protel99SE的學(xué)習(xí)課外研學(xué)文檔.doc

課外研學(xué)報告學(xué)院名稱： 專業(yè)班級： 姓 名： 學(xué) 號： 目 錄一、 學(xué)習(xí)任務(wù)-3二、 簡介Protel的發(fā)展歷程-3三、 Protel99SE的組成-5四、 四線下載電路板的設(shè)計過程-6五、 學(xué)習(xí)時遇到的問題及解決方法-16六、 學(xué)習(xí)心得-18一、 學(xué)習(xí)任務(wù)開學(xué)前兩個星期是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時間，應(yīng)充分利用，根據(jù)自己的興趣愛好選擇學(xué)習(xí)研究的方向。我選擇的學(xué)習(xí)任務(wù)是了解protel公司的電子電路設(shè)計軟件，熟悉protel99SE的操作方法，掌握原理圖和PCB印制電路板的設(shè)計技術(shù)。本次學(xué)習(xí)的目標(biāo)是能用protel軟件繪制一塊兩層以上的PCB印制電路板。要求自主學(xué)習(xí)protel99SE軟件的使用方法，熟悉原理圖和PCB印制電路板的設(shè)計流程 ，掌握原理圖和PCB的基本操作，編輯環(huán)境設(shè)置，元器件封裝生成，電路板生成，布局布線，以及各種報表的生成等。二、 簡介protel的發(fā)展歷程隨著計算機(jī)業(yè)的發(fā)展，從80年代中期計算機(jī)應(yīng)用進(jìn)入各個領(lǐng)域。在這種背景下，87、88年由美國ACCELTechnologiesInc推出了第一個應(yīng)用于電子線路設(shè)計軟件包TANGO，這個軟件包開創(chuàng)了電子設(shè)計自動化（EDA）的先河。隨著電子業(yè)的飛速發(fā)展，TANGO日益顯示出其不適應(yīng)時代發(fā)展需要的弱點(diǎn)。為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，Protel Technology公司推出了ProtelForDos作為TANGO的升級版本，從此Protel這個名字在業(yè)內(nèi)日益響亮。八十年代末，Windows系統(tǒng)開始日益流行，許多應(yīng)用軟件也紛紛開始支持Windows操作系統(tǒng)。Protel也不例外，相繼推出了ProtelForWindows1.0、ProtelForWindows1.5等版本。這些版本的可視化功能給用戶設(shè)計電子線路帶來了很大的方便，設(shè)計者再也不用記一些繁瑣的命令，也讓用戶體會到資源共享的樂趣。九十年代中，Win95開始出現(xiàn)，Protel也緊跟潮流，推出了基于Win95的3.X版本。3.X版本的Protel加入了新穎的主從式結(jié)構(gòu)，但在自動布線方面卻沒有什么出眾的表現(xiàn)。另外由于3.X版本的Protel是16位和32位的混合型軟件不太穩(wěn)定。98年，Prote公司推出了給人全新感覺的Proel98。Protel98以其出眾的自動布線能力獲得了業(yè)內(nèi)人士的一直好評。99年，Protel公司又推出了最新一代的電子線路設(shè)計系統(tǒng)Protel99。在Protel99中加入了許多全新的特色。2000年, Protel99se性能進(jìn)一步提高，是一個全面、集成、全32位的電路設(shè)計系統(tǒng)，可以對設(shè)計過程有更大控制力。2002 年，Protel DXP 集成了更多工具，使用方便，功能更強(qiáng)大。 2003 年，Protel 2004 對Protel DXP進(jìn)一步完善。2006年，Altium Designer 6.0成功推出，集成了更多工具，使用方便，功能更強(qiáng)大，特別在PCB設(shè)計這一塊性能大大提高。 2008年，Altium Designer Summer 08（簡稱：AD7）將ECAD和MCAD兩種文件格式結(jié)合在一起，Altium在其最新版的一體化設(shè)計解決方案中為電子工程師帶來了全面驗證機(jī)械設(shè)計(如外殼與電子組件)與電氣特性關(guān)系的能力。還加入了對OrCAD和PowerPCB的支持能力。 2008年，Altium Designer Winter 09推出，引入新的設(shè)計技術(shù)和理念，以幫助電子產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新，利用技術(shù)進(jìn)步，并提出一個產(chǎn)品的任務(wù)設(shè)計更快地獲得走向市場的方便。