第二篇 單面板設計

項目一 單管放大電路PCB設計

任務一 認識Protel DXP 2004 SP2開發環境

技能1 認識Protel DXP 2004 SP2主窗口

DXP 程序啟動后主窗口如圖2-1所示，主要由菜單欄、工具欄、工作面板、編輯區域、命令欄、狀態欄和面板控制中心構成。

◆ 菜單欄：主要用于設置各種系統參數，調用各種工具。

◆ 工具欄：包括各種常用工具的快捷按鈕。當啟動了某種編輯環境后，菜單欄和工具欄會自動改變以適應要編輯的文檔。

◆ 工作面板：工作面板是為了便于操作而打開的特定功能的窗口。在主窗口左邊已默認打開了【Files】、【Projects】、【Navigator】等面板，顯示或關閉其中某個面板可以通過“面板標簽”來實現；主窗口右側邊也有一些工作面板標簽，可以單擊這些工作面板標簽來打開相應工作面板。

◆ 面板控制中心：各種工作面板的管理中心，可以單擊主窗口右下角的 按鈕來收起和展開。如果某些工作面板沒有顯示，可以通過單擊面板控制中心相應的菜單來打開。

◆ 狀態欄：顯示的是當前光標的坐標位置。

◆ 命令欄：顯示的是當前正在執行的命令名稱及其狀態。

◆ 編輯區域：圖2-1中可以看到編輯區域中有【DXP主頁】，常見的操作命令排列在此，可以直接單擊進入，方便快捷。當編輯文件時，這里將是文件的編輯區。

技能2 工作面板操作

DXP采用“工作面板”來管理和操作，這是它在界面上不同于99 SE的主要特征。

1.工作面板切換顯示

工作面板切換可以通過單擊主窗口左下方的面板標簽來實現。單擊【Files】（文件）標簽將打開【Files】面板，如圖2-2所示，該面板主要包括文檔及項目的打開、創建等功能。

主窗口右側邊的工作面板默認為隱藏狀態，只以面板標簽的形式出現。單擊主窗口右側的工作面板標簽【元件庫】或者將鼠標置于其上，將打開【元件庫】面板，如圖2-3所示，該面板主要完成元件庫的加載、卸載，元件的取用操作。在編輯區域空白處單擊，【元件庫】面板將收起。

2.工作面板狀態切換

工作面板有三種顯示狀態，分別是隱藏、鎖定、浮動。

◆ 鎖定狀態：系統默認處于這種狀態，如圖2-2所示，處于鎖定狀態時，工作面板右上角顯示為。

◆ 隱藏狀態：當面板處于鎖定狀態時，單擊，它將變為，這時面板處于隱藏狀態，當鼠標離開面板后，它將隱藏起來，只以標簽形式出現。

◆ 浮動狀態：用鼠標拖動面板，將其拉離主窗口側邊時，它就處于浮動狀態。再將其拉回主窗口左側或者右側，又重新變為隱藏狀態。

3.工作面板關閉與顯示

若要關閉【Files】面板，可單擊該面板右上角的 。

重新打開【Files】面板，可單擊面板控制中心的【System】?【Files】。

其余面板的關閉與顯示操作與【Files】面板相似。

技能3 Protel DXP 2004文件管理

Protel DXP引入了設計項目的概念，支持集成庫項目、PCB設計項目、FPGA項目、嵌入式項目。項目文件包含和管理各設計文件之間的關系，但并不將各文件的內容包含在內，各設計文件以文件的形式保存在計算機硬盤中。

若本次設計目的是PCB，首先要創建一個PCB項目文件，然后在該項目文件下再新建或添加各種設計文件，如原理圖文件、PCB文件等。

對于更大型的設計，可能包含兩種或兩種以上設計項目，這時可用項目組來管理項目。

Protel DXP 2004文檔的組織結構及文件類型如圖2-4所示。

答疑解惑

任務二 手工設計單面PCB

圖2-5 為項目一的原理圖——單管放大電路，元件在原理圖中以圖形符號的形式顯示。Protel中使用的元件符號通常是國際慣用符號和標準符號。該項目非常簡單，可以不畫出原理圖而直接手工畫出單面PCB板。PCB板圖中，元件以封裝圖形的形式顯示。

