实训报告.docx
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实训报告
1Protel99SE的介绍
1.1Protel99SE的概述
1.1.1Protel99SE的组成
otel99se软件是电子线路设计与制板方面的佼佼者,protel99se是一个32位的windows软件,其编辑环境采用了视窗风格,利用鼠标和键盘就可以轻松进行设计工作,操作起来非常方便,极大的提高了设计工作的效率。
Protel99SE主要由两部分组成,每个部分各有几个模块:
第一部分是由电路设计部分,包含原理图设计;PCB(印制线路)设计、布线;原理图元器件库和PCB元器件库等模块。
在protel99SE中提供了大量的元器件模型,同时允许用户通过网络下载更新元器件模型,通过该软件提供的元器件库管理工具,用户可以方便的对设计中常用的元器件进行分类整和,可大大提供工作效率,除此之外,还有如下特性:
方便的查找功能,优越的混合信号电路仿真,简便的同步设计,强大的规则检查功能,增强的手动推挤步线方式,新的步线到脚分格,精确的信号完整性分析,增强的元器件布局工具,可以实现对原理图的自动布局。
第二部分是电路仿真和可编程逻辑器件设计部分。
1.1.2Protel的发展
CAD技术的应用,大推动了电子\微电技术的进步,技术的进步和市场竞争,又导致CAD技术的不断完善,构成了计算机应用技术的一个重要分支:
包括时间辅助工程(ComputerAidedEngineering,CAE)、计算机辅助制造(ComputerAidedManufacturing,CAM)、计算机辅助测试(ComputerAidedTest,CAD)、计算机辅助质量保障(ComputerQualityAssuranee,CAQ)。
这些技术相互交叉,密不可分,因此,有人CAD的复数形式把它们统称CADS,在CAD之前冠以电子(Electronic)的英文字头,用ECAD表示电子领域CAD系统。
尽管ECAD技术的应用获得了巨大成绩,但并没有把人从繁重的设计工作中彻底解放出来。
在设计工作中,始终是人和计算机协同工作,人是设计工作的主体,计算机是辅助人工作的工具。
由人确定设计要求,进行总体设计,提出很具体的方案,计算机接受“人”给的设计信息后,靠高存储量的记忆能力和高速运算,对设计方案进行模拟、检验、数据处理。
整个设计过程中,计算机完成某些设计步骤的自动化程度还不高,各设计环节间的衔接不够通畅,设计资源的利用还不够充分,出现错误或设计不理想时,要由人进行大量、繁琐的修改。
也就是说,人的积极因素和智慧因素未得到更充分的发挥。
Protel99SE中提供了两种文件管理方式,一种是标准的WindowsFilesystem方式,该方式该文件分散组织在用户指定的文件夹中,另外一中方式就是采用综合数据库来管理文件,所有与设计有关的文件,如文本文件,原理图文件,PCB文件,输出文件等,均以数据库的形式集中组织在一起,可以实现高度有效,快捷的管理。
Protel99SE适应电子技术的发展,是目前电子CAD领域应用最为广泛的辅助设计软件之一。
Protel99SE主要应用于电子电路原理图的设计、电路板的设计和绘制以及电子电路逻辑分析和仿真等,他具有丰富多样的编辑功能、强大便捷的自动化设计能力、完善有效的检测工具、灵活有序的设计管理手段,它为用户提供了极其丰富的原理图元器件苦、PCB元器件库以及出色的在线库编辑和库管理,良好的开放性还使他可以兼容多种格式的设计文件,使用户可以轻松地控制电子线路设计的全过程。
