第4课 2课时 电路的设计步骤和编辑器

1.4.1 PCB原理图的知识

电气原理图用来表明设备的工作原理及各电气元件间的作用，电气原理图的种类一般有主电路、控制执行电路、检测与保护电路、配电电路等。由于电气原理图直接体现了电子电路与电气结构以及其相互间的逻辑关系，所以一般用于设计、分析电路。分析电路时，通过识别图纸上所画各种电路元件符号，以及它们之间的连接方式，就可以了解电路实际工作时的情况。电气原理图又可分为整机原理图和单元部分电路原理图，整机原理图是指所有电路集合在一起的分部电路图。

1.原理图的组成

电气原理图主要由元器件符号标记、注释、连接线、连接点等四大部分组成。

（1）元件符号用于表示实际电路中的元器件，它的形状与实际的元件不一定相似，甚至完全不一样。但是它一般都表示出了元器件的特点，而且引脚的数目均与实际元件高度保持一致，一般有电气连接符号、IC符号、离散元器件符号（有源件与无源件）、输入/输出连接器、电源与地的符号等。

（2）连接线表示的是实际电路中的导线，在原理图中虽然是一根线，但在常用的印刷电路板中往往不是单独的线，而是各种形状且联通的块状铜箔导电层。在电气原理图中，总线一般用一条粗线表示，在这条总线上再分支出若干支线。

（3）节点表示几个元件引脚或几条导线之间相互的连接关系。所有和节点相连的元件引脚、导线，不论数目多少，都是导通的。在电路中还会有交叉的现象，为了区别交叉处是否相连，在制作电路图时，以实心圆点表示交叉点相连接，以不画或画半个圆则表示不相连的交叉点；也有个别的电路图是用空心圆来表示不相连的。

（4）注释在电路图中是十分重要的，电路图中的所有文字都可以归入注释。在电路图的各个地方都会有注释存在，用来说明元件的型号、名称等。如果是彩色的电路图，一般会用颜色来区别不同的线路，这也属于注释的一种。一般的约定是：供电的线路使用红色，发射的线路使用橙色，接收的线路使用绿色，扬声器线路使用绿色，其他线路一般用黑色。

2.设计步骤

一个符合电气规则的原理图是进行印刷电路板自动布局和自动布线的基础，电路原理图的设计流程如图1-97所示。

从图1-97所示的流程图中可以看出，设计原理图的步骤一般是：

（1）启动原理图编辑器。具体的启动方法将在下面进行讲解。

（2）对图纸进行设置。在设计电路原理图之前，首先要根据所画电路图对图纸尺寸、网格大小等进行设置。

（3）放置所有元器件并布局。在设置好的图纸上，放置本电路图的所有元器件。对元器件库中没有的元器件，要在原理图元器件库中进行编辑。放置完所有的元器件后，要根据电路图调整元器件的布局。

（4）连接元器件。对布局好的元器件进行连接。

（5）进行电气规则检查，生成网络表。最后，对电路图进行电气规则检查、生成网络表等操作，至此，电路原理图的设计基本结束。

3.启动原理图编辑器

启动原理图编辑器的方法有：通过菜单启动；通过已有的原理图文档启动。

（1）在设计管理器的主界面，选择【文件】|【新建】|【原理图】菜单命令，就建立了一个原理图文档。

（2）如果在设计数据库里已经存在了原理图文档，则在资源管理器窗口单击该文档，都可进入原理图编辑器。

4.PCB的制作步骤

随着计算机软硬件技术的飞速发展，集成电路被广泛应用，电路越来越复杂、集成度越来越高，加之新型元器件层出不穷，使得越来越多的工作已经无法依靠手工来完成。计算机的广泛应用恰恰解决了这个问题，而且大大提高了工作效率。因此，计算机辅助电路板设计已经成为电路板设计制作的必然趋势。Protel DXP正是在这样一个大环境下产生和发展的。Protel DXP具有前所未有的丰富的设计功能。只有很好地掌握了这个强大的工具才能充分发挥其效能。

了解了设计电路板的基本步骤之后，是不是觉得设计一块自己的电路板并不是件难事了。事实上要想真正设计出一块满足技术要求，功能完善，布局合理且可靠，实用、美观的电路板绝非一朝一夕能做到的。一般而言，设计印制电路板最基本的完整过程，大体可分为以下3个步骤。

