2013印刷电路板设计实验指导书

《印刷电路板设计》

实验指导书

物理与电子信息学院

实验一 Protel99 SE使用基础……………………………………………… 2 实验二 Protel99 SE 环境设置和原理图编辑 ………………………… 5 实验三 简单电路原理图设计 …………………………………………… 9 实验四 电路原理图设计的提高 ……………………………… 14 实验五 电气规则检验和生成报表实验 ……………………………… 17 实验六 非电气图形及电气图形的绘制 ……………………………… 20 实验七 层次原理图设计 ………………………………………… 24 实验八 Protel99 SE印制电路板设计入门 ……………………………… 27 实验九 印制电路板设计一 ………………………………………… 29 实验十 制作元器件封装 ……………………………………………… 32 实验十一印制电路板设计二 ……………………………………………… 35 实验十二 Protel 99 SE综合设计实验 ……………………………… 38

Protel99 电路设计自动化实验指导书

实验一 Protel99 SE使用基础（2学时）

一、实验目的

1．掌握设计数据库的概念，以及新建、打开和关闭等基本操作。

2．熟悉Protel99 SE的设计界面，熟练掌握对设计数据库中的文件夹和文件的操作。 3．掌握利用窗口管理功能对窗口显示方式及其显示内容进行管理。 二、实验要求

1．学会安装Protel99 SE软件。

2．熟悉它的绘图环境，各个功能模块、界面环境以及文件管理的使用方法。 三、实验设备

计算机、Protel99 SE软件。 四、实验内容及步骤

（一）实验内容

1．熟悉Protel99 SE的运行环境，包括所用的机器的硬件与软件环境。

2．学习使用Protel99 SE，包括进入Protel99 SE主程序、菜单操作、工具拦操作及退出等基本操作。

3．熟悉Protel99 SE的绘图环境、各个功能模块、界面环境、文件管理等。 （二）实验步骤

1．启动Windows 98/2000操作环境。

2．打开目录：“C:\\Program Files\\Design Explorer 99 SE\\Client99SE.exe” ，执行Protel99 SE应用程序，启动Protel99 SE。

3．创建一个新的设计数据库文件 步骤：①【File】｜【New】

②单击Browse按钮，选择文件的保存位置，确定新建设计数据库的名称，一般Protel99 SE默认的文件名为“My design .ddb”。

③单击【OK】就可以创建一个新的设计数据库文件。

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图1 新建设计数据库

4．启动原理图编辑器 步骤：①【File】｜【New】。

②单击标有Schematic Document的图标 【OK】或直接双击。

③单击Explore 下的Sheet1文件或直接双击工作窗口中的Sheet1图标。 5．启动印制电路板编辑器 步骤：①【File】｜【New】。

②单击标有PCB Document 的图标 【OK】或直接双击。 ③单击Explore 下的PCB1文件或直接双击工作窗口中的PCB1图标。 6．不同编辑器之间的切换

方法：用鼠标单击工作窗口上已打开的标签或者先新建相应的文件，然后双击该文件也可以打开

相应的编辑器。 7．导入、导出文件

步骤：①向设计数据库中导入外部文档【File】｜【Import】。 ②向设计数据库外导出文档【File】｜【Export】。

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实例练习：

1．启动Protel99 SE，在E盘新建名为Exam的文件夹，并在文件夹中新建名为Ex1.ddb的设计数据库文件。

2. 在上题数据库中新建一个名为poweramp（功率放大器电路）的原理图文件（Schematic Document）、一个名为poweramp的印刷电路板文件（PCB Document），并打开。然后将poweramp.SCH，poweramp.PCB导出到桌面上。

3. 选择适当的菜单命令，将上题打开的文件窗口进行水平分割、垂直分割及平铺。

4．在Exam的文件夹中新建名为Ex2.ddb的设计数据库文件，文件类型Windows File System。 5．在Exam的文件夹中新建名为Ex3.ddb的设计数据库文件，文件类型MS Access Database，观察Windows File System及MS Access Database两种类型的区别。

6．在Exam的文件夹中新建名为Ex4.ddb的设计数据库文件，将步骤2中的poweramp.SCH和poweramp.PCB导入。

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实验二 Protel99 SE 环境设置和原理图编辑（2学时）

一、实验目的

1．掌握电路原理图的设计步骤。

2．掌握Protel99 SE电路原理图设计工具，图纸设置的方法。 3．掌握设置网格、电气节点和光标的方法。

4．掌握装载元器件库，放置、编辑和调整元器件的方法。 二、实验要求

1．独立完成。 2．上机实际操作。 三、实验设备

计算机、Protel 99 SE软件。 四、实验内容及步骤

（一）实验内容：

1．熟悉电路原理图的设计步骤。 2．熟悉电路图设计工具。

3．练习装载元器件库及编辑和调整元器件。 4．练习设置网格、电气节点和光标方法。 （二）实验步骤：

1．设置电路图纸（定义工作平面）

假设系统已进入原理图编辑器，按以下的要求设置图纸：①图纸大小：A4号；②图纸方向：水平方向放置；③标题栏样式：标准型标题栏。

具体设置方法如下：执行设置图幅命令。 菜单命令：【Desigh】【Options】 卡中。

设置图纸大小：Standard Style 设定图纸方向：Orientation 设置标题栏类型：Title Block

设置Electrical Grid自动寻找电气节点 设置图纸边框颜色：Border Color 设置工作区颜色：Sheet

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Document Options 对话框的Sheet Options选项