1.1.3Protel的特点
1Protel99SE的特点,包括如下几个方面:
2灵活、方便的编辑功能,功能强大的自动化设计。
3完善的库管理功能,原理元器件库和PCB封装库。
4良好的兼容性和可扩展性,综合设计数据库,使用设计数据库,可以为用户提供一个良好的平台。
5在设计管理器中工作,使用网络设计组,可以实现基于异地设计的全部设计方法。
6自然语言帮助系统。
7原理图快速连线。
8优越的混合信号电路仿真。
9更容易进行PLD设计,可以惊醒适合用户需要的逻辑器件设计。
10简便的同步设计,精确的信号完整性分析。
11增强的手动推挤布线方式,新的布线倒角风格。
增强的元器件布局工具。
可以实现对原建图自动布局。
增强的PCB设计原则。
12快速生成元器件类。
13创建计算机辅助制造文件CAM输出文件,包括NC钻孔报表文件及BOM文件。
14强大的电路图层面管理功能,可以让用户创建各种多面板。
1.1.4印刷电路图PCB的特点
1PCB可支持设计层数为32层、板图大小为(2540mm*2540mm)或(100mil*100mil)的多层线路板。
2丰富而灵活的编辑功能。
3强大的设计自动化功能。
4在线的库编辑和完善的库管理。
1.1.5Protel运行环境
1.建议硬件基本配置
CPUPentiumⅡ300MHz以上;
内存128MB;
显示器1024×768像素。
2.操作系统
MicrosoftWindowsNT4.0或以上版本(含中文版)。
MicrosoftWindows95/98/2000或以上版本(含中文版)。
1.2原理图设计基础
1.2.1电路原理图的设计步骤
在Protel99SE中,设计电路板最基本过程有以下3个步骤:
1.电路原理图的设计
电路原理图的设计主要是利用Protel99SE中的原理图设计系统AdvanceSchematic99来绘制一张电路原理图。
在这一部中,可以充分利用其所提供的各种原理绘图工具、丰富的在线库、强大的全局编辑能力以及便利的电气规则检查,来达到设计目的。
2.产生网络表及其他报表
网络表是电路板自动布线的灵魂,也是原理图设计与印制电路板设计的主要接口。
网络表可以从电路原理图中获得,也可以从印制电路板中提取。
其他报表则存放了原理图的各种信息。
3.印制电路电路板的设计
印制电路板设计是电路设计的最终目标.利用Protel99SE的强大功能实现电路板的版面设计,完成高难度的布线以及输出报表等工作。
概括地说,整个电路板的设计过程先是编辑电路原理图,并且生成网络表,然后进行布局,再人工布线或根据网络表进行自动布线.前面谈到的这些内容都是设计中最基本的步骤。
在此补充一下,原理图设计完成后,我们可用电路信号仿真进行验证调整,电路信号仿真是原理图设计的扩展,为用户提供一个完整的从设计到验证的仿真设计环境。
它与Protel99SE原理图设计服务器协同工作以提供一个完整的前端设计方案。
除此以外,用户还可以用Protel99SE的其它服务器,如创建、编辑元器件和零件封装库等。
1.3进行电路原理图绘制的操作步骤
1.3.1Protel99SE的界面介绍
进入Protel99SE
从桌面鼠标双击图标
进入Protel99SE主窗口。
如图1.1所示
图1.1基本屏幕
1.3.2Protel99SE的菜单栏
1.File菜单
主要用于文件的管理,包括文件的打开、新建等.选项及功能如下:
(1)New新建一个空白文件,文件的类型为综合型数据库,格式“ddb”.
(2)Open打开并装入一个已经存在的文件,以便进行修改.
(3)Exit退出Protel99SE.