技能1 認識元件及其封裝

所謂封裝，是指將器件或電路裝入保護外殼的工藝過程。封裝形式是指安裝半導體集成電路芯片用的外殼。它不僅起著安裝、固定、密封、保護芯片及增強電熱性能等方面的作用，還可通過芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上（這些引腳又通過印制電路板上的導線與其他器件相連接）從而實現內部芯片與外部電路的連接。封裝對于芯片來說是必須的，也是至關重要的，因為芯片必須與外界隔離，以防止空氣中的雜質對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降，也更便于安裝和運輸。封裝后的芯片就是我們看到的元件外觀。

封裝圖形是指元件實物安裝到PCB板上后占有的位置圖形，它關系到元件的安裝問題。封裝圖形包括元件外形輪廓及焊盤，它們的尺寸非常重要。每一種元件都有多種不同尺寸的封裝，這些封裝在庫文件中保存，供用戶使用，應根據實物尺寸來選擇封裝。

圖2-5中所示的元件都屬于分立元件，有電阻、極性電容、三極管，對應的元件實物及封裝圖形如圖2-6所示。

技能2 創建一個新項目

1.創建新的項目文件

執行菜單命令【文件】?【創建】?【項目】?【PCB項目】，如圖2-7所示，在【Projects】面板中會看到新建了一個PCB項目文件，該文件以.PrjPCB為擴展名。

2.保存項目文件

右鍵單擊該項目文件，在彈出的菜單中選擇【保存項目】命令，將彈出如圖2-8所示的項目文件保存對話框，在對話框中選擇保存路徑并輸入項目文件名稱（強烈建議為每個設計項目建立獨立的文件夾來保存項目中的各種文檔）。單擊【保存】按鈕即可保存該項目文件。

在右鍵菜單中選擇【另存項目為…】命令，對項目改名另存。或者執行菜單命令【文件】?【另存項目為…】，將新建項目文件另存為“單管放大.PrjPCB”。

若項目或文件中有未保存的內容，在關閉Protel時，系統會給出提示，可選擇“全部保存”或者指定某些文件保存。

技能3 創建新的設計文件及文件操作

1.創建PCB文件

（1）新建PCB文件。執行菜單命令【文件】?【創建】?【PCB文件】，將在【Projects】面板的項目文件下新建一個PCB設計文件，該文件以.PcbDoc為擴展名。

（2）保存PCB文件。單擊工具欄中的保存按鈕 ，或者在右鍵菜單中選擇【保存】命令，彈出設計文件保存對話框，在對話框中選擇保存路徑并輸入文件名稱，單擊【保存】按鈕即可保存該設計文件。系統默認項目中文件的保存路徑與項目文件保存路徑一致。

文件建立后自動處于打開狀態，添加了PCB文件后的項目組織結構如圖2-9所示。

2.文件操作

（1）關閉文件。在【Projects】面板中右鍵單擊該設計文件，在彈出的菜單中選擇【關閉】命令。

（2）關閉整個項目。在【Projects】面板中右鍵單擊項目文件，在彈出的菜單中選擇【Close Project】命令。若有文件沒有保存，則系統會彈出提示窗口。

（3）從項目中刪除文件。在【Projects】面板中右鍵單擊該設計文件，在彈出的菜單中選擇【從項目中刪除…】命令，文件將不再屬于該項目，但仍存在于硬盤。

（4）給項目中添加文件。在【Projects】面板中右鍵單擊項目文件，在彈出的菜單中選擇【追加已有文件到項目中】命令，在彈出的對話框中選擇文件添加到項目中。

如果想要添加到項目中去的原理圖文件已經在DXP中被打開，在【Projects】面板上，使用鼠標將想要添加的原理圖文件直接拖到目標項目中即可。

（5）文件重命名。單擊面板控制中心的菜單項【System】?【存儲管理器】，將彈出存儲管理器窗口，在【文件】區域可以看到當前項目的所有文件，右鍵單擊要重命名的文件，在彈出的菜單中選擇【重新命名】命令，文件即可重命名，如圖2-10所示。

