印刷电路板的设计-莘职业中等专业学校.doc

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1、电子技术基本技能基础实训（七）计算机绘制印刷电路板图（PROTEL 99 SE）实训指导书山东省莘县职业中等专业学校 计算机绘制印刷电路板图实训指导书一、 实训目的通过本次实训，要求学生基本掌握用计算机绘制印刷电路板图的方法，学习Protel 99 SE绘制PCB的方法，实际绘制一个电路的PCB图。二、 实训要求1、 掌握建立绘制PCB图文件的方法。2、 掌握绘制PCB图所用工具的使用方法。3、 掌握修改PCB图的方法4、 实际绘制一个电路的PCB图。5、 检查PCB图是否绘制正确，并打印出来。三、 实训步骤1、 学习PROTE99-SE绘制PCB图的基本知识。2、 学习绘制PCB图的基本方法

2、。3、 实际进行一个中等难度电路图的PCB图的绘制。4、 对PCB图进行检查，看绘制是否正确，在正确的前提下，检查绘制的PCB图是否合理和美观。计算机绘制电路印刷电路板图的基本知识在计算机上绘制电路原理图的主要目的之一，就是要利用计算机的强大功能帮助人们设计电路的印刷电路板图，因为很多复杂电路板图的设计，用人工来做不但费时费力且容易出错，甚至是不可能的。制做电路板的厂家要依据用户提供的印刷电路板图来制做出电路板。印刷电路板简称为PCB（PRINTED CIRCUIT BOARD）。一、 PCB图的设计过程. 印刷电路板图的设计过程大致可用图2-1来表示。图2-1印刷电路板图的设计过程各个设计步

3、骤简述如下：1. 绘制电路图 这是进行电路板图设计的先期工作，主要是完成电路原理图的绘制，包括生成网络表。当然，对于一些简单的电路，也可以不进行原理图的绘制，而直接进入PCB设计系统。2. 规划电路板 在绘制印刷电路板之前，用户要对电路板有一个初步的规划，比如说电路板采用多大的物理尺寸，采用几层电路板，是单面板还是双面板，各元件采用何种封装形式及其安装位置等。这是一项极其重要的工作，是确定电路板设计的框架。3. 设置参数 参数的设置是电路板设计的重要步骤。设置参数主要是设置元件的参数、.板层、布线规则等。一般说来，有些参数用系统的默认值即可，有些参数在使用过Protel 99 SE后，经过第一

4、次设置，以后几乎无须修改。4. 装入网络表及元件封装网络表是进行电路板图自动布线的灵魂，也是电路原理图设计系统与印刷电路板图设计系统的接口。只有将网络表装入之后，才能完成对电路板的自动布线。网络表是由电路原理图执行有关命令后自动生成的。元件的封装就是元件的外形，对于每个装入的元件必须有相应的外形封装，才能保证电路板布线的顺利进行和在生产中元件的安装位置和板上的焊点位置一致。5. 元件的布局元件的布局可以让Protel 99 SE自动布局。规划好电路板并装入网络表后，用户可以让程序自动装入元件，并自动将元件布置在电路板边框内。Protel 99 SE也可以让用户手工布局。元件的布局合理，才能进行

5、下一步的布线工作。6. 自动布线Protel 99 SE采用世界上最先进的无网格、基于形状的对角线自动布线技术。只要将有关的参数设置得当，元件的布局合理，自动布线的成功率几乎是100%。7. 手工调整自动布线结束后，往往存在一些令人不满意的地方，需要进行手工调整。8. 文件保存及输出完成电路板的布线后，保存完成的电路板图文件。然后利用各种图形输出设备，如打印机或绘图仪输出电路板的布线图。二、.建立设计PCB图文件在正式进行PCB图的设计之前，和绘制电路原理图一样，要先建立一个设计PCB图的文件。打开已经存在的电路设计数据库文件夹（以.ddb为后缀），执行FILE/NEW命令，在出现的“NEW

