第4課 2課時(shí) 電路的設(shè)計(jì)步驟和編輯器

1.4.1 PCB原理圖的知識(shí)

電氣原理圖用來(lái)表明設(shè)備的工作原理及各電氣元件間的作用，電氣原理圖的種類(lèi)一般有主電路、控制執(zhí)行電路、檢測(cè)與保護(hù)電路、配電電路等。由于電氣原理圖直接體現(xiàn)了電子電路與電氣結(jié)構(gòu)以及其相互間的邏輯關(guān)系，所以一般用于設(shè)計(jì)、分析電路。分析電路時(shí)，通過(guò)識(shí)別圖紙上所畫(huà)各種電路元件符號(hào)，以及它們之間的連接方式，就可以了解電路實(shí)際工作時(shí)的情況。電氣原理圖又可分為整機(jī)原理圖和單元部分電路原理圖，整機(jī)原理圖是指所有電路集合在一起的分部電路圖。

1.原理圖的組成

電氣原理圖主要由元器件符號(hào)標(biāo)記、注釋、連接線、連接點(diǎn)等四大部分組成。

（1）元件符號(hào)用于表示實(shí)際電路中的元器件，它的形狀與實(shí)際的元件不一定相似，甚至完全不一樣。但是它一般都表示出了元器件的特點(diǎn)，而且引腳的數(shù)目均與實(shí)際元件高度保持一致，一般有電氣連接符號(hào)、IC符號(hào)、離散元器件符號(hào)（有源件與無(wú)源件）、輸入/輸出連接器、電源與地的符號(hào)等。

（2）連接線表示的是實(shí)際電路中的導(dǎo)線，在原理圖中雖然是一根線，但在常用的印刷電路板中往往不是單獨(dú)的線，而是各種形狀且聯(lián)通的塊狀銅箔導(dǎo)電層。在電氣原理圖中，總線一般用一條粗線表示，在這條總線上再分支出若干支線。

（3）節(jié)點(diǎn)表示幾個(gè)元件引腳或幾條導(dǎo)線之間相互的連接關(guān)系。所有和節(jié)點(diǎn)相連的元件引腳、導(dǎo)線，不論數(shù)目多少，都是導(dǎo)通的。在電路中還會(huì)有交叉的現(xiàn)象，為了區(qū)別交叉處是否相連，在制作電路圖時(shí)，以實(shí)心圓點(diǎn)表示交叉點(diǎn)相連接，以不畫(huà)或畫(huà)半個(gè)圓則表示不相連的交叉點(diǎn)；也有個(gè)別的電路圖是用空心圓來(lái)表示不相連的。

（4）注釋在電路圖中是十分重要的，電路圖中的所有文字都可以歸入注釋。在電路圖的各個(gè)地方都會(huì)有注釋存在，用來(lái)說(shuō)明元件的型號(hào)、名稱(chēng)等。如果是彩色的電路圖，一般會(huì)用顏色來(lái)區(qū)別不同的線路，這也屬于注釋的一種。一般的約定是：供電的線路使用紅色，發(fā)射的線路使用橙色，接收的線路使用綠色，揚(yáng)聲器線路使用綠色，其他線路一般用黑色。

2.設(shè)計(jì)步驟

一個(gè)符合電氣規(guī)則的原理圖是進(jìn)行印刷電路板自動(dòng)布局和自動(dòng)布線的基礎(chǔ)，電路原理圖的設(shè)計(jì)流程如圖1-97所示。

從圖1-97所示的流程圖中可以看出，設(shè)計(jì)原理圖的步驟一般是：

（1）啟動(dòng)原理圖編輯器。具體的啟動(dòng)方法將在下面進(jìn)行講解。

（2）對(duì)圖紙進(jìn)行設(shè)置。在設(shè)計(jì)電路原理圖之前，首先要根據(jù)所畫(huà)電路圖對(duì)圖紙尺寸、網(wǎng)格大小等進(jìn)行設(shè)置。

（3）放置所有元器件并布局。在設(shè)置好的圖紙上，放置本電路圖的所有元器件。對(duì)元器件庫(kù)中沒(méi)有的元器件，要在原理圖元器件庫(kù)中進(jìn)行編輯。放置完所有的元器件后，要根據(jù)電路圖調(diào)整元器件的布局。