1）原理图的设计

原理图的设计主要是利用Protel DXP的原理图设计系统绘制一张电路原理图，如图1-98所示。设计者应充分利用Protel DXP所提供的强大而完善的原理图绘图工具、测试工具、模拟仿真工具和各种编辑功能，制作一张正确、精美的电路原理图，以便为接下来的工作做好准备。

2）产生网络表

网络表是电路原理图设计与印制电路板设计之间的桥梁和纽带，如图1-99所示，也是印制电路板设计中自动布线的基础和灵魂。网络表可以由电路原理图生成，也可以从已有的印制电路板文件中提取。

3）印制电路板的设计

印制电路板的设计主要是针对Protel DXP的另外一个强大的设计系统——印制电路板设计系统PCB而言的，如图1-100所示是印制电路板设计界面。设计者可以充分利用Protel DXP提供的强大的PCB功能来实现印制电路板的设计工作。

简而言之，电路板的设计过程首先是绘制电路原理图，然后由电路原理图文件生成网络表，最后在PCB设计系统中根据网络表完成自动布线工作。当然也可以根据电路原理图直接进行手工布线而不必生成网络表。完成布线工作后，可以利用打印机或绘图仪打印输出。除此之外，用户在设计过程中可能还要完成其他一些工作，例如创建自己的元件库、编辑新元件、生成各种报表等。

1.4.2 原理图编辑器的工具栏

Protel DXP原理图设计界面提供的工具栏有：【原理图 标准】工具栏、【配线】工具栏、【实用工具】工具栏等。这些工具栏可以通过【查看】|【工具栏】菜单命令，进行打开和关闭。

1.原理图标准

【原理图 标准】工具栏位于菜单栏的下方，如图1-102所示。

1）文档管理按钮

这类按钮包括打开、保存、打印和新建文档等按钮。这类按钮的功能和使用方法与其他软件的相应按钮完全相同，不再赘述。

2）编辑区浏览按钮

这类按钮包括3个：单击【缩放整个区域】按钮相当于选择【查看】|【放大】或【缩小】菜单命令；单击【显示全部对象】按钮，相当于在工作区显示整个文件；单击【缩放选定对象】按钮，可以指定对象进行缩放。

3）编辑按钮

这类按钮包括4个：【裁剪】、【复制】、【粘贴】和【橡皮图章】命令，后面的练习中会用到。

4）其他按钮

除了上述按钮外，【原理图标准】工具栏上还有很多按钮，可以进行选择、撤销操作和浏览元件库等操作。

2.配线

【配线】工具栏共由11个常用放置工具组成，分别与【放置】菜单下的命令相对应，如图1-103所示。

工具栏中的按钮按从左到右的顺序依次为放置导线按钮，放置总线按钮，放置总线入口按钮，放置网络标签按钮，GND端口按钮，VCC电源端口，放置元件按钮，放置图纸符号按钮，放置图纸入口按钮，放置忽略ERC检查指示符按钮。

3.实用工具

【实用工具】工具栏包含6个常用绘图工具，如图1-104所示。和【配线】工具栏不同，用【实用工具】工具栏绘制的对象是不具有电气性能的，因此，不能用其绘制导线。工具栏中的按钮按从左到右的顺序依次为实用工具、调准工具、电源、数字式设备、仿真电源和网格。

4.其他工具栏

1）电源

单击【实用工具】工具栏中的【电源】按钮，在展开的下拉列表中共有11个常用的电源形式，如图1-105所示。在绘制原理图时，使用不同的命令，得到需要的电源图形，如图1-106所示。

2）数字实体工具

单击【实用工具】工具栏中的【数字式设备】按钮，如图1-107所示，在展开的下拉列表中共有20个按钮：电阻常用值5个、电容常用值5个及常用数字逻辑器件10个。

常用电阻，其阻值从左到右分别是1K、4.7K、10K、47K、100K；常用电容，左边两个是普通电容，后面三个是电解电容；常用逻辑器件，分别是74F00、74F02、74F04、74F08、74F32、74F126、74F74、74F86、74F138和74F245。

3）仿真电源工具

单击【实用工具】工具栏中的【仿真电源】按钮，在展开的下拉列表中共有三类仿真电源，即直流电源、正弦信号和脉冲信号，如图1-108所示。

菜单中的±5和±12是直流电源；1K、10K、100K和1MHz为正弦信号；1K、10K、100K和1MHz为脉冲信号。绘制的图形如图1-109所示。