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图2 设置电路图纸

2．原理图参数设置

执行【Tools】｜【Preferences】后通过Schematic选项卡、Graphical Editing选项卡和Default Primitives选项卡来实现，Schematic选项卡和Graphical Editing选项卡分别如下图所示：

图3 Schematic选项卡

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图4 Graphical Editing选项卡

在选项卡的相应位置可以分别设置可视网格、光标样式、字体等内容。 3．练习装载元器件库

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图5 元件库管理浏览器

具体步骤如下：

①打开原理图管理浏览器，在打开原理图编辑器的状态下，单击该浏览器顶部的Browse Sch标签，可打开元件库管理浏览器窗口。

②单击Add/Remove按钮，打开Change Library File List对话窗口。 ③单击选择所需的库文件，然后单击ADD按钮，即可将元件库装载。 实例练习：

1．启动Protel99 SE，在E盘新建名为Exam的文件夹，并在文件夹中新建名为Ex1.ddb的设计数据库文件。在该设计数据库中新建原理图文件，并命名为LX1.sch。设置图纸大小为A4，水平放置，工作区颜色为220号色，边框颜色为45号色。标题栏设置：用“特殊字符串”设置制图者为Luck、标题为“功率放大器”，字体为华文彩云，颜色为121号色。

2．在Ex1.ddb中创建原理图文件，命名为LX2.sch。自定义图纸大小：宽度为850、高度为450，垂直放置，工作区颜色为299号色。网格设置：SnapOn为10 mil，Visible为10 mil。字体设置：系统字体为仿宋体、字号为8，字形为斜体。可视网格为点状。设置系统字体：将Use Client System Font For All Dialogs复选框取消选择。不显示图纸的参考边框，把光标设置成大十字45度。

3．将元件库文件“Miscellaneous Devices．Ddb”和“Protel Dos Schematic Libraries．Ddb”依次装入。

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实验三 简单电路原理图设计（2学时）

一、实验目的

1．掌握利用Protel 99 SE进行电路原理图设计的一般步骤。

2．掌握原理图编辑器中对图纸的设置，对电路图的大小、网格、光标、对象系统字体的设置方法。

3．掌握绘制原理图的基本方法，能绘制比较简单的电路原理图。

4．熟悉原理图绘制工具。熟悉常用元器件编辑、放置与调整的方法。

二、实验要求

1．独立完成。

2．设计步骤符合标准规范。

三、实验设备

网络计算机、Protel99 SE软件。

四、实验内容及步骤

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（一）实验内容

1．学习元件的基本操作方法。 2．掌握元件属性的编辑方法。 （二）实验步骤 1．放置元件

1）在元件库中选定所需元件，然后放置元件到工作平面上。 2）菜单命令【place】｜【part】 2．删除元器件

1）菜单命令【Edit】｜【Delete】

2）当光标变为命令状态后，将光标移到要删除的元件处，单击鼠标左键即可将所指元件删除。此后，程序仍处于删除命令状态，若要退出时单击鼠标右键或按ESC键退出命令状态。

3．元件移动

菜单命令：【Edit】｜【Move】｜【Move】 上机实例：单独移动一个非门元件。

步骤：①执行移动命令；②点选元件；③移动元件。

技巧：直接用鼠标左键单击元件，保持左键按下状态（此时光标变为命令状态），移动鼠标即能进行单个元件的移动。

4．元件的旋转

鼠标左键按住元件时，分别单击【Space】，X键或Y 键。 【Space】:每单击一下元件逆时针旋转900。 X键：每单击一下使元件左右对调。 Y 键：每单击一下使元件上下对调 5．元件的复制粘贴

步骤：1）点击鼠标左健框选住元件

2）菜单命令：【Edit】｜【Copy】，这时鼠标变为命令状态，然后单击需要复制的元件。 3）菜单命令：【Edit】｜【Paste】，则可以在图纸的任意位置放置一个复制的元件。 6．编辑元件的属性

上机实例：编辑电阻RES2的属性。

步骤：①用鼠标左键双击元件RES2；②在弹出的元件编辑对话框中设置元件的属性，主要包括如下属性。

【LibRef】：元件库中的型号（不允许修改）。 【Footprint】：元件的封装形式，输入“AXAIL0.4”。

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【Designator】：元件序号，输入“R1”。 【Part Type】：元件型号或大小，输入“4.7K”。 【Sheet】：图纸号，暂时不填。

【Part】：功能块序号，此项属性用于含有多个相同功能块的元件。 ③设置结束后，单击OK按钮即可。 实例练习： 1．

..新建Ex3.sch原理图文件，从已有的元器件库中找到下列元件，然后放置到Ex3. sch图纸上，并按下图所示重新命名。

R4.7KC1000pFQ2N2222AD1N4148J?S?SW-SPST1234CON4..