技能4 放置元件封裝圖形

1.初識元件庫

打開PCB文件，單擊窗口右側的面板標簽【元件庫】，將彈出如圖2-11所示的【元件庫】面板。單擊【庫列表選擇】右邊的下拉列表，選擇雜項庫“Miscellaneous Devices.IntLib”為當前瀏覽庫。雜項庫“Miscellaneous Devices.IntLib”是最常用的元件集合庫，常用分立元件都在其中。

元件列表窗口中所列的是當前庫中的元件，元件通常以其英文名稱或其名稱的前幾個字母表示。例如，電阻以“Res*”命名（*為通配符，表示任意字符），電容以“Cap*”命名，電感以“Inductor*”命名，二極管以“Diode*”命名，三極管按類型以“NPN*”或“PNP*”命名，開關以“Sw*”命名，變壓器以“Trans*”命名，晶振以“Xtal”命名。

2.放置元件封裝

在元件列表窗口中找到電阻Res2并單擊選中它，則在封裝圖形窗口中將看到電阻的封裝。單擊元件庫面板右上角的【Place AXAIL-0.4】，彈出如圖2-12所示的【放置元件】對話框。在標識符一欄輸入元件編號“R1”，注釋一欄輸入元件說明信息，如型號或大小（75kΩ），單擊【確定】按鈕后可以看到電阻R1隨著十字形光標移動。在編輯區域單擊鼠標放置R1。此時仍處于同類型元件的放置狀態，可以接著放R2、R3、R4。

同樣的方法可以依次放置C1、C2、C3和Q1。所有元件都放置完成后如圖2-13所示。如果已放置的元件封裝不符合要求，可雙擊已經放置的元件封裝，在彈出的元件屬性對話框中單擊【封裝】區域【名稱】欄右邊的更換別的封裝。

提示

3.調整元件

由于該項目電路較簡單，可參考原理圖中元件的位置和連接關系來調整元件封裝的位置和方向，使有連接關系的焊盤靠近且對正，便于連線。調整元件位置的相關操作如下。

◆ 移動元件：在元件上按下鼠標左鍵不放，拖動鼠標，元件會隨之一起移動，到達合適的位置后松開鼠標即可。

◆ 移動多個元件：首先選取全部待移動的元件，然后拖動鼠標到合適的位置。

◆ 選取元件：選取單個元件時，將光標移到元件上，單擊即可選中。選取多個元件時，用鼠標拉出矩形框，矩形區域內的所有元件將均被選中；或者按下“Shift”鍵，同時逐一單擊元件可選中多個元件。處于選中狀態的元件周圍會出現綠色的虛線框。

