◆崔玉美
基于Protel 2004DXP的電子線路設(shè)計(jì)
◆崔玉美
Protel 2004DXP以其強(qiáng)大的功能特點(diǎn),受到廣大電子工程師的青睞。以學(xué)生實(shí)訓(xùn)制作的秒表電路設(shè)計(jì)為例,介紹PCB電路板的設(shè)計(jì)過程及軟件使用過程中的技巧和注意事項(xiàng)。
Protel 2004DXP;電子線路設(shè)計(jì);PCB;EDA
10.3969/j.issn.1671-489X.2016.12.012
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展,EDA(Electronic Design Automation)軟件已經(jīng)成為人們進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)不可或缺的工具。利用這些輔助設(shè)計(jì)軟件,可以在計(jì)算機(jī)上完成電子產(chǎn)品的電路設(shè)計(jì)、性能分析和印制電路板設(shè)計(jì)整個(gè)過程,極大提高電子線路設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量,為電子工程師提供便捷。
在眾多的EDA軟件 中,Protel是廣大電子工程師應(yīng)用最多的一款軟件。為了適應(yīng)技術(shù)的不斷發(fā)展,Altium公司先后推出不同版本的Protel軟件,2004DXP是經(jīng)典版本。
Protel 2004DXP以全新的設(shè)計(jì)理念,提供了一套完全集成的設(shè)計(jì)工具,界面友好,操作簡(jiǎn)單易學(xué),功能強(qiáng)大,因而得到廣泛應(yīng)用。它的主要特點(diǎn):1)打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具模式,提供以項(xiàng)目為核心的設(shè)計(jì)環(huán)境;2)能夠在原理圖階段進(jìn)行數(shù)?;旌想娐贩抡婧托盘?hào)完整性分析;3)支持FPGA設(shè)計(jì)和PLD設(shè)計(jì),并提供強(qiáng)大的VHDL仿真和綜合功能;4)提供先進(jìn)的自動(dòng)布局布線功能;5)真正實(shí)現(xiàn)PCB制造的CAM系統(tǒng)[1]。
一個(gè)完整的電路設(shè)計(jì)是指一個(gè)電子產(chǎn)品從功能分析、設(shè)計(jì)思路、可行性驗(yàn)證到電路原理圖設(shè)計(jì)、印制電路板制作、調(diào)試測(cè)試一直到最后產(chǎn)品形成的全過程。利用Protel 2004DXP設(shè)計(jì)電路大致要有以下幾個(gè)步驟:
創(chuàng)建PCB項(xiàng)目→繪制電路原理圖→ERC檢查→設(shè)計(jì)PCB電路板→DRC檢查→打印電路板圖→電路板制作
繪制電路原理圖 電路原理圖的設(shè)計(jì)是整個(gè)電路的設(shè)計(jì)基礎(chǔ),首先要設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的原理圖,才能為后期的PCB制作奠定好的基礎(chǔ)。
首先創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目(秒表.Prjpcb),在項(xiàng)目上點(diǎn)擊右鍵追加新文件schematic(秒表.Schdoc),在編輯區(qū)會(huì)自動(dòng)打開一張空白的圖紙,然后就是放置需要的各種元器件。在放置元器件之前要加載元器件庫,因?yàn)镻rotel的各種元器件按功能或廠家分放在不同的文件中,在畫圖時(shí)要根據(jù)需要加載不同的元件庫。當(dāng)然有些時(shí)候要用到的元器件在軟件提供的library中可能找不到,這就要根據(jù)實(shí)際用到元件的引腳、外形等自己去創(chuàng)建元件。比如下面用到的80C51,就需要去創(chuàng)建圖形符號(hào)和封裝。
加載好元件庫,放置秒表電路所需的元器件,調(diào)整好相對(duì)位置,放置連接導(dǎo)線。繪制好的原理圖如圖1所示。而言之,不管運(yùn)用何種教育技術(shù),不論教育技術(shù)如何先進(jìn),最終的落腳點(diǎn)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該回歸到能否優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,促進(jìn)學(xué)生可持續(xù)性發(fā)展。
作者:崔玉美,上海城市管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授,研究方向?yàn)殡姽る娮雍虴DA技術(shù)的教學(xué)與科研(200438)。
教育信息技術(shù)具有無可比擬的優(yōu)勢(shì),將不斷發(fā)展的教育信息技術(shù)運(yùn)用于課堂教學(xué)是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì),并對(duì)原有的大學(xué)英語課堂生態(tài)產(chǎn)生重大影響。筆者認(rèn)為在研究課堂生態(tài)時(shí),研究者應(yīng)以信息化語境為契機(jī),科學(xué)、合理、有效地整合信息技術(shù)與高校教學(xué),建立生態(tài)良好、發(fā)展持續(xù)、共生共贏的大學(xué)英語教學(xué)體系。■
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圖1 秒表原理圖
圖2 ERC檢查
原理圖繪制好后,很難保證沒有電氣連接方面的錯(cuò)誤,因此必須對(duì)設(shè)計(jì)好的原理圖進(jìn)行電氣規(guī)則(ERC)檢查,如圖2所示。每個(gè)人繪制的原理圖出現(xiàn)的問題都可能不一樣,在設(shè)計(jì)好的原理圖中找出Messages對(duì)話框中對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤并進(jìn)行改正,要保證原理圖正確無誤。一個(gè)正確的原理圖設(shè)計(jì)好之后,可以輸出各種報(bào)表,如網(wǎng)絡(luò)表、元器件序列表等。