图6 练习编辑元件

2．在练习1的基础上，①选择4.7K电阻，复制并粘贴该电阻，然后取消选择；

②删除二极管，并用恢复按钮将二极管恢复； ③删除三极管；

④删除电容，然后粘贴该电容；

⑤用鼠标选择几个元件，然后删除这些被选择的元件； ⑥将该电路图存盘。

3．试分别关闭和开启电气捕捉栅格功能，观察电气栅格在连线时具有的作用。 4．试分别关闭和开启电气连接点功能，观察画“丁”字形连线时的区别。 5．放置网络标记，试更改字型和字号，并连续放置D1-D9九个网络标签。 6．选取电源和地线工具，试更改它们的形状和标记。 （三）实验内容

1．在原理图文件LX3.sch中，练习打开及关闭以下工具栏：

主工具栏： 【View】｜【Toolbars】｜【Main Tools】 布线工具栏： 【View】｜【Toolbars】｜【Wiring Tools】 绘图工具栏： 【View】｜【Toolbars】｜【Drawing Tools】

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电源及接地工具栏：【View】｜【Toolbars】｜【Power Objects】 常用器件工具栏： 【View】｜【Toolbars】｜【Digital Objects】 2．利用菜单命令和键盘功能键放大及缩小原理图。 3．绘制出下图所示的电路图：

Lib Ref 74LS04 RES1 RES1 RES1 CARYSTAL Cap Designator U9 R1 R2 R5 XTAL1 C10 Part Type 74LS04 470k 470k 330k 4.00MHz 0.1uF Footprint DIP14 AXIAL0.3 AXIAL0.3 AXIAL0.3 AXIAL0.3 RAD0.3 74LS04在Protel DOS Schematic Libraries.ddb中的Protel DOS Schematic TTL Library.lib中 其余元件在Miscellaneous Devices.ddb 表4.3 电路原理图例2元件明细表

.XTAL1.4.00MHzR1470kR2470kVCCR5330kU9CU9A174LS042C1030.1uFU9B474LS045674LS04CUPCLK..

图7 电路原理样图

（四）实验步骤：

1．启动Protel99 SE，新建一个设计数据库文件，名称定为“学号姓名.ddb”。 2．启动电路原理图编辑器，新建一个原理图文件，命名为“姓名.sch”。

3．先分析电路图中所有元器件的属性，装入元器件库 Miscellaneous Devices.ddb 和Protel DOS Schematic Libraries.ddb。

.XTAL1.4．然后按照样图把所有元器件和端口放置到电路原理图纸上，调整各元件的位置，用导线连接，启动“自动搜索电气节点”功能，启动“自动节点放置”功能。编辑导线，调整导线长短。 R1R2470k470k4.00MHzVCC5．按照上图所示，在相应位置添加端口,并连接所有的连线。 U9AC1020.1uF374LS04U9B4574LS04U9C6R5330k6．保存电路图。 .1CUPCLK74LS04.

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.D[0..7]D[0..7]D0D1D2D3D4D5D6D77．按图1.3画原理图. ( 课本24页 习题1-3) 8. 练习课本24页习题 1-5.

U?34433D0PA0332D1PA1231D2PA2130D3PA34029D4PA43928D5PA53827D6PA6D7PA73751836RDPB0199WRPB1208A0PB235A1PB3216RESETPB422CSPB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC7108255图 1.3

..

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实验四 电路原理图设计的提高（4学时）

一、实验目的

1．熟悉画原理图工具。

2．掌握画原理图基本操作，绘制原理图。 二、实验要求

1．独立完成。 2．绘图准确。 三、实验设备

网络计算机、Protel99se软件。 四、实验内容及步骤

（一）实验内容：

绘制出下图所示的电路图：

J4PA7PA612345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940D[0..7]D[0..7]D0D1D2D3D4D5D6D7343332313029282753698356PA5U7D0D1D2D3D4D5D6D7RDWRA0A1RESETCSPA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC743214039383718192021222324251415161713121110PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PA4PA3PA2PA1PA0PC0PC1PC2PC3PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7RDWRA[0..15]PPISELA[0..15]A0A1825540 PIN （二 ）实验步骤：

1、启动Protel99se，新建一个设计数据库文件，名称定为“学号姓名sy2”.ddb。 2、启动电路原理图编辑器，建立一个原理图文件，命名为“姓名”.sch。

3、先分析电路图中所有元器件的属性，装入元器件库Miscellaneous Devices.ddb 和Protel DOS Schematic Libraries.ddb。

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4、然后把所有元器件和端口放置到电路原理图纸上，并把位置放好。

5、按照上图所示，设置图纸大小选择为A4，绘制如图所示的电路，其中元件标号、标称值及网络标号均采用小四号宋体，完成后给相应的引脚添加网络标签,并连接所有的连线。

6、保存电路图。

7．原理图中放大、缩小屏幕的快捷键分别是什么？试一试，好用吗？ 8. 加载/移出原理图元件库的方法有几种，你会操作吗？ 9．元件的属性有几个，它们的含义分别是什么？ 10．放置元件的操作有几种方法？ 11．放置网络标号应注意什么问题？ 【思 考 题】

⑴使用网络标号时应注意哪些问题？

⑵总线和一般连线有何区别？使用中应注意哪些问题？

绘制如所示带有总线的电路原理图。

带有总线的电路图元件明细表

Lib Ref Designator Part Type Footprint Cap C9 0.1uF RAD0.2 Crystal XTAL 4.915MHz AXIAL1.0 74LS04 U9 74LS04 DIP14 RES2 R3 470K AXIAL0.4 RES2 R4 470K AXIAL0.4 4040 U12 4040 DIP16 SW DIP-8 SW1 SW DIP-8 DIP16 U9在Protel DOS Schematic Libraries.ddb中的 Protel DOS Schematic TTL.Lib U12在Protel DOS Schematic Libraries.ddb中的 Protel DOS Schematic 4000CMOS.Lib 其余元件在Miscellaneous Devices.ddb

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XTAL4.915MHzR347013R4470U9F12C90.1uF11U9E109U9D874LS04U12Q12Q11Q10Q9Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1115141213423567974LS0474LS04SW1N01N02N03N04N05N06N07N08N01N02N03N04N05N06N07N08123456781615141312111091110RSTCLKSW DIP-84040