6、DOCUMENT”对话框中，选取“PCB DOCUMENT”图标，单击“OK”按钮，就建立了一个在当前设计数据库文件夹中以.PCB为后缀的文件，文件的文件名可以自行更改。单击此文件，系统就进入印刷电路板编辑器，如图2-2所示。现在设计者可以在右边的电路板图中进行PCB制图了。图2-2印刷电路板编辑器界面当然如果是要利用计算机的自动布线功能，还需要产生一个该电路原理图的网络表才行。2-1准备原理图和网络表ADVANCED SCHEMATIC除了可产生原理图以外，将原理图转化成各种报表文件也是它的一个重要任务。报表就相当于电路原理图的档案，它存放了原理图的各种信息，如原理图上各个零件的名称、引脚、

7、各零件引脚之间的连接情况等。报表文件包括：网络表、零件列表、层次列表、交叉参考列表、零件引脚列表、网络比较列表和ERC列表等。在各种报表中，以网络表（NET LIST）最为重要。绘制电路图的最主要的目的之一就是为了将设计电路图转换出一个有效的网络表。1、 网络表的作用网络表的作用主要有以下两点：（1） 网络表可支持电路的模拟及印刷电路板的自动布线；（2） 可以与从印刷电路板图中获得的网络表进行比较，进行核对查错。2、 网络表的获取网络表可以直接从电路原理图转化而来，也可以在印刷电路设计软件PCB 99中，从已布好线的电路中获得。网络表有很多种格式，通常为ASCII码文本文件。3、 网络表的内容

8、网络表的内容包括电路原理图中各元件的数据（流水序号、元件类型与封装信息）和元件间网络连接的数据。某些网络表的格式可以在一行中包括这两种数据，但是PROTEL大部分的网络表格式都是将这两种数据分开，分别记录在网络表中。有些网络表还包含诸如元件文字（COMPONENT TEXT）或网络文字栏（NET TEXT FIELDS）等额外的信息，某些仿真程序或PCB程序需要这些信息。由于网络表是纯文本文件，所以用户可以利用一般的文本编辑程序自行建立或是修改已存在的网络表。当用于手工方式编辑网络表时，在保存文件时必须以纯文本格式来保存。4、 产生网络表的命令可以通过菜单命令“DESIGN/CREATE NE

9、TLIST”来进行。执行该命令后将打开“NETLIST CREATION”对话框，该对话框又包括“PREFERENCES”和“TRACE OPTIONS”两个选项卡，分别如图2-3和图2-4所示。 图2-3 图2-4PREFERENCES选项卡PREFERENCES选项卡中各选项的含义如下：（1）.OUTPUT FORMAT 选择网络表输出的格式。（2）NET IDENTIFIER SCOPE 设置网络标识符的工作范围。（3）APPEND SHEET NUMBER TO LOCAL NET NAMES 在产生网络表时，为每个网络编号附加绘图页号码数据，可以确保在产生的网络表中每个网络的标号都是

10、独一无二的。（4）DESCEND INTO SHEET PARTS 当使用绘图页元件时，应该激活这个选项。（5）INCLUDE UN-NAMED SINGLE PINS NET 产生网络表时，也将所有未命名的单边连线都包含在内。所谓单边连线指的是只有一端接到电气对象而另一端空接（FLOATING）的连线。TRACE OPTIONS选项卡TRACE OPTIONS 选项卡中选项的含义如下：（1） ENABLE TRACE 设置将产生网络表的过程记录下来，并存入.TNG跟踪记录文件中。（2） NETLIST BEFORE ANY RESOLVING设置在分解电路之前就产生网络表。（3） NETLI

11、ST AFTER RESOLVING SHEETS设置在分解打开的绘图页后才产生网络表。（4） NETLIST AFTER RESOLVING PROJECT设置在分解整个项目后才产生网络表。（5） INCLUDE NET MERGING INFORMATION设置将合并网络的数据也含入跟踪记录文件中。5、网络表文件的结构 网络表文件在结构上大致可分为元件描述和网络连接描述两部分。（1） 元件的描述。例如： 元件声明开始C15 元件序号RAD0.4 元件封装0.047F 元件数值注释 元件声明结束元件的声明以“”开始，以“”结束，将其内容包含在内。网络经过的每一个元件都必须有声明。（2） 网络