設(shè)計(jì)PCB電路板 首先要在項(xiàng)目文檔(秒表.Prjpcb)上點(diǎn)擊右鍵追加新文件PCB(秒表.Pcbdoc),在編輯區(qū)會(huì)自動(dòng)打開一張空白的PCB文檔;要先規(guī)劃電路板和大致的形狀,然后加載原理圖的網(wǎng)絡(luò)表,執(zhí)行菜單設(shè)計(jì)/Import Changes From秒表.Prjpcb,將會(huì)彈出工程變化訂單[2];執(zhí)行變化后,在PCB編輯區(qū)就可以看到網(wǎng)絡(luò)表和元器件的封裝已經(jīng)加載到電路板中。
但是元器件布局很不合理,甚至有些重疊,根本無法完成布線操作,所以首先要對(duì)元器件進(jìn)行布局,合理的布局是PCB板成功布線的關(guān)鍵。
Protel 2004DXP提供了自動(dòng)布局和手動(dòng)布局兩種元件布局方法。首先進(jìn)行自動(dòng)布局,然后手動(dòng)調(diào)整不合理的地方,布局前后的PCB板如圖3、圖4所示。
圖3 布局前的PCB板
圖4 布局后的PCB板
圖5 完成的秒表PCB電路板
圖6 DRC檢查
接下來就要根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)置布線規(guī)則,完成PCB的布線。本例要求單面布線,地線和電源線為30 mil,一般線寬為20 mil。Protel 2004DXP的布線功能同樣提供了自動(dòng)布線和手動(dòng)布線兩種方法。先執(zhí)行菜單自動(dòng)布線全部對(duì)象,軟件會(huì)自動(dòng)對(duì)PCB板的元器件按照設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行布線;如果布局合理,電路又不是很復(fù)雜的話,基本上1分鐘左右就可以布線完畢,之后再手動(dòng)調(diào)整不合理的線條。
當(dāng)然,還可以根據(jù)需要對(duì)PCB板進(jìn)行補(bǔ)淚滴和覆銅處理等。畫好的電路板如圖5所示。
電路板的制作 PCB電路板設(shè)計(jì)好之后,要進(jìn)行DRC檢查。在工具菜單下選擇設(shè)計(jì)規(guī)則檢查,彈出圖6對(duì)話框,根據(jù)需要勾選對(duì)話框中相應(yīng)的項(xiàng)目,運(yùn)行DRC檢查,如果有違反設(shè)計(jì)規(guī)則的項(xiàng)目,會(huì)彈出錯(cuò)誤信息對(duì)話框[3]。根據(jù)提示修改相應(yīng)的問題,確保無誤,就可以輸出各種作業(yè)文件了,比如PCB信息報(bào)表、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報(bào)表等;也可以按層打印PCB板,用于電路板制作、焊接和調(diào)試等。
軟件的使用過程中,特別是初學(xué)者,軟件使用不夠熟練,如果操作不當(dāng),可能會(huì)出現(xiàn)一些不必要的麻煩,影響軟件的正常使用和設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。
1)原理圖繪制過程中,要注意電氣對(duì)象和非電氣對(duì)象的區(qū)別。如用于元件引腳之間連接的是導(dǎo)線,一定注意不能是繪圖工具中的直線,直線是沒有電氣屬性的,否則導(dǎo)入到PCB環(huán)境中時(shí),元件的引腳是沒有網(wǎng)絡(luò)連接的。
2)在原理圖中所有用到的元器件均應(yīng)按類型命名或編號(hào),不能出現(xiàn)某個(gè)元件的名字為“?”,否則在調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表時(shí)元件的引腳找不到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽。這個(gè)問題是初學(xué)者經(jīng)常碰到的。
3)如果原理圖中要用到總線,要注意總線上網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽的書寫方式,如AD[0..7],中間為兩個(gè)英文的標(biāo)點(diǎn),出現(xiàn)這個(gè)錯(cuò)誤有時(shí)是很難發(fā)現(xiàn)的。
4)Protel 2004DXP軟件是以項(xiàng)目為核心的,所有文件(包括*.SCHDOC和*.PCBDOC)要在一個(gè)指定的工程項(xiàng)目文件(*.PRJPCB)下,不能是自由文檔Free Document,否則在把網(wǎng)絡(luò)表調(diào)入PCB環(huán)境時(shí)會(huì)找不到對(duì)應(yīng)的文件[4]。
5)在PCB板布局時(shí),若元器件較多,建議先進(jìn)行自動(dòng)布局,利用軟件先大致將器件排列一下,再進(jìn)行手動(dòng)布局。
6)如果項(xiàng)目中有元器件需要自己制作,在繪制原理圖形符號(hào)時(shí),引腳的順序不一定按實(shí)際元件引腳的順序放置,一般為了在繪制原理圖時(shí)連線方便,都是按功能放置引腳。然而需要注意的是,引腳標(biāo)號(hào)和功能一定要和實(shí)際元器件相同。
Protel 2004DXP以其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能、簡(jiǎn)單易操作等優(yōu)點(diǎn),得到非常廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然,設(shè)計(jì)出一款好的電子產(chǎn)品也不是一件容易的事情,要反復(fù)操作實(shí)驗(yàn),在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn),方能快速又準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出合格的PCB板?!?/p>
參考文獻(xiàn)
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1671-489X(2016)12-0012-03