图 电路原理图

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实验五 电气规则检验和生成报表实验（2学时）

一、实验目的

1．通过实例熟悉电气规则检查和生成各种报表的方法。 2．掌握具体网络表的生成方法。 二、实验要求

1．先绘制电路原理图。 2．设置具体的电气检测规则。 3．生成各种表格。 三、实验设备

计算机、Protel99se软件。

四、实验内容及步骤

（一）实验内容 1．绘制电路原理图。

2．对绘制好的电路原理图，设置电气测试规则，产生ERC报表，然后生成网络表，元器件列表和交叉参考表等。 （二）实验步骤

1.启动Protel99 SE，新建一个设计数据库文件，新建的文件名称定为“学号姓名.ddb”。在刚建的设计数据库中新建原理图文件“姓名.ddb”。

2．按样图绘制电路原理图。

3．设置电气测试规则，即产生ERC表的各种选项。注意Setup和Rule Matrix两个选项卡的设置。

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图8 电路原理样图

4．执行【Tools】｜【ERC】，产生ERC报表，如下图所示：

图9 ERC报表

5．执行【Design】｜【Create Netlist】，产生网络表 ，如图10所示（截取一部分网络表）。

6．执行【Report】｜【Cross Reference】，产生交叉参考表，如图11所示。

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图10 网络表

图11 交叉参考表

注意：在进行ERC电气规则检查时，当必须进行某项电气规则设置（如输入输出）引脚悬空，而又要避免对原理图中的正确之处误报时，在明显正确而又会产生误报之处可以放置NO REC符号。菜单

命令：【Place】｜【Pirectives】｜【NO ERC】或使用工具栏

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中的按钮。

实验六 非电气图形及电气图形的绘制（4学时）

一、实验目的

1．掌握Drawing Tools工具栏的使用。 2．学习利用元件库编辑器来设计元件。 3．掌握创建元件库及编辑元件的方法。 二、实验要求

1．熟练的掌握画图工具栏中各个工具的使用方法。 2．独立完成元件的设计。 三、实验设备

网络计算机、Protel99se软件。 四、实验内容及步骤

（一）掌握原理图中不具有电气特性对象的放置方法和编辑方法

练习基本图形绘制工具的打开及关闭。

画直线： 【Place】｜【Drawing tools】｜【Line】 画多边形： 【Place】｜【Drawing tools】｜【Polygons】 画椭圆弧线： 【Place】｜【Drawing tools】｜【Elliptical Arc】 画贝赛尔曲线：【Place】｜【Drawing tools】｜【Beziers】 画矩形： 【Place】｜【Drawing tools】｜【Rectangle】 画圆角矩形： 【Place】｜【Drawing tools】｜【Round Rectangle】 画圆形与椭圆：【Place】｜【Drawing tools】｜【Ellipses】 画圆饼图： 【Place】｜【Drawing tools】｜【Pie Charts】

1. 原理图上放置“原理图练习”的说明文字，并设置成不同的字体和字号。 2．在原理图上放置一个没有填充颜色、没有边框的文本框，内容自选。

3．绘制一个半径为50mil，线宽为Medium的半圆弧线。

4．利用多边形工具画一五角星图形

。

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5．利用贝赛尔曲线画一正弦波。

6．插入一张图片，选中X:Y Ratio选项，改变其大小，再去掉X:Y Ratio选项的√， 改变其大小，对比一下效果如何。

7．按照图5.1、图5.2分别做改变对象叠放次序的操作。

图 5.1

（a） 改变层次前 （b） 单击后矩形消失 （c） 矩形出现在椭圆之上

图5.2 移到另一个对象的上面

8．直线Line与导线Wire有什么区别，在使用中能互相代替吗？ 9．能用说明文字表示网络标号吗？

（二）掌握绘制元件符号的方法

1.电气图形符号的制作：以制作一个JK触发器为例。库；

① 建立用自己学号姓名命名的数据库文件XXXXsy6-2.ddb ，下一步新建Ex1.lib元件

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②命名新元件JK触发器；

菜单命令：【Tools】｜【Remane Component】

③单击命令【View】｜【Zoom In】｜【Page Up】将元器件绘图页的四个象限中心点处放大到足够程度，一般元器件均在第四象限制作，而象限交点即为元器件基准点。

④绘制矩形框；

⑤绘制元器件的引脚【Place】｜【Pins】；

⑥编辑引脚，引脚长度设置为20，1～5号引脚的电气类型设置Input，6、7为Output，引脚只有一端具有电气特性，粘贴在十字光标上的那一端为非电气特性端，放置引脚时需使非电气特性端与元件接触，而使电气特性端离开元件；

⑥向1、5引脚添加注释文字CLR和PR； 菜单命令：【Place】｜【Annotation】 ⑦保存已绘制好的元器件；

⑧想在原理图设计时使用此元件，只需将该元件装载到元器件库中，按放置元件的方法就可以将制作好的JK触发器放置在图纸上；

⑨若需要在该Ex1.lib元件库中制作第二个元器件，执行菜单命令【Tools】｜【New Component】即可。

注意：如果该元件为复合封装的，执行菜单命令【Tools】｜【New Part】,向该元件添加绘制封装的其他部分；一张图纸只能做一个元器件。

2． 制作下面电路图中 L 、RP 、RC 、D1 、 T的元件图标 （尺寸为4格×3格）

VCCC1LD21N4007D1T9013RLRdC2VSRPTRIACRcGND 光控照明灯

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3．请练习绘制如图7.29所示的或非门元器件，其元器件图和显示隐藏引脚的元器件图如图7.29 (a)和(b)所示。可以参考74LS02元器件(位于 Protel DOS Schematic TTL.lib中)进行绘制。