增強(qiáng)功能的電路板設(shè)計空間，讓您可以更快地設(shè)計，全三維PCB設(shè)計環(huán)境，避免出現(xiàn)錯誤和不準(zhǔn)確的模型設(shè)計。 2009年7月， Altium于2009年7月在全球范圍內(nèi)推出最新版本Altium Designer Summer 09。Summer 09的誕生延續(xù)了連續(xù)不斷的新特性和新技術(shù)的應(yīng)用過程。三、 protel99SE的組成目前，市場上應(yīng)用軟件更新得很快，protel是眾多電路設(shè)計軟件中用得較多的電路繪圖軟件，國內(nèi)幾乎所有的生產(chǎn)印制板的專業(yè)廠家都要用到protel。雖然之后又更新了很多功能更強(qiáng)大的軟件，但對于初學(xué)者，繪制元件不多的電路板，“殺雞不用宰牛刀”，protel99SE還是很有用的。protel99SE繼承了之前所有版本的精華，對系統(tǒng)的配置要求也不高，再加上它的學(xué)習(xí)和操作都比較簡單，參考資料也比較成熟、全面，所以從入門和提高的實際角度考慮，protel99SE是目前最適合初學(xué)者使用的。Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計軟件，采用數(shù)據(jù)庫庫管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設(shè)計軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計，印制電路板設(shè)計和可編程邏輯器件設(shè)計等工作，可以設(shè)計32個信號層，16個電源地層和16個機(jī)加工層。按照系統(tǒng)功能來劃分，Protel99se主要包含以下兩大部分和6個功能模塊。 1、電路工程設(shè)計部分(1)電路原理設(shè)計部分（Advanced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計部分包括電路圖編輯器（簡稱SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱Schlib編輯器）和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報表。 (2)印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)（Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡稱PCB編輯器）、零件封裝編輯器（簡稱PCBLib編輯器）和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。 (3)自動布線系統(tǒng)（Advanced Route 99）：本系統(tǒng)包含一個基于形狀（Shape-based）的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實現(xiàn)PCB設(shè)計的自動化。 2、電路仿真與PLD部分(1)電路模擬仿真系統(tǒng)（Advanced SIM 99）：電路模擬仿真系統(tǒng)包含一個數(shù)字/模擬信號仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號和模擬信號，以便對電路原理圖進(jìn)行信號模擬仿真，從而驗證其正確性和可行性。 (2)可編程邏輯設(shè)計系統(tǒng)（Advanced PLD 99）：可編程邏輯設(shè)計系統(tǒng)包含一個有語法功能的文本編輯器和一個波形編輯器（Waveform）。本系統(tǒng)的主要功能是；對邏輯電路進(jìn)行分析、綜合；觀察信號的波形。利用PLD系統(tǒng)可以最大限度的精簡邏輯部件，使數(shù)字電路設(shè)計達(dá)到最簡化。 (3)高級信號完整性分析系統(tǒng)（Advanced Integrity 99）：信號完整性分析系統(tǒng)提供了一個精確的信號完整性模擬器，可用來分析PCB設(shè)計、檢查電路設(shè)計參數(shù)、實驗超調(diào)量、阻抗和信號諧波要求等。四、 四線下載電路板的設(shè)計過程通過從圖書館借閱書籍和從網(wǎng)上瀏覽視頻，我學(xué)習(xí)了protel99SE的操作方法，然后自己制作完成了四線下載電路板的繪制，包括畫原理圖，建立網(wǎng)絡(luò)表，手工布置元器件，手工布線，生成各種網(wǎng)絡(luò)報表等。