2.View菜单
用于切换设计管理器、状态栏、命令行的打开与关闭,每项均为开关量,鼠标单击一次,其状态改变一下。
3.Help菜单
用于打开帮助文件。
1.3.3新建文件夹
如图1.2在Protel99SE主窗口中,单击菜单File-New,弹出“新建设计数据库”对话框
图1.2单击菜单File-New
如图1.3所示。
在该对话框中,DesignStorageType选项表示数据库形式,默认选择是MSAccessDatabase(数据库形式);DatabaseFileName选项表示数据库文件名;点击Browse…按钮,可选择文档放置路径,点击OK按钮确认,关闭该对话框,并弹出窗口,如图1.4所示
图1.3保存途径
图1.4生成文件
双击文件夹Documents,进入该文件夹,单击菜单File-New,在弹出的“新建文件类型选择”对话框中,如图1.5所示,选中SchematicDocument图标,以建立一个原理图文件(.Sch)。
点击OK按钮。
图1.5进入界面
回到Proetl99SE窗口后,修改原理图文件名,然后双击该文件图标,进入原理图设计窗口,如图1.6所示。
图1.6原理图界面
1.4绘制电路原理图
如绘制下图1.7所示。
图1.7绘制图形
1.4.1设置图纸
Protel99SE默认的图纸尺寸是B型图纸,这里以A4为例。
在如图1.8所示,在画图区下点击鼠标右键。
图1.8设置图纸
会出现图1.9所示,单击DocumentOptions…后出现图1.10所示,在它上面可以改图纸大小。
图1.9单击进入图1.10改图纸
1.4.2添加仿真元器件库
在设计电路原理图时,要先装入元器件库,然后才能在元器件库中取出元器件将其放入图纸中。
步骤1:
首先在设计管理器中选择Browse.Sch页面,如图1.11所示。
在该页面的Browse区域中的下拉框中选择Libraries。
步骤2:
单击Add/Remove按钮,在弹出的窗口上部搜索下拉框中,选择Protel99SE所在的文件夹,再选择路径:
Protel99SE文件夹/Libraries\Sch,在元器件库显示窗口找到Sim,如图1.12所示,单击窗口下部的Add按钮,就可以看到在窗口中的SelectedFiles区域将显示仿真元器件库Sim的路径,最后单击OK按钮,添加完毕。
图1.11寻找元件图1.12添加sim
此时在Browse.Sch标签的元器件库列表中,会发现MySchLib.lib,表示该库已经被加载,其中的元器件可以被使用了。
在Protel99SE中有如下仿真元器件库:
7SEGDISP.Lib:
七段数码管库。
74xx.Lib:
通用74系列数字集成电路库。
BJT.Lib:
双极型三极管。
BUFFER.Lib:
缓冲器库。
CAMP.lib:
电流放大器库。
CMOS.Lib:
CMOS数字集成电路库。
DIODE.Lib:
二极管库。
REGOLATOR.Lib:
稳压电源库。
包括7805,7812,LM317,TL431。
RELAY.Lib:
继电器库。
SCR.Lib:
晶闸管库。
SimulationSymbols.lib:
基本仿真元器件库。
包括电阻,电容,电感,各种电源等。
TIMER.Lib:
时基电路库。
TUBE。
Lib:
电子管库。
UJT.lib:
单结晶体管库。
TRIAC.lib:
双向晶闸管库。
SWITCH.lib:
开关元器件库。
OPAMP.lib:
运算放大器库。
JFET.lib:
结型场效应晶体管。
选择SimulationSymbols/.lib,查看基本仿真元器件。
CAP:
电容。
CAP2:
电解电容。
INDUCTOR:
电感。
RES:
电阻。
VSRC:
直流电压源。
VSIN:
正弦电压源。
VPULSE:
脉冲电压源。
1.4.3选取、放置元器件
步骤
(1):
在BrowseSch标签中选择对象。
单击加载库列表中的MySch.lib,则其包含的元器件名出现在元器件列表框中,单击选定电阻RES。
步骤
(2):
放置对象。
在选定对象后,单击Place按钮,移动鼠标至工作区。
在合适的位置单击,则该元器件被放置在图纸上,右击退出放置状态。
常见元件的识别
1电阻
(1)按电阻上的色标读出电阻的阻值。
(2)用万用表测量电阻的“阻值”,并与读数加以比较。
2电位器
(1)看“标称值”。
(2)用万用表测量电位器的阻值,要求阻值必须连续变化。
3电容
(1)用三用表测量电容电阻。
其中,磁片电容的电阻必须为无穷大,电解电容的电阻要求在兆欧以上。
(2)电容管脚较短的一端是负极。
4二极管
(1)用万用表测量单向导通电压(硅管:
0.7V,锗管:
0.2V)。