（4）連接元器件。對(duì)布局好的元器件進(jìn)行連接。

（5）進(jìn)行電氣規(guī)則檢查，生成網(wǎng)絡(luò)表。最后，對(duì)電路圖進(jìn)行電氣規(guī)則檢查、生成網(wǎng)絡(luò)表等操作，至此，電路原理圖的設(shè)計(jì)基本結(jié)束。

3.啟動(dòng)原理圖編輯器

啟動(dòng)原理圖編輯器的方法有：通過(guò)菜單啟動(dòng)；通過(guò)已有的原理圖文檔啟動(dòng)。

（1）在設(shè)計(jì)管理器的主界面，選擇【文件】|【新建】|【原理圖】菜單命令，就建立了一個(gè)原理圖文檔。

（2）如果在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)里已經(jīng)存在了原理圖文檔，則在資源管理器窗口單擊該文檔，都可進(jìn)入原理圖編輯器。

4.PCB的制作步驟

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路被廣泛應(yīng)用，電路越來(lái)越復(fù)雜、集成度越來(lái)越高，加之新型元器件層出不窮，使得越來(lái)越多的工作已經(jīng)無(wú)法依靠手工來(lái)完成。計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用恰恰解決了這個(gè)問(wèn)題，而且大大提高了工作效率。因此，計(jì)算機(jī)輔助電路板設(shè)計(jì)已經(jīng)成為電路板設(shè)計(jì)制作的必然趨勢(shì)。Protel DXP正是在這樣一個(gè)大環(huán)境下產(chǎn)生和發(fā)展的。Protel DXP具有前所未有的豐富的設(shè)計(jì)功能。只有很好地掌握了這個(gè)強(qiáng)大的工具才能充分發(fā)揮其效能。

了解了設(shè)計(jì)電路板的基本步驟之后，是不是覺(jué)得設(shè)計(jì)一塊自己的電路板并不是件難事了。事實(shí)上要想真正設(shè)計(jì)出一塊滿足技術(shù)要求，功能完善，布局合理且可靠，實(shí)用、美觀的電路板絕非一朝一夕能做到的。一般而言，設(shè)計(jì)印制電路板最基本的完整過(guò)程，大體可分為以下3個(gè)步驟。

1）原理圖的設(shè)計(jì)

原理圖的設(shè)計(jì)主要是利用Protel DXP的原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)繪制一張電路原理圖，如圖1-98所示。設(shè)計(jì)者應(yīng)充分利用Protel DXP所提供的強(qiáng)大而完善的原理圖繪圖工具、測(cè)試工具、模擬仿真工具和各種編輯功能，制作一張正確、精美的電路原理圖，以便為接下來(lái)的工作做好準(zhǔn)備。

2）產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表

網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計(jì)與印制電路板設(shè)計(jì)之間的橋梁和紐帶，如圖1-99所示，也是印制電路板設(shè)計(jì)中自動(dòng)布線的基礎(chǔ)和靈魂。網(wǎng)絡(luò)表可以由電路原理圖生成，也可以從已有的印制電路板文件中提取。

3）印制電路板的設(shè)計(jì)

印制電路板的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)Protel DXP的另外一個(gè)強(qiáng)大的設(shè)計(jì)系統(tǒng)——印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)PCB而言的，如圖1-100所示是印制電路板設(shè)計(jì)界面。設(shè)計(jì)者可以充分利用Protel DXP提供的強(qiáng)大的PCB功能來(lái)實(shí)現(xiàn)印制電路板的設(shè)計(jì)工作。

簡(jiǎn)而言之，電路板的設(shè)計(jì)過(guò)程首先是繪制電路原理圖，然后由電路原理圖文件生成網(wǎng)絡(luò)表，最后在PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表完成自動(dòng)布線工作。當(dāng)然也可以根據(jù)電路原理圖直接進(jìn)行手工布線而不必生成網(wǎng)絡(luò)表。完成布線工作后，可以利用打印機(jī)或繪圖儀打印輸出。除此之外，用戶在設(shè)計(jì)過(guò)程中可能還要完成其他一些工作，例如創(chuàng)建自己的元件庫(kù)、編輯新元件、生成各種報(bào)表等。