下面，就以四線下載電路板為例，詳細(xì)介紹protel99SE的使用方法和PCB印制電路板的制作方法。（一）創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫文件安裝好protel99SE之后，在啟動各種編輯器之前要創(chuàng)建一個新的設(shè)計文件（Design file），或者打開一個已經(jīng)存在的設(shè)計文件。創(chuàng)建方法如下：在設(shè)計的工作界面，執(zhí)行“File”/“New”，就會彈出如下圖表1的“New Design Database”創(chuàng)建設(shè)計數(shù)據(jù)庫的對話框。圖表 1如果要給文件加密可以點(diǎn)擊“Password”,輸入用戶名和密碼，就可以給文件加密，本次不加密?！癕S Accse database”表示設(shè)計過程中的全部文件都存儲在單一的數(shù)據(jù)庫中。即所有的原理圖，PCB文件，網(wǎng)絡(luò)表，報表文件等都存在一個.ddb文件中。下面輸入file name :four line load.ddb，就可以生成以four line load為名的數(shù)據(jù)庫文件，如圖表2所示。圖表 2（二）繪制原理圖1. 新建一個原理圖文件在打開的數(shù)據(jù)庫文件中，創(chuàng)建原理圖文件并啟動原理圖編輯器，原理圖編輯器實際上就是一個原理圖設(shè)計系統(tǒng)，用戶可以在系統(tǒng)中進(jìn)行電路圖的設(shè)計并生成網(wǎng)絡(luò)表，為后面的印制電路板的設(shè)計做好準(zhǔn)備。 在document文件夾中，執(zhí)行“file”/“new”,選中原理圖編輯器，如圖表3所示，即可完成原理圖文件的創(chuàng)建。圖表4為原理圖的編輯界面。圖表 3 圖表 42. 設(shè)置圖紙的文檔參數(shù)在原理圖編輯器頁面，執(zhí)行“Design”/“Options”,彈出圖紙屬性設(shè)置對話框，設(shè)置圖紙大小為A4，其余默認(rèn)，設(shè)置頁面如下。圖表 53. 裝入元器件庫本電路中，需要用的元件為電阻、無極性電容、三極管、74LS244、DB25，接插件,它們在Miscellaneous Device.ddb和Protel DOS Schematic Libraries.ddb中，載入該元件庫，操作為單擊按鈕，彈出添加刪除元器件對話框，找到所需的元器件庫，如圖表6所示，點(diǎn)擊Add,就完成了元器件庫的添加。圖表 64. 放置元件利用原理圖管理瀏覽器放置元器件，操作為在“Browse”選項下拉列表框中的“Labraries”選項，選擇元器件庫，再選擇元器件，點(diǎn)擊“Place”,元器件隨光標(biāo)移動，左擊即可放置元器件。元件列表中選中RES2放置電阻，選中NPN和PNP放置三極管，選中CAP放置無極性電容，選中DIODE放置二極管，選中CON8放置插口，另外再選中74LS244和DB25，放置完畢。5. 調(diào)整元件放置好元件后，用鼠標(biāo)選中元件，將其拖到合適位置，有些元件還需作旋轉(zhuǎn)，將整個元件選中（EDITSELECT-ALL，也可用鼠標(biāo)直接框選），按空格鍵，每按一次空格鍵旋轉(zhuǎn)90度。調(diào)整后的元器件布局應(yīng)該電氣合理并且方便布線。6. 連接導(dǎo)線執(zhí)行菜單PlaceWire放置連線，執(zhí)行菜單PlaceJunction放置節(jié)點(diǎn)，將電路圖連接好，布線時要注意合理美觀。7. 標(biāo)注元件執(zhí)行菜單ToolsAnnotate重新標(biāo)注元件，并設(shè)置標(biāo)稱值，完成的電路圖如圖表7所示。圖表 78. 電氣法則測試電氣規(guī)則檢查（ERC）是按照一定的電氣規(guī)則，檢查電路圖中是否有違反電氣規(guī)則的錯誤。ERC檢查報告以錯誤（Error）或警告（Warning）來提示。進(jìn)行電氣規(guī)則檢查后，系統(tǒng)會自動生成檢測報告，并在電路圖中有錯誤的地方放上紅色的標(biāo)記。操作是執(zhí)行菜單ToolsERC，對電氣規(guī)則檢查進(jìn)行設(shè)置之后，即可進(jìn)行檢測，檢測顯示沒有問題，如圖表8所示。一定要ERC檢查SCH的連線是否有問題，基本上可以消除漏連，重復(fù)編號等錯誤。圖表 89. 保存電路圖執(zhí)行“file”/“save all”,保存所有文件。