息技術(shù)與高校教學(xué)，建立生態(tài)良好、發(fā)展持續(xù)、共生共贏的大學(xué)英語(yǔ)教學(xué)體系?！?/p>

［1］沈家模.信息化與社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)［J］.情報(bào)科學(xué)，1993（3）：29-36.

［2］秦如祥.教育信息化的概念、特征和目的［J］.理論探索，2004（3）：63-64.

［3］范坤.廣東省義務(wù)教育信息資源優(yōu)化配置研究［D］.武漢：華中師范大學(xué)，2011.

［4］劉長(zhǎng)江.信息化語(yǔ)境下大學(xué)英語(yǔ)課堂生態(tài)的失衡與重構(gòu)［D］.上海：上海外國(guó)語(yǔ)大學(xué)，2013.

［5］陳堅(jiān)林.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與外語(yǔ)課程的整合：一項(xiàng)基于大學(xué)英語(yǔ)教學(xué)改革的研究［M］.上海：上海外語(yǔ)教育出版社，2010：194-195.

［6］吳鼎福，諸文蔚.教育生態(tài)學(xué)［M］.南京：江蘇教育出版社，2000：206.

圖1　秒表原理圖

圖2　ERC檢查

原理圖繪制好后，很難保證沒(méi)有電氣連接方面的錯(cuò)誤，因此必須對(duì)設(shè)計(jì)好的原理圖進(jìn)行電氣規(guī)則（ERC）檢查，如圖2所示。每個(gè)人繪制的原理圖出現(xiàn)的問(wèn)題都可能不一樣，在設(shè)計(jì)好的原理圖中找出Messages對(duì)話框中對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤并進(jìn)行改正，要保證原理圖正確無(wú)誤。一個(gè)正確的原理圖設(shè)計(jì)好之后，可以輸出各種報(bào)表，如網(wǎng)絡(luò)表、元器件序列表等。

設(shè)計(jì)PCB電路板 首先要在項(xiàng)目文檔（秒表.Prjpcb）上點(diǎn)擊右鍵追加新文件PCB（秒表.Pcbdoc），在編輯區(qū)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)一張空白的PCB文檔；要先規(guī)劃電路板和大致的形狀，然后加載原理圖的網(wǎng)絡(luò)表，執(zhí)行菜單設(shè)計(jì)/Import Changes From秒表.Prjpcb，將會(huì)彈出工程變化訂單［2］；執(zhí)行變化后，在PCB編輯區(qū)就可以看到網(wǎng)絡(luò)表和元器件的封裝已經(jīng)加載到電路板中。

但是元器件布局很不合理，甚至有些重疊，根本無(wú)法完成布線操作，所以首先要對(duì)元器件進(jìn)行布局，合理的布局是PCB板成功布線的關(guān)鍵。

Protel 2004DXP提供了自動(dòng)布局和手動(dòng)布局兩種元件布局方法。首先進(jìn)行自動(dòng)布局，然后手動(dòng)調(diào)整不合理的地方，布局前后的PCB板如圖3、圖4所示。

圖3　布局前的PCB板

圖4　布局后的PCB板

圖5　完成的秒表PCB電路板

圖6　DRC檢查

接下來(lái)就要根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)置布線規(guī)則，完成PCB的布線。本例要求單面布線，地線和電源線為30 mil，一般線寬為20 mil。Protel 2004DXP的布線功能同樣提供了自動(dòng)布線和手動(dòng)布線兩種方法。先執(zhí)行菜單自動(dòng)布線全部對(duì)象，軟件會(huì)自動(dòng)對(duì)PCB板的元器件按照設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行布線；如果布局合理，電路又不是很復(fù)雜的話，基本上1分鐘左右就可以布線完畢，之后再手動(dòng)調(diào)整不合理的線條。