1.4.2 原理圖編輯器的工具欄

Protel DXP原理圖設(shè)計(jì)界面提供的工具欄有：【原理圖 標(biāo)準(zhǔn)】工具欄、【配線】工具欄、【實(shí)用工具】工具欄等。這些工具欄可以通過(guò)【查看】|【工具欄】菜單命令，進(jìn)行打開(kāi)和關(guān)閉。

1.原理圖標(biāo)準(zhǔn)

【原理圖 標(biāo)準(zhǔn)】工具欄位于菜單欄的下方，如圖1-102所示。

1）文檔管理按鈕

這類(lèi)按鈕包括打開(kāi)、保存、打印和新建文檔等按鈕。這類(lèi)按鈕的功能和使用方法與其他軟件的相應(yīng)按鈕完全相同，不再贅述。

2）編輯區(qū)瀏覽按鈕

這類(lèi)按鈕包括3個(gè)：?jiǎn)螕簟究s放整個(gè)區(qū)域】按鈕相當(dāng)于選擇【查看】|【放大】或【縮小】菜單命令；單擊【顯示全部對(duì)象】按鈕，相當(dāng)于在工作區(qū)顯示整個(gè)文件；單擊【縮放選定對(duì)象】按鈕，可以指定對(duì)象進(jìn)行縮放。

3）編輯按鈕

這類(lèi)按鈕包括4個(gè)：【裁剪】、【復(fù)制】、【粘貼】和【橡皮圖章】命令，后面的練習(xí)中會(huì)用到。

4）其他按鈕

除了上述按鈕外，【原理圖標(biāo)準(zhǔn)】工具欄上還有很多按鈕，可以進(jìn)行選擇、撤銷(xiāo)操作和瀏覽元件庫(kù)等操作。

2.配線

【配線】工具欄共由11個(gè)常用放置工具組成，分別與【放置】菜單下的命令相對(duì)應(yīng)，如圖1-103所示。

工具欄中的按鈕按從左到右的順序依次為放置導(dǎo)線按鈕，放置總線按鈕，放置總線入口按鈕，放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽按鈕，GND端口按鈕，VCC電源端口，放置元件按鈕，放置圖紙符號(hào)按鈕，放置圖紙入口按鈕，放置忽略ERC檢查指示符按鈕。

3.實(shí)用工具

【實(shí)用工具】工具欄包含6個(gè)常用繪圖工具，如圖1-104所示。和【配線】工具欄不同，用【實(shí)用工具】工具欄繪制的對(duì)象是不具有電氣性能的，因此，不能用其繪制導(dǎo)線。工具欄中的按鈕按從左到右的順序依次為實(shí)用工具、調(diào)準(zhǔn)工具、電源、數(shù)字式設(shè)備、仿真電源和網(wǎng)格。

4.其他工具欄

1）電源

單擊【實(shí)用工具】工具欄中的【電源】按鈕，在展開(kāi)的下拉列表中共有11個(gè)常用的電源形式，如圖1-105所示。在繪制原理圖時(shí)，使用不同的命令，得到需要的電源圖形，如圖1-106所示。

2）數(shù)字實(shí)體工具

單擊【實(shí)用工具】工具欄中的【數(shù)字式設(shè)備】按鈕，如圖1-107所示，在展開(kāi)的下拉列表中共有20個(gè)按鈕：電阻常用值5個(gè)、電容常用值5個(gè)及常用數(shù)字邏輯器件10個(gè)。

常用電阻，其阻值從左到右分別是1K、4.7K、10K、47K、100K；常用電容，左邊兩個(gè)是普通電容，后面三個(gè)是電解電容；常用邏輯器件，分別是74F00、74F02、74F04、74F08、74F32、74F126、74F74、74F86、74F138和74F245。

3）仿真電源工具

單擊【實(shí)用工具】工具欄中的【仿真電源】按鈕，在展開(kāi)的下拉列表中共有三類(lèi)仿真電源，即直流電源、正弦信號(hào)和脈沖信號(hào)，如圖1-108所示。

菜單中的±5和±12是直流電源；1K、10K、100K和1MHz為正弦信號(hào)；1K、10K、100K和1MHz為脈沖信號(hào)。繪制的圖形如圖1-109所示。