图7.29 或非门元器件

4．请练习绘制如图7.30所示的定时器，其元器件图和显示隐藏引脚的元器件图一致，只是1、4和8引脚名没有显示，重新添加了文本以显示水平文本。可以参考555定时器元器件(位于Protel DOS Schematic Linear.lib中的)进行绘制。

图7.30 定时器

5．进一步熟悉元器件库管理

6．生成元器件报表，观察结果

思考题

1．原理图元件库文件的扩展名与原理图文件的扩展名怎样区别？

2．在SchLib Drawing Tools工具栏中，哪一个按钮绘制的图形具有电气特性？ 3．复习引脚属性对话框中各选项的含义。

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4．将自己绘制的元件符号用到原理图中，你会几种方法？

实验七 层次原理图设计（4学时）

一、实验目的

1．掌握层次原理图的概念及其设计方法。

2．掌握自顶向下和自底向上的层次原理图设计方法。

3、掌握层次原理图的浏览方法，和主电路图与子电路图之间的切换。 二、实验要求

1、独立完成。

2、掌握“自上而下”设计层次原理图的方法 3、掌握“自下而上”设计层次原理图的方法 三、实验设备

网络计算机、Protel99 SE软件。 四、实验内容及步骤

（一）实验内容

1．打开Z80 Microprocessor.ddb设计数据库文件，练习在方块图电路和子电路图之间的切换。

2．利用自顶向下的设计方法，绘制Z80 Microprocessor.ddb中的主电路图Z80 Processor.prj，并绘制其中的一个子电路图CPU Clock.sch。

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NetLabel6NetLabel5NetLabel4dianyuan.sch如图15所示。3．绘制如图14所示的主电路图，和该主电路图下面的一个子电路图。。。

CLOCKCLOCK.SchMIDDLEMIDDLE.SchSINSIN.SchCLK-SIGCLK-SIGCLOCK-OUTTRI-SIGSIN-OUT 图14 主电路图

.C30.002uFR815KR1110K.TRI-SIGR715KR55KU1C8149LM339R105KU1D101311LM339SIG-OUT.. 图15 子电路图

.R115K.1245C10.01uFLM339U1A2CLK-SIGR2.7.5K3VCCR315K. 图16子电路图

C20.001uFR515KCLK-SIGR45KR65K67U1B1LM339CLOCK-OUT 图17子电路图

（二）实验步骤

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1．新建项目设计文件 ①新建项目设计文件；

②编辑顶层文件的各电路方块图；

③按各方块电路的连接关系放置各自的I/O端口；（注意：若是相互连接的I/O端口给定相同的名字，否则，必须给定不同的名字）

④给每个电路方块文件命名；（注意：文件名后缀必须是.sch，方块文件不必给定路径）

⑤在各方块的端口间放置导线和总线，相互连接后保存顶层文件。 2．自上而下编辑下层电路原理图

①在项目设计文件窗口内，单击菜单命令【Design】｜【Creat Sheet From Symbcl】； ②将十字光标移到要编辑的方块电路上单击，将相继弹出端口特性转换选择框和下层电路原理图窗口；（注意：在弹出的端口特性转换选择框中，必须选“NO”，否则，所生成的下层电路原理图中所有I/O端口的输入输出属性会同项目文件（上层方块图）中的方向相反）

③在生成的下层电路原理图文件窗口内，绘制下层的电路原理图。

3．自下而上设计电路原理图 如果未有项目文件（.prj），则： ①首先绘制并保存下层电路原理图；

②新建空白原理图文档：【File】｜【new】｜【schematic Documet】，并保存为.prj文件； ③在“设计文件管理器”中，单击新生成的项目文件.prj。切换至项目文件原理图编辑状态； ④在空白的项目文件编辑窗口内，单击【Design】｜【Create Symbol Form Sheet】命令，在下层电路原理图文件列表窗内，找出并单击待转换的下层电路原理图文件；

⑤在弹出的方块电路I/O端口电气特性选择框内，根据需要单击“Yes”或“No”；（一般不改变电气特性，故选“No”）

⑥修改属性；

⑦重复以上步骤，画出已有下层原理图的方块电路。

如果已有项目文件和下层每个模块电路原理图文件，要将下层电路原理图文件纳入项目文件中，则：

①打开项目文件.prj，在方块电路编辑窗口内绘制电路方块图；

②将各电路方块文件命名为与已有下层模块电路原理图文件名相同的名字（.sch）；

③在电路原理图编辑状态下，单击“设计文件管理器”窗口内相应的下层模块电路文件名。执行“【Tools】｜【Complex To Simple】”（复杂变简单）命令；

④系统自动在当前文件夹内搜索与之匹配的项目文件，并将该原理图文件（.sch）置于项目文件下，成为项目文件的模块电路。

4．ERC检查，生成各种表格。

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实验八 Protel99 SE印制电路板设计入门（2学时）