◆ 取消選取：單擊空白區域，可一次取消所有元件的選中狀態。按下“Shift”鍵，同時光標移到已處于選中狀態的元件上，單擊即可取消該元件的選中狀態。

◆ 旋轉元件：在元件上按下鼠標左鍵不放，同時按下“空格”鍵，每按一次，元件逆時針方向旋轉90度。

◆ 水平鏡像對稱翻轉：在元件上按下鼠標左鍵不放，同時按下“X”鍵，元件左右對調。

◆ 垂直鏡像對稱翻轉：在元件上按下鼠標左鍵不放，同時按下“Y”鍵，元件上下對調。

盡量不要在PCB編輯環境下使用鏡像對稱翻轉，否則可能會造成引腳與焊盤不能對應的錯誤！在原理圖編輯環境下可以使用鏡像對稱翻轉。

◆ 刪除元件：在元件上單擊，元件被選中后按下“Delete”鍵。

◆ 刪除多個元件：用鼠標在編輯區拉出矩形窗口，選中要刪除的元件，然后按下“Delete”鍵。

◆ 復制元件：先選中要復制的元件，然后按下“Ctrl+C”組合鍵，光標變為十字形，對準處于選中狀態的任意一個元件單擊，即將選取的元件復制到剪貼板中。

◆ 粘貼元件：按“Ctrl+V”組合鍵，十字形光標下將出現被復制的元件，將光標移到合適位置單擊，即可完成元件的粘貼。

元件調整完成后如圖2-14所示。

4.編輯區縮放及移動

在調整元件的過程中，為了便于操作，常常需要縮放和移動編輯區。快捷操作如下。

◆ 編輯區放大：按“Page Up”鍵，放大時以鼠標在屏幕上位置為基準點（保持不動）。

◆ 編輯區縮小：按“Page Down”鍵，縮小時以鼠標在屏幕上位置為基準點（保持不動）。

◆ 編輯區精細縮放：按下“Ctrl”鍵，同時滾動鼠標滾輪可精細放大或縮小編輯區。

◆ 編輯區移動：在編輯區按下鼠標右鍵不放并拖動，可實現任意方向移動編輯區。

◆ 垂直方向移動編輯區：滾動鼠標滾輪。

◆ 水平方向移動編輯區：“Shift”+鼠標滾輪。

◆ 編輯區顯示全部對象：“Ctrl + Page Down”組合鍵，或者執行菜單命令【查看】?【整個PCB板】。

◆ 單位切換：執行菜單命令【查看】?【切換單位】，可在公制和英制單位之間切換。以上操作也可通過【查看】菜單中的相應命令來完成。

技能5 放置印制導線

1.選擇布線的層

打開PCB文件后，在編輯區的下方可以看到很多工作層的標簽，如圖2-15所示。Protel中不同功能的線或圖形應在不同的工作層中畫出。

頂層（Top Layer）即靠近元件安裝面的信號層，另外一面的信號層稱為底層（Bottom Layer），頂層和底層用來放置印制導線。機械層 1（Mechanical 1）用于放置機械邊框線；元件輪廓線放在頂層絲印層（Top Overlay）；禁止布線層（Keep-Out Layer）用于給出自動布線的范圍；插裝式的焊盤放在多層（Multi-Layer）。

對于單面板，只有一面有印制導線，即印制導線只能畫在底層。元件安裝在沒有導線的一側，即頂層。

繪制單面板時單擊【Bottom Layer】標簽，使之凸起，選中底層來布線。

2.在線規則檢查設置

由于Protel默認啟用了在線規則檢查，它需要網絡表來布線，但對于本項目的單面板，我們手工布線沒有網絡表，所以必須設置為“允許短路”。另外，為了能自由增加線寬，需要使【Width】（線寬規則）無效。

執行菜單命令【設計】?【規則】，彈出【PCB 規則和約束編輯器】對話框，如圖2-16所示。取消圖中標注位置的選中，以禁止規則檢查器檢查這兩項：取消選中【Width】項是為了使線寬規則無效；取消選中【Short Circuit】項是為了禁止短路檢查。

3.放置銅膜導線

單擊使底層標簽凸起，即選擇底層為導線放置層。然后單擊配線工具欄的【交互式布線】工具，如圖2-17所示，光標變為十字形，將光標移到連線起點，當光標對準焊盤或導線的中心時，會出現八角形亮環，這時單擊鼠標左鍵固定起點。

移動鼠標，即可看到一條活動的連線。移動光標到銅膜導線轉折點，單擊鼠標左鍵固定，再移動光標到銅膜導線的終點，當終點對準焊盤、導線的中心時，會出現八角形亮環，這時單擊鼠標左鍵固定終點，再單擊右鍵或按“Esc”鍵終止，完成一條導線繪制。如圖2-18所示為導線起點和轉折點已固定，終點對準焊盤中心時的狀態。

完成一條導線后，光標仍為十字形，可以繼續放置其他導線。當需要取消連線操作時，右鍵單擊或按下“Esc”鍵退出。

如果導線寬度不滿足要求，例如要將導線加寬到25mil，雙擊導線，彈出導線屬性對話框，如圖2-19所示，將線寬一欄修改為“25mil”。連線結束后的印制板如圖2-20所示。

技能6 繪制電路板邊框

單擊工作層標簽【Mechanical 1】（機械層1），將其作為當前工作層，然后使用實用工具欄內的放置直線工具，如圖2-21所示，在機械層1內畫出4條首尾相連的直線，作為電路板的機械邊框。“放置直線”工具的操作方法與“交互式布線”工具一樣。