12、连接描述。例如： （ 网络定义开始 NETU2-8 网络名称 U2-8 元件序号及元件引脚号 C4-2 元件序号及元件引脚号 ） 网络定义结束网络定义以“（”开始，以“）”结束，将其内容包含在内。网络定义首先要定义该网络的各端口，必须列出连接网络的各个端口。6、 生成网络表 以图1-5为例，讲述生成网络表的步骤。（1） 执行菜单命令DESIGN/CREATE NETLIST，如图2-5所示。 图2-5 执行生成网络表命令 图2-6 网络表属性对话框（2） 在出现如图2-6所示的对话框中，用户可以进行对话框设置。对话框设置完后，点击“OK”按键，系统将生成一个对应于该电路原理图的网络表，如图2-

13、7所示。网络表的文件名为“HAND.NET”，将在生成PCB图时使用。图2-7 振荡器电路图生成的网络表三、绘制PCB图3-1规划电路板规划电路板有两项内容，一是确定板的尺寸，二是确定板的工作层数。1.确定板的尺寸电路板规划定义电气边界的一般步骤如下：(1) 用鼠标单击编辑区下方的标签“KEEP OUT”，如图2-8所示。 图2-8 工作层面选项 图2-9 设置电路板属性可将当前的工作层面设置为“KEEP OUT LAYER”。该层为禁止布线层，一般用于设置电路板的板边(2) 执行菜单命令PLACE/KEEPOUT/TRACK，或用鼠标单击“PLACEMENT TOOLS”工具栏中相应的按钮。

14、执行完该命令后，光标会变成十字。将光标移动到适当的位置，单击鼠标左键即可确定第一条板边的起点。然后拖动鼠标，将光标移动到合适位置，单击鼠标左键，即可确定第一条板边的终点。在该命令状态下，按TAB键，可进入“LINE CONTRAIGHTS”属性对话框，如图2-9所示。此时可以设置板边的线宽和层面。(3) 用同样的方法绘制其他三条板边，并对各边进行精确编辑，使之首尾相连。绘制完的电路板边框如图2-10所示。图2-10 设置电路板的尺寸2确定板的工作层数印刷电路板有单面板，双面板和多层板之分。单面板适用于比较简单的，其成本低廉。双面板比较复杂的，其两面都能布线，所以在的设计上并不比单面板的设计复杂

15、。多层板则适用于复杂的电路，如计算机的主板，一般都采用四层甚至六层板来设计，否则很难在有限的空间内，完成电路元件之间的布线。 对双面板而言，工作层就是板的两个面，在计算机PCB编辑中，首先执行菜单命令Desing/options，在系统弹出的“设置工作层面”对话框中，将“Top layer”（顶层）和“Bottom layer”（底层）”选中，其它各项均选取系统默认值即可。如图2-11所示。 图2-11 “设置工作层面”对话框3-2 装入网络表与元件封装库 对于比较复杂的电路板设计，必须利用PROTEL99的自动布局和自动布线功能。这时就需要先装入该网络表和元件库1装入元件封装库 根据电路图中

16、元件和种类，将其所在的元件库装入。执行菜单命令Desing/Add/Remove library,在弹出的“添加、删除元件库”对话框中，找出电路原理图中的所有元件所对应的元件封装库。选中这些库，单击“ADD”按钮，即可添加这些元件库。在设计PCB时，常用到的元件封装库有：Advpvb.ddb.DC toDC.ddb.General IC.ddb 等。添加完所有电路需要的元件封装库后，单击“OK”即完成该项操作。2装入网络表 装入网络表是为了实现对所设计的电路原理图完成PCB板的自动设计。执行菜单命令：Desing/load Nets,系统会弹出“装入网络表与元件”对话框，在“Netlist F

17、ile”输入选框中，将由电路原理图生成的网络表文件名输入，比如：HAND.NET,最后单击“Execute”按钮，即可实现装入网络表与元件。在完成了装入网络表和元件封装之后，要实现PCB图的自动设计，还需要对若干个选项进行设置，这个工作量很大，需要专门进行研究和学习，才能达到熟练应用的水平。限于本次实训的时间和要求所限，这里就不再继续进行讨论，有兴趣者可参考其它书籍。实际上，既使是用Protel 99完成了PCB图的自动设计，实现了100%的正确布线，也还是需要手工进行调整。比如元件的自动布局，对于同一个电路原理图，每次的自动布局结果可能都不相同，对于自动布线，甚至会出现两个焊点间的连线“舍近