（三）設(shè)置元器件封裝和產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表1. 設(shè)置元器件封裝選擇元器件的封裝非常重要，如果封裝不對，或者沒有該元件的封裝，則不能繪制PCB板，整個電路中，我們采用的封裝為：電阻為AXIAL0.4，無極性電容為RAD0.10.2，接插件為SIP8，74LS244芯片DIP20，DB25用 DB25/M，二極管DIODE0.4，三極管 NPN、PNP為 TO-18。2. 產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表文件網(wǎng)絡(luò)表文件（*.Net）是一張電路圖中全部元件和電氣連接關(guān)系的列表，它包含電路中的元件信息和連線信息，是電路板自動布線的靈魂。執(zhí)行菜單DesignCreate Netlist，設(shè)置參數(shù)后，單擊OK按鈕，程序便自動生成并打開網(wǎng)絡(luò)表文件如圖表9所示（因頁面原因，只顯示一部分）。圖表 93. 生成元器件列表 元器件列表給出電路圖中所用元件的數(shù)量、名稱、規(guī)格等。執(zhí)行菜單ReportsBill of Material，對話框提示選擇項目文件（Project）或圖紙（Sheet），根據(jù)需要選擇；產(chǎn)生的清單格式選擇Protel Format格式，CSV Format格式，或選擇Client Spreadsheet格式，其它的對話框均按默認(rèn)設(shè)置，直接單擊Next按鈕進(jìn)行下一步操作；結(jié)束操作，系統(tǒng)產(chǎn)生該種類型的元件清單如圖表10所示。圖表 10（四）印制電路板的設(shè)計1. 規(guī)劃PCB在準(zhǔn)備好原理圖和網(wǎng)絡(luò)表，并且進(jìn)行了相應(yīng)的ERC檢測，確保他們正確以后，就可以建立一個PCB 文件，執(zhí)行“File”/“New”，選擇PCB 文件。然后對電路板板材的尺寸，元器件的封裝形式，以及安裝位置，工作層面等進(jìn)行規(guī)劃。原則上，這是按照客戶要求來選擇的，在這里我們選擇了雙面板其他參數(shù)均為默認(rèn)。雙面板包括頂層“top layer”和底層“bottom layer”,兩面敷銅，都可以布線，一般需要過孔來連接，中間為絕緣層。電路板的大小要按照實際電路板的大小來規(guī)劃。2. PCB編輯參數(shù)和設(shè)計規(guī)則設(shè)置在protel99SE中，用戶可以根據(jù)自己的需要對各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。環(huán)境參數(shù)包括特殊功能，工作層面顏色，顯示/隱藏，默認(rèn)狀態(tài)，信號完整性等。同時它還提供了強(qiáng)大的自動布線器，但一般電路板上不同的電氣部分要求有各自的特殊性，所以設(shè)計者可以根據(jù)自己的設(shè)計要求，進(jìn)行設(shè)計規(guī)則的設(shè)置，它對自動布線和手工布線都很有用。在這個電路中我們使用默認(rèn)設(shè)置。3. 裝入網(wǎng)絡(luò)表和元器件封裝網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計系統(tǒng)和PCB設(shè)計系統(tǒng)的借口，裝入的元器件必須要有相應(yīng)的封裝，元器件的封裝的說明放置在網(wǎng)絡(luò)表文件中，只有裝入網(wǎng)絡(luò)表才能進(jìn)行PCB的自動工作。在加載網(wǎng)絡(luò)表之前要先加載所需的元器件庫，執(zhí)行“Design”/“Add/RemoveLibrary”,選擇所需的元器件庫，單擊“Add”,即可完成添加。加載網(wǎng)絡(luò)表和元器件前一定要確定元器件的封裝沒有錯誤，否則將加載失敗。接下來介紹用網(wǎng)絡(luò)表文件加載網(wǎng)絡(luò)表和元器件。執(zhí)行“Design”/“Load Nets”找到所需的網(wǎng)絡(luò)表文件，確定后，彈出如圖表11的對話框。圖表 11確認(rèn)沒有錯誤信息后，單擊“execute”按鈕，即可將網(wǎng)絡(luò)表和元器件加載到電路中，如圖表12所示。圖表 124. 元器件布局加載完網(wǎng)絡(luò)表和元器件封裝后需要將這些元器件按照一定的規(guī)律和次序排列在電路板中。