選中封閉的矩形邊框線（機械層1中的4條直線必須封閉），然后執行菜單命令【設計】?【PCB板形狀】?【根據選定的元件定義】，可見PCB的物理邊框發生改變。

值得注意的是，機械層是板子的物理界限，即邊框，邊框線與元件引腳焊盤最短距離不能小于2 mm（一般取5 mm較合適），否則下料會較困難。

調整元件標號、注釋信息，使其置于元件輪廓線外，且不在焊盤上，朝向和位置一致，整齊美觀。調整后的結果如圖2-22所示，至此完成了這一簡單的單面PCB的設計。

答疑解惑

任務三* Protel 99 SE單面板操作要點

1.啟動Protel 99 SE

Protel 99啟動后的操作界面如圖2-23所示。單擊圖中的【文件管理器】按鈕，可打開和隱藏文件管理器窗口。

2.建立設計數據庫

單擊Protel 99 SE菜單【File】?【New】，即可創建一個新的設計文件庫，如圖2-24所示。默認的設計文件庫名為“MyDesign.ddb”。

必要時單擊圖2-24中的【Password】標簽，輸入訪問該設計文件庫的密碼。輸入密碼后，再次編輯、瀏覽設計文件庫文件時要求輸入密碼，這樣可有效阻止他人非法瀏覽、修改該項目內的設計文件。

3.建立設計文件

單擊【設計文件管理器】窗口內的“Documents”文件夾或工作窗口內的【Documents】標簽，【File】菜單內即可出現【New…】命令。執行【File】?【New…】命令，將彈出如圖2-25所示的【New Document】對話框。

在這里可以選擇相應的文件類型，如【PCB Document】（原理圖文件），單擊【OK】按鈕，將生成相應的設計文件。這時在“Documents”文件夾下將自動創建一個以“PCB1.pcb”為文件名的PCB文件，但文件名并未確定，處于重命名狀態，用戶可以直接修改文件名。雙擊該文件名可打開PCB編輯界面，如圖2-26所示。

4.加載庫文件

Protel 99元件封裝圖形庫存放在“Design Explorer 99\Library\PCB”路徑下三個不同的子目錄內，其中“Generic Footprints”文件夾中存放了通用元件封裝圖，“Connectors”文件夾中存放了連接類元件封裝圖，“IPC Footprints”文件夾中存放了IPC封裝元件圖。

常用的元件封裝圖形存放在安裝目錄“Design Explorer 99\Library\PCB\Generic Footprints”下的“Advpcb.ddb”圖形庫文件中，因此在PCB編輯器中一般需要裝入Advpcb.ddb 元件封裝圖形庫，操作過程如下。

（1）單擊【Browse PCB】標簽，進入PCB編輯界面，在PCB編輯器窗口內，單擊【Browse】（瀏覽）區域的“瀏覽對象選擇”下拉列表按鈕，選擇【Libraries】（元件封裝圖形庫）作為瀏覽對象。

（2）如果元件庫列表窗內沒有列出所需元件封裝圖形庫，如 PCB Footprints.lib，可單擊【Add/Remove】按鈕。在彈出的窗口中選擇加載上述路徑下的 Advpcb.ddb 庫文件，即可看到庫列表窗口下有了PCB Footprints.lib文件。單擊該庫文件名，元件列表窗口內將顯示該庫內元件。

5.放置元件

在元件列表窗內單擊元件，即可迅速觀察到元件的封裝圖形，找到需要的元件后單擊【Place】（放置）按鈕，在PCB編輯區內，單擊鼠標左鍵固定元件。

本項目中電阻的封裝名為“AXIAL0.4”，極性電容的封裝為“RB.2/.4”，三極管的封裝為“TO-92B”。依次放置它們到編輯區。

6.放置導線

PCB編輯器提供了主工具（Main Toolbar）欄、放置工具（Placement Tools）欄（窗）。放置工具欄內的工具名稱如圖2-27所示。

將工作層切換為底層，用放置工具窗內的“印制導線”工具布線。布線操作與DXP環境中相同，不再贅述。

在機械層1用“印制導線”工具畫機械邊框，操作與DXP環境中相同，不再贅述。