18、求远”的情况。这些问题都需要手工调整后才能解决。所以掌握设计PCB图的手工布局和手工布线是非常必要的。3-3 PCB图的手工设计 对于一些不太复杂的电路，可直接进行PCB图的手工设计。手工设计PCB图，可按下述几个步骤进行： 1在已规化好的电路板图中放置元器件。 2 对元器件进行布局。 3 对元器件进行布线。 4 打印输出PCB电路板图。PCB图的工具栏工具栏主要是为了方便用户的操作而设计的。直接用鼠标点击工具栏上的图标，可以避免使用复杂的菜单命令。PCB图上的主工具栏如图2-12所示图2-12主工具栏主工具栏中各图标按钮的作用，见表2-2所示。表2-2主工具栏中各按钮功能放置工具栏 放置工具

19、栏是画PCB图过程中用的最多的工具栏。执行菜单命令：View/Toolbars/placement Tools，即可打开“放置工具栏”，如图2-13所示图2-13放置工具栏放置工具栏中的各个按钮功能见表2-3所示。表2-3放置工具栏中的各个按钮功能在PCB图中放置元器件 在PCB图中的元器件是指带有封装的代表元件实物大小和引线位置的符号。要熟悉常用元件的封装，并能从元件封装库中将其取出放到PCB板图中。 零件封装的形式有两大类：针脚式封装和表面粘着式（STM）封装。 零件封装的编号一般为零件类型+焊点距离（或焊点数）+零件外形尺寸，可以根据零件封装编号来判别零件包装的规格。如AXAIL0.4代

20、表此件封装为轴状，两焊点间的距离为0.4英寸（约10mm）；DIP8表示是双排直插式引脚封装，两排共八个引脚；RB.2/.4表示有极性的电容类元件封装，引脚间距离为0.2英寸，零件的直径为0.4英寸。常用的零件封装见表2-4所示。表2-4Protel Dos Schematic Libraries.ddb 零件库中常用的零件封装。在PCB设计文件中单击“Bsowse”按钮，系统将弹出如图2-14所示的对话框，通过下拉菜单选择电路所需要放置的封装。选择了元件封装的“振荡器电路图”的PCB板图如图2-15所示： 图2-14 浏览库元件对话框 图2-15放置了振荡器电路所有零件封装后的元件位置图手工

21、布局 Protel99 可实现对元件封装的自动布局，它以寻找最短布线路线为目的，并不考虑元件在PCB板上的排列是否整齐美观，所以无论是自动设计PCB图还是手工设计PCB图，手工布局调整都是必要的。 手工布局要有比较丰富的制板经验，既要考虑到元件在板上的排列整齐美观，还要顾及到是否有利于元件间的布线。这项工作需要反复实践才能做好。 手工布局的操作是选取元件、对元件的位置进行移动、对元件进行旋转、最后将元件定位。1、选取元件 选取元件是最简单方法是拖动鼠标，直接将元件包含在拖动鼠标所形成的矩形框中。2移动元件 移动元件最简单的方法是用鼠标左键点击元件，并按住左键不放，此时光标已变成十字，拖动鼠标，

22、则十字光标就带着元件移动，到合适的位置后，松开鼠标左键即可。3旋转元件 当需要对元件的排列方向进行调整时，就是对元件施行旋转操作。 用鼠标左键点击需要旋转的元件，并按住左键不放，此时光标变成十字，再按空格键，元件会逆时针旋转90度。当然系统中还提供了多种命令，亦能实现元件的选取、移动和旋转。经过手工布局后的“振荡器电路”如图2-16所示。 图2-16手工布局后的振荡器电路元件位置4、 放置焊盘和过孔 每个元件封装的端点处，都代表了该元件引脚的焊盘，制板厂家要在焊盘上钻孔，以备元件针脚的插入和焊接。当导线在同一板面上发生交叉时，就需要在板上放置过孔，让导线从板的另一面绕过，完成元件间的连接。（1