一、实验目的

1．熟悉印制电路板图的设计过程。 2．掌握具体电路板图的设计方法。 二、实验要求

1、做实验前先预习印制电路板的概念及电路板分层的概念。 2、实验完毕后讨论操作过程中遇到的问题。 三、实验设备

网络计算机，Protel99se软件。 四、实验内容及步骤

（一）实验内容

1．练习PCB板设计前的各项准备工作。 2．掌握电路板图件的放置及属性编辑。 （二）实验步骤 1．PCB编辑器的使用

①英制/公制的转换，英制（mm）、公制（mil）。 菜单命令：【View】｜【Toggle Unites】，快捷键：Q。 ②当前坐标原点的设置

在编辑区的任意位置设置新原点：【Edit】｜【Orgin】｜【Set】； 撤销所设置的相对原点并恢复绝对原点：【Edit】｜【Orgin】｜【Reset】。 2．绘制电路板边框 ①设置相对原点；

②切换当前层为禁止布线层；

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③使用【Place】｜【Track】命令将光标移到坐标原点（0，0）处，以原点为起点开始画线，分别画到坐标（X，0）、(X，Y)、(0，Y)后回到原点。

3．使用PCB向导规划电路板 4．设置电路板工作层

①执行菜单命令：【Design】｜【Options】；

②在对话框中打开Layers选项卡，若每一个工作层前的复选框中有符号“√”，则表明该工作层已经打开 ，单击“All Off”时，所有层处于关闭状态，单击“All On”所有层处于打开状态；

③Option标签选项包括栅格设置（Snap），电气栅格设置（Electrical），计量单位设置等。 5．PCB电路板参数设置

执行菜单命令：【Tootls】｜【Preference】 6．电路板图件的放置：

放置导线：【Place】｜【Track】，在导线属性对话框中修改导线的宽度和所在的层，观察显示的结果，并对一条已放置的导线进行移动和拆分的操作。

放置圆弧：【Place】｜【Arc】，比较放置三种圆弧和一种圆的方法。

放置焊盘：【Place】｜【Pad】，在放置时，注意焊盘编号的变化并设置焊盘的形状等属性。 放置导孔：【Place】｜【Via】，仔细观察焊盘与过孔的区别，注意过孔与焊盘所在层有何不同？ 放置多边形覆铜：【Place】｜【Polygon Plane】。

放置矩形填充块：【Place】｜【Fill】，比较多边形平面填充和矩形填充的区别。

放置字符串：【Place】｜【String】，并对字符串的内容、大小、旋转角度等参数进行设置。 放置坐标：【Place】｜【Coordinate】。 实例练习：

1．通过打开一个已存在的PCB文件和新建一个PCB文件两种方法，进入PCB编辑器。

2．打开系统Examples文件夹中的4 Port Serial Interface.ddb下的4 Port Serial Interface Board.pcb文件，观察该印刷电路板有哪些层？

3．打开一个PCB文件，在工作窗口按住鼠标右键，光标是不是变成手形？移动它，工作窗口有何变化？

4．设置度量单位为公制，设置水平、垂直捕捉栅格和水平、垂直元件栅格依次为20mil，20mil，25mil，25mil，电器栅格为10mil。 设置旋转角度为30度，设置底层丝印层的颜色为100号色，设置尺寸线为“简单显示”，其余为“精细显示”，设置显示焊盘网络名称和焊点序号。

5．设置与组件连接的导线会随组件的移动而一起伸缩；设置转换特殊字符串功能，设置只显示当前板层。

6．设置操作撤消次数为50次，设置光标类型：Large 90。

7．定义一块宽为1800mil，长为2000mil的单层电路板，要求在禁止布线层和机械层画出板子的电气边界和物理边界，在机械层标注尺寸。

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实验九 印制电路板设计一（4学时）

一、实验目的

1、掌握印制电路板的规划和电气定义 2、掌握装载封装库的方法 3、掌握电路板的自动布线 二、实验要求

1、做实验前先预习印制电路板的绘制流程。 2、实验完毕后讨论操作过程中遇到的问题。 三、实验设备

网络计算机、Protel99se软件。 四、实验内容及步骤

（一）实验内容

1．印制电路板设计的准备。 2．根据样图进行印制电路板设计。 （二）实验步骤

1．练习在PCB编辑器中，加载Advpcb.ddb和PCB Footprints.lib元件封装库，并从中选择电阻封装（AXIAL0.3），电容封装（RAD0.1和RB.2/.4），二极管封装（Diode0.4）、三极管封装（To-126），连接器封装（SIP2），可变电阻封装（VR1），石英晶体封装（XTAL1），集成电路元件封装（DIP16），把这些封装放置到电路板图上观察，同时理解PCB中的元件与原理图中元件概念的不同。

2．练习装入网络表的命令

菜单命令：【Design】｜【Load Netlist】 3．练习手动布局、自动布线的命令： 菜单命令：【Auto Place】｜【All】 实例练习：

1．据图18所示电路原理图，手工绘制一块单层电路板图。电路板长1450mil，宽1140 mil。根据表2提供的元件封装并参照图19进行手工布局，其中按钮S、电源和扬声器SP等元件要外接，需在电路板上放置焊盘。布局后在底层进行自动布线。布线结束后，进行字符调整，并为按钮、电源和扬声器添加标识字符。

表2 所属元件一览表

元件名称 元件标号 RES2

元件所属SCH库 Miscellaneous Devices.ddb 29 元件封装 AXIAL0.4 元件所属PCB库 Advpcb.ddb R1

Protel99 电路设计自动化实验指导书 RES2 R2 Miscellaneous Devices.ddb Miscellaneous Devices.ddb Miscellaneous Devices.ddb Miscellaneous Devices.ddb Miscellaneous Devices.ddb AXIAL0.4 Advpcb.ddb RES3 R3 AXIAL0.4 Advpcb.ddb CAP C RAD0.1 Advpcb.ddb NPN Q1 TO-5 Advpcb.ddb PNP 具体步骤如下：