Protel99SE中有自動布局和手動布局兩種，對于初學(xué)者，對于布局規(guī)則并不熟悉，沒有經(jīng)驗，這里選擇手動布局，布線要注意電氣關(guān)系，還有干擾問題以及美觀性，如圖表13為布線結(jié)果。圖表 135. 手動布線protel99SE提供了手動布線和自動布線，但是一般自動布線以后仍然需要手動調(diào)整，甚至是大面積的修改，對于初學(xué)者還不如手動布線，等到經(jīng)驗豐富的時候可以體驗一下自動布線。布線的時候要注意不要違反布線規(guī)則，另外布線的順序是先連接主要芯片的管腳連線，然后是電阻電容等原件，最后是放置電源和接地端。我們使用的雙面板，頂層布線盡量呈水平方向，底層呈垂直方向，兩層間通過過孔連接。電源使用多邊形填充，地端放置焊盤，然后進(jìn)行鋪地工作。另外，還可以給電路板添加文字說明和尺寸標(biāo)注。最后布線完成的結(jié)果正反面分別如圖表14，15所示。圖表 14圖表 156. 檢查是否違反規(guī)則在PCB繪制完畢以后，還要檢查是否有違反布線規(guī)則的地方，執(zhí)行“tools”/“design rules cheak”點(diǎn)擊“run DRC”,就生成了DRC文件，檢測結(jié)果沒有錯誤如圖表16所示。圖表 167. 生成電路板信息報表電路板信息報表包括電路板尺寸，電路板上的焊點(diǎn)，導(dǎo)孔數(shù)量以及電路板上的元器件標(biāo)號等，為用戶提供了一個完整的電路板信息。執(zhí)行“Reports”/“Board Information”彈出如圖表17 對話框。圖表 17單擊“Nets”/“Report”生成的電路板信息報表如圖18所示。圖表 188. PCB的3D顯示protel99SE中含有3D顯示功能，利用這個功能可以清晰地顯示PCB的三維立體效果，執(zhí)行“View”/“Board in 3D”,確定后就會出現(xiàn)三維立體效果圖，如圖表19所示。圖表 199. 保存及輸出文件 完成PCB布線以后，保存完成的PCB電路圖文件，然后利用打印機(jī)繪圖儀等輸出電路的布線圖。五、學(xué)習(xí)時遇到的問題及解決方法由于是自己在圖書館借書學(xué)習(xí)以及在網(wǎng)絡(luò)上瀏覽視頻教程參考，在學(xué)習(xí)過程中遇到了許多的問題，但是通過自己的不斷探索，在不斷地失敗挫折中終于積累了一些經(jīng)驗，也找到了解決的方法。以下是幾個學(xué)習(xí)過程中遇到的典型問題。1. 在畫原理圖的時候找不到所需的元器件。解答：首先在系統(tǒng)自帶的原理圖元件庫中搜索，看能否找到所需的元器件。若找到了，則加載該元器件庫；若沒有，則重新制作自己的元器件。制作元器件在原理圖庫編輯器中，先設(shè)置一個新元器件，然后再用元器件庫繪圖工具畫出它的外觀，接著設(shè)置元器件引腳屬性，再設(shè)置元器件屬性，最后保存新元器件到指定目錄下即可。2. ERC報告管腳沒有接入信號。解答：顯示該錯誤有幾種可能性，可能創(chuàng)建封裝時給管腳定義了I/O屬性，創(chuàng)建元件或放置元件時修改了不一致的grid屬性，管腳與線沒有連上，或者創(chuàng)建元件時pin方向反向，必須非pin name端連線。3. 網(wǎng)絡(luò)表載入時報告封裝沒有找到。解答：在由網(wǎng)絡(luò)表文件加載網(wǎng)絡(luò)表和元器件時，顯示找不到元器件的封裝，這是因為元器件在網(wǎng)絡(luò)表原理圖中的元件使用了PCB庫中沒有的封裝。可能是原理圖中的元件使用了PCB庫中名稱不一致的封裝，如“RAD0.2”寫成了“RAD-0.2”，還有原理圖中的元件使用了PCB庫中管腳不一致的封裝。如三極管：SCH中管腳為e,b,c, 而PCB中為1，2，3。只要進(jìn)元器件編庫編輯器，修改一下管腳，或者將元器件的封裝修改為與元器件庫一致就可以了。4. PCB布線時，線路太繞且容易出錯，如何選擇最優(yōu)路徑。解答：在整個PCB中，以布線的設(shè)計過程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。在布線之前，一定要根據(jù)局元器件的電氣關(guān)系以及密切程度等進(jìn)行合理的布局，在這個前提下才能使布線美觀、簡潔、合理?？梢杂媒换ナ筋A(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行， 以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。5. DRC報告顯示焊盤尺寸不符合規(guī)則。解答：默認(rèn)的布線規(guī)則中，焊盤尺寸最大為20mil,但是在這個電路中，為了適用半徑為3mm