當(dāng)然，還可以根據(jù)需要對(duì)PCB板進(jìn)行補(bǔ)淚滴和覆銅處理等。畫(huà)好的電路板如圖5所示。

電路板的制作 PCB電路板設(shè)計(jì)好之后，要進(jìn)行DRC檢查。在工具菜單下選擇設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，彈出圖6對(duì)話框，根據(jù)需要勾選對(duì)話框中相應(yīng)的項(xiàng)目，運(yùn)行DRC檢查，如果有違反設(shè)計(jì)規(guī)則的項(xiàng)目，會(huì)彈出錯(cuò)誤信息對(duì)話框［3］。根據(jù)提示修改相應(yīng)的問(wèn)題，確保無(wú)誤，就可以輸出各種作業(yè)文件了，比如PCB信息報(bào)表、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報(bào)表等；也可以按層打印PCB板，用于電路板制作、焊接和調(diào)試等。

5　軟件使用過(guò)程中的技巧及注意事項(xiàng)

軟件的使用過(guò)程中，特別是初學(xué)者，軟件使用不夠熟練，如果操作不當(dāng)，可能會(huì)出現(xiàn)一些不必要的麻煩，影響軟件的正常使用和設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。

1）原理圖繪制過(guò)程中，要注意電氣對(duì)象和非電氣對(duì)象的區(qū)別。如用于元件引腳之間連接的是導(dǎo)線，一定注意不能是繪圖工具中的直線，直線是沒(méi)有電氣屬性的，否則導(dǎo)入到PCB環(huán)境中時(shí)，元件的引腳是沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)連接的。

2）在原理圖中所有用到的元器件均應(yīng)按類型命名或編號(hào)，不能出現(xiàn)某個(gè)元件的名字為“？”，否則在調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表時(shí)元件的引腳找不到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽。這個(gè)問(wèn)題是初學(xué)者經(jīng)常碰到的。

3）如果原理圖中要用到總線，要注意總線上網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽的書(shū)寫(xiě)方式，如AD［0..7］，中間為兩個(gè)英文的標(biāo)點(diǎn)，出現(xiàn)這個(gè)錯(cuò)誤有時(shí)是很難發(fā)現(xiàn)的。

4）Protel 2004DXP軟件是以項(xiàng)目為核心的，所有文件（包括*.SCHDOC和*.PCBDOC）要在一個(gè)指定的工程項(xiàng)目文件（*.PRJPCB）下，不能是自由文檔Free Document，否則在把網(wǎng)絡(luò)表調(diào)入PCB環(huán)境時(shí)會(huì)找不到對(duì)應(yīng)的文件［4］。

5）在PCB板布局時(shí)，若元器件較多，建議先進(jìn)行自動(dòng)布局，利用軟件先大致將器件排列一下，再進(jìn)行手動(dòng)布局。

6）如果項(xiàng)目中有元器件需要自己制作，在繪制原理圖形符號(hào)時(shí)，引腳的順序不一定按實(shí)際元件引腳的順序放置，一般為了在繪制原理圖時(shí)連線方便，都是按功能放置引腳。然而需要注意的是，引腳標(biāo)號(hào)和功能一定要和實(shí)際元器件相同。

6　結(jié)束語(yǔ)

Protel 2004DXP以其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能、簡(jiǎn)單易操作等優(yōu)點(diǎn)，得到非常廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，設(shè)計(jì)出一款好的電子產(chǎn)品也不是一件容易的事情，要反復(fù)操作實(shí)驗(yàn)，在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，方能快速又準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出合格的PCB板?！?/p>

參考文獻(xiàn)

［1］劉剛.Protel DXP2004 SP2原理圖與PCB設(shè)計(jì)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［2］王正勇.Protel DXP 實(shí)用教程［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［3］張義和，陳敵北，周金圣.例說(shuō)Protel2004［M］.北京：人民郵電出版社，2006.

［4］張睿，趙艷華，劉志剛.精通Protel Dxp2004電路設(shè)計(jì)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

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