Q2 TO-5 Advpcb.ddb ①启动Protel软件，新建一个设计数据库。 ②启动原理图编辑器，绘制图17所示的原理图。 ③进行电气规则检查，无误后，生成网络表。 ④启动印制电路板图编辑器，新建一PCB文件。 ⑤按上述要求规划电路板。

⑥加载网络表，确认无误后，生成印制电路板图。 ⑦按照上图手工调整布局。 ⑧自动布线。

图18 电路原理图

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图19 参考布局图

2.理解电路板的物理边界和电气边界的区别及绘制方法，了解由向导生成电路板的过程。

VCCR1JP112344 HEADERR2R3R410016U11314151215246111097VCC100100100C10.1ufABCX0X1X2X3X4X5X6X7INHABCVEE4051X3GNDC280.1uf 图20

新建一个边长为2000mil的正方形电路板，双层板。加载Advpcb.ddb元件封装库，所使用

元件如表3所示。电气原理图和PCB布局如图20所示。操作练习内容如下： （1）利用设计同步器装入网络表和元件。

（2）先对集成电路4051进行预布局（以4051为布局的中心），再使用群集式方法进行自动布局，并使用手工方法对布局进行调整。

（3）先对电阻R1进行手工预布线，然后再采用自动布线完成其它布线任务。 （4）采用全局编辑，对电源和接地的走线线宽变为30mil。

表 2 元件一览表

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Protel99 电路设计自动化实验指导书 元件名称 RES2 CAP 4051 4HEADER 元件标号 R1、R2 、R3、R4 C1、C2 U1 JP1 元件所属SCH库 Miscellaneous Devices.ddb Miscellaneous Devices.ddb Protel DOS Schematic 4000 CMOS.ddb Miscellaneous Devices.ddb 元件封装 AXIAL0.3 RAD0.1 DIP16 SIP4 元件所属PCB库 Advpcb.Ddb Advpcb.Ddb Advpcb.Ddb Advpcb.Ddb

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实验十 制作元器件封装（2学时）

一、实验目的

1．熟悉元器件封装编辑器。 2．掌握如何制作新的元器件封装。 二、实验要求

1、通过手工方式和系统内置的向导，掌握新元件封装的制作方法与操作步骤。 2、掌握 SCH 元件与对应的 PCB 元件的引脚编号不一致问题的解决方法。 三、实验设备

网络计算机，Protel99se软件。 四、实验内容及步骤

（一）实验内容

1．练习建立一个新的元器件封装库作为自己的专用库，元器件库的文件名为PCBLIB.LIB，并把下面要创建的新元器件封装放置到该元器件库中。

2．利用Protel99 SE提供的工具，按照实际的尺寸绘制元器件封装。 3．练习元器件封装参数设置。 （二）实验步骤

1．放置焊盘，并对焊盘进行属性编辑

执行菜单命令：【Place】｜【Pad】,在放置焊盘时，按Tab键进入焊盘属性对话框，设置焊盘的属性。

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图20 焊盘属性对话框

2．利用Protel99 SE提供的工具绘制元件封装的轮廓线， 3．练习对元件封装重命名。 4．练习设置元器件封装的参考点。

执行菜单命令：【Edit】｜【Set Reference】

Pin1命令：设置引脚1为元器件的参考点；

Center命令：将元器件的几何中心作为元器件的参考点； Location命令：表示由用户选择一个位置作为元器件的参考点。

实例练习：

1.请绘制出如图21的元件封装，要求焊盘的直径为60mil，孔径为30mil,，一号焊盘为方形焊盘，焊盘之间的垂直距离为100mil，水平距离为300mil.。

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图21 元件封装

步骤如下：

①首先执行【Place】｜【Pad】菜单命令放置焊盘。

②在放置焊盘时，先进入焊盘属性对话框设置焊盘的属性，这里1号焊盘的形状设置可以在Shape编辑框中选定rectangle（方形）选项。

③按照同样的方法，再根据元器件引脚之间的实际间距将其设定为垂直距离为100mil，水平距离为300mil，1号焊盘放置于（0，0）点，并相应放置其他焊盘。

④根据实际需要，设置焊盘的实际参数，将焊盘的X-Size,Y-Size（直径）设置为60mil，焊盘的Hole Size(孔径)设置为30mil。

⑤将工作层面切换到顶层丝印层，即TopOcerlay层，然后执行菜单命令【Place】｜【Track】来绘制元器件的外形轮廓线。左上角坐标为（50，50），右下角坐标为（250，-650），上端开口的坐标分别为（125，50）和（175，50）。

⑥执行菜单命令【Place】｜【Arc】，在外形轮廓上绘制圆弧。

⑦绘制完成后，单击元器件封装管理器左边的Rename按钮，为新创建的元器件封装重新命名，这里命名为Amplif-14。

⑧重命名以及保存文件后，该元器件封装就创建成功了，以后调用时就可以作为一个块处理。 ⑨最后执行菜单命令【File】｜【Save】，将新建的元器件保存。

2．给出发光二极管的SCH元件，如图所示。请绘制出其对应的元件封装，如图所示。两个焊盘的X-Size和Y-Size都为60mil，Hole Size为30mil，阳极的焊盘为方形，编号为A，阴极的焊盘为圆形，编号为K，外形轮廓为圆形，半径为120mil，并绘出发光指示。

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图9.1 发光二极管的SCH元件 图9.2 发光二极管的PCB元件

3．NPN型三极管的SCH元件，如图所示，其对应元件封装选择TO-5，如图所示。由于在实际焊接时，三个焊盘的X-Size和Y-Size都为60mil，Hole Size为30mil，TO-5的焊盘1对应发射极，焊盘2对应基极，焊盘3对应集电极，它们之间存在引脚的极性不对应问题，请修改TO-5的焊盘编号，使它们之间的保持一致，并重命名为TO-5A。焊盘1 （0.0） ，焊盘2（-100. 100） 焊盘3（ -200 . 0）外径320mil.