23、） 放置焊盘在PCB中放置焊盘的用处：一是电路板需要对外用引线连接时，给引线提供一个焊点；二是有些元件没有封装，建立元件封装时需要放置焊盘。执行：View/Toolbars/placement Tools命令，打开“放置工具栏”（placement Tools），单击工具栏上的“放置焊盘”图标，此时光标将变成十字，有一焊盘粘附在十字上，将鼠标移动到需要放置焊盘的位置上，再单击左键即可放置焊盘。重复以上过程，可将所有焊盘均放置完。在焊盘没放置之前，按动键盘上的TAB键，可以对焊盘的属性进行设置，如焊盘的尺寸、形状、序号、所在板层等等，可参阅其它书籍。（2） 放置过孔 单击“放置工具栏”上的放置过

24、孔图标（），光标变成十字，在十字中央粘有一个过孔，移动到合适位置后，再单击左键，即可放置过孔，重复以上过程，可将所有的过孔放置完毕。 在没有放下过孔时，按动TAB键，可以设置过孔的属性，如过孔的尺寸、所在板层、测试点位置等。5、手工布线 布线是指在元件的焊盘之间用具有电气意义的导线连接起来，这些导线，就是以后要保留在PCB板上的铜箔。1、单击“放置工具栏”（placement Tools）中的放置导线图标（），如图2-17所示。图2-17启动布线命令则光标变成十字状，将光标移到某一元件的焊盘上，焊盘上会出现一个八角形框，表明光标和焊盘的中心重合，此时单击鼠标左键，确定导线的始端。然后把光标向

25、另一焊盘移动，在移动过程中，会出现随光标移动的导线，当光标移到另一焊盘上并与之重合时，也会出现八角框，再单击左键，则在两个焊盘间就完成了导线的直线连接，若导线需要折弯，则在鼠标移动过程中，单击左键，即可完成有转弯的导线的连接。在布线过程中，需要用到一些热键：PAGE UP 和 PAGE DOWN ：为变换视图的大小。 SHIFE + SPACE 组合键为切换布线模式，其有六种模式可供选择。 SPACE 键为切换布线方向，随时按动空格键，就可以改变布线的方向。 BACK SPACE 键为取消前段导线的布置。小键盘上的 * 键：工作板层切换，这对于双面板的布线是非常有用的。 当布线在两个板层上进行

26、时，按照设置的不同，在不同板层上的导线用不同的颜色加以区分（如红色线代表在顶层布的线，蓝色线代表在底层布的线）。导线的宽度也可进行设置，将光标移到布好的导线上，双击左键 ，在弹出的对话框中可进行导线属性的设置。在布线过程中按TAB键，也可对导线属性进行设置。双击鼠标右键即可退出布线状态。放好焊盘并布好线的振荡器PCB图如图2-18所示。图2-18布好线的振荡器PCB图手工布线还有许多工作要做，比如放置泪滴、金属框填充等，对“放置工作栏”上的各个图标进行点击，就会熟悉这些项目的操作。四、PCB图的检查和打印PCB图的设计是一项实践性很强的工作，尽管Protel 99为我们提供了强大的功能，也还是

27、需要反复操作才能掌握设计技巧，对电路原理图的深刻理解会有助于进行PCB图的设计。PCB图布线完毕后，就可以输出印刷电路板图，并将输出结果送往厂家进行制板。现在的制板厂家只需用户提供存有PCB图的软盘，在计算机的控制下，各种设备联合操作，即可完成电路板的制做。设计者为了校验、检查电路板图，往往需要将PCB图用打印机打印出来。执行菜单命令：File/setup print ,屏幕上会出现关于设置打印的对话框，在选定了打印设备后，还有“分层打印”（Final）和“多层选印” (composite) 两个选 项。分层打印是指将电路板分层打印，比如双面板图，就会有两张打印图。多层打印是指将所有板层叠放在一起打印输出，各板层采用不同的颜色或灰度以进行区别。打印时，可以将一张图打在一张图纸上，也可以将几个图打在一张纸上，还可以将焊盘图、过孔图、元件图、钻孔图和阻焊图都分别打印出来。这些可由设定打印属性来决定。 当打印参数都设置完毕后，在“设置打印”对话框中，单击“print”按钮即可进行打印。绘制PCB图实训的课后练习题找一个OCL功放电路，绘制其PCB图。15