图9.3 SCH元件 图9.4 PCB元件

4.用向导新建 DIP14封装。

实验十一 印制电路板设计二（4学时）

一、实验目的

1．掌握由原理图生成网络表的方法。 2．掌握几种手工调整布线的操作技巧。

3．重点掌握自动布线规则的设置及自动布线有关命令的使用，理解DRC校验的功能。 二、实验要求

1、做实验前先预习印制电路板的绘制流程。 2、实验完毕后讨论操作过程中遇到的问题。 三、实验设备

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网络计算机，Protel99se软件。 四、实验内容及步骤

（一）实验内容

如将焊盘或元件接入到网络内的操作步骤，对导线、焊盘或字符串进行全局编辑的操作方法等

（二）实验步骤

1．稳压电路如图22所示，试设计该电路的电路板。 设计要求：

（1）按电路图22画出原理图电路，元件参数见参数表3。

（2）使用单层电路板2980mil*1320mil，在电路板中网络地（GND）的线宽选1mm，netj1-1与netj1-2线宽选1mm，电源网络（VCC）的线宽选0.8mm，其余线宽均采用缺省设置（0.3mm），最小安全间距为12mil。

（3）先自动布线，见自动布线参考电路板图23，再手工调整，见手工调整布线参考电路板图24。 （4）在电路板上铺铜，要求栅格为30mil，铜膜线宽度为8mil，铺铜层为底层，铺铜网线形式为45度，使用八角形状环绕焊盘。

（5）电路板设计完成后应进行DRC检测，并根据报告的错误提示进行调整， 直到无错误为止。

D5VCCIN4007D1IN4007D2IN4007R11KU11J121POWERVinLM7805CT+5V3GNDD3IN4007D4IN4007C12200UC2103C3470UC4103D6LED2

图22 电路原理图 表3 元器件参数表

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图23 自动布线参考图

图24 手动调整后

2．将前几章练习的电路原理图制做相应的印制电路板图。

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实验十二 Protel99 SE综合设计实验（4学时）

一、实验目的

1．熟练掌握电路原理图的设计方法，能快速准确的画出电路原理图。 2．熟练掌握印制电路板的设计流程。 二、实验要求

1．做实验前对本科所学内容进行系统的复习。 2、实验完毕后讨论操作过程中遇到的问题。 三、实验设备

网络计算机，Protel99se软件。 四、实验内容及步骤

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（一）实验内容 1．绘制电路原理图。 2．制作印制电路板。 （二）实验步骤

1、 绘制原理图元件

请按下图绘制LM3886 的原理图元件图：

元件名称为【LM3886】,标号为【U?】，封装为【TA11B】。

2、 绘制原理图

请按下图绘制LM3886 的原理图元件图，并生成网络表：

J112C1100uFL1V+U1INPUT12R1101K9LM3886150.7uH33R4108C3S110915744878100uFC2100uFR333KJ212R21KC4R520KV-10uF 原理图元件清单如下表：

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3、绘制元件 PCB 封装：

请按上表所列，根据下图所示尺寸新建三种元件PCB 封装,如下 封装中的焊盘大小统一设定如下： 形状：圆形 直径：X:2.0mm，Y:2.8mm;

A、封装名称：DZ2

B、封装名称：RB.2/.4B

C、封装名称：TA11B

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4、绘制 PCB 图：

要求： PCB 大小：宽：2500mil 高：2000mil；

PCB 类型：单面板；

导线宽度：30mil；

间距：20mil

A、请参考下图布局：

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B、完成布线，布线简洁，符合电路设计规范，能够通过 DRC 检查； C、保存文件，生成PCB 图的打印文件。

5．练习： 图25为电话监控器电路原理图。请根据电路原理图自行绘制出印刷电路板图。电路板为矩形，长 2000mil ，宽 2000mil ，双层板设计，自动布线。在自动设计规则中，设置所有网络的走线线宽都为 30mil 。电阻的封装采用 AXIAL0.4 ，电容 C1 的封装采用 RAD0.4 ，电容 C2 、 C3 的封装采用 RB.3/.6 ，电容 C4 、 C6 的封装采用 RB.2/.4 ，电容 C5 的封装采用 RAD0.2 ，扬声器封装采用 SIP2 ，二极管的封装采用 DIODE0.4, 集成电路的封装采用 DIP8 。放置两个焊盘，作为输入信号的引入端，并把它们接入相应的网络中。请特别注意二极管元件的管脚编号不一致问题，要求在 PCB 元件编辑器中，对二极管的封装进行修改。

C1L1uF/200v42D15.1VC2470uF/250VR31.2k1B11A/100VRR13941C410uF83C32L16LM3087C6R4100uF10C50.05uFSP22uF/250VR210KD3D2IN4148IN41483 图25 电话监控器电路原理图

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整流桥堆的封装选GBP或KBPC-W如下图

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