(2)看二极管是光标有彩色圆圈(蓝/白/黑)的一端是负极。
5三极管
(1)用万用表HFE档测量电压放大系数。
(2)管脚顺时针方向依次为:
EBC/BCE。
6发光二极管:
用万用表测量到同电压(1.6V),而且二极管亮灯。
7集成芯片的检验。
1.4.4元器件布局
布局原则
布局原则应该是以核心器件为基准,合理分散,间距得当,便于连线。
布局的基本操作
在布局过程中,将应用到元器件对等的选定、移动、旋转等操作。
(1)选定操作
选定一个对象。
拖动鼠标,利用其画出的矩形框围住这个元器件对象,默认情况下,其四周会出现黄色的矩形框,表示该元器件被选定。
选定区域内对象。
利用其画出的矩形框围住这个区域,则区域内所有对象处于选定状态。
(2)取消选定
取消选定就是撤销元器件的选定状态。
最直接的方法是单击主工具栏的图标
,则会取消所有元器件的选定状态。
(3)移动对象
移动一个对象。
单击该对象图形符号,并拖动鼠标,则可以实现该元器件的移动操作。
移动多个对象。
首先选定这几个对象,让后拖动其中任意一个对象,则被选定的对象,将一起移动。
(4)旋转对象
由于电路布局和连线的需要,旋转对象是必要的。
单击对象并按住鼠标左键不放,按“X”键,实现水平翻转;按“Y”键,实现垂直翻转;按空格键,实现90°的旋转。
如图1.13所示。
图1.13旋转
1.4.5删除对象
在放错元器件时,单击放错元器件选中,点击键盘上的“DELETE”键就删除该放错的元件了。
1.4.6连线
(1)进入画线状态
选择菜单View-Toolbars-WiringTools打开画线工具栏,单击画线工具栏的图标
进入画线状态,此时出现十字光标。
(2)画线
移动十字光标指导线起点(如某个元器件的引脚处),在十字光标的中心出现一个黑色的圆点,表明导线起点已经确定,点击鼠标,则画下起点。
向导线终点位置移动鼠标,当移动鼠标至导线终点出,在十字光标中心再次出现黑色圆点后,单击鼠标,则画下了该断导线。
如图1.14
画起点画终点画线完成
图1.14画线
1.4.7修改属性以修改电阻为例:
双击电阻的图形符号,打开其属性对话框,如图1.15所示。
在该属性框中,LibRef选项表示该对象在元器件库中的名称;Footprint选项表示该对象的封装形式;Desional选项表示该对象的标号;PartType选项表示元器件的标称值或型号;SheetPath选项表示对象所在的电路;Part选项表示对象功能单元的序号;Selection选项表示该对象是否被选定;HiddenPins选项表示是否显示被隐藏的引脚。
电阻,电解电容,直流电压源等元器件具有欧洲图形,可以在元器件属性设置窗口的图形(GraphicalAttlrs)设置页面将图形模式(Mode)从(Normal)转换成DeMorgan。
如图1.16所示。
图1.5改变元件性能
图1.16元件性能
1.5元件规则检查
一般情况下,ERC检查采用默认选项及其设置。
这里采用默认设置。
1.5.1启动“ERC”
单击菜单Tools-ERC...,打开“ERC”设置对话框,如图1.17、1.18所示。
单击OK按钮自动进行ERC检查,并生成检查报告,扩展名为.Erc。
图1.17ECR检查
如对图1.18进行检查:
图1.18进行检查
单击菜单Tools-ERC...,点击OK按钮,开始电气规则检查,并生成检查报告如图1.19所示。
图1.19生成检查报告
1.5.2分析检查报告内容
该报告内容显示,原理图无错误存在。
1.5.3修改错误
若检查有错误,则回到原理图中,会发现发生错误的地方有红色的标记
。
将错误处修改然后重新进行ERC,报告显示没有错误,如图1.19所示。
1.6创建网络表
网络表是连接原理图与PCB的纽带。
网络表是一种文本格式的文件。
网络表的内容是由两个部分组成的,第一部分是元器件描述段,其中以“[”和“]”符号作为开头和结尾,描述一个元器件的标号、封装、标称值等信息。
第二部分是网络连接关系描述段,以“(”和“)”符号为开头和结尾,描述电气相连的引脚,同时赋予一个网络名。
1.6.1打开网络表属性
点击菜单Design-CreateNetlist...,打开“网络表属性”对话框,如图1.20所示,这里选择默认,单击OK按钮,进入下一步。
图1.20网络属性表
1.6.2生成网络表
系统按照设置,自动生成网络表,扩展名为.Net。
1.7原理图的仿真
Protel99SE可以对模拟和数字信号混合电路仿真。
其仿真引擎使用的是伯克利分校的SPICE/XSPICE。
它可以让我们精确地仿真由各种器件,比如TTL、CMOS、BJT等构成的电路。
Protel99SE中支持的电路分析类型有:
静态工作点分析,交流小信号分析,瞬态分析,傅立叶分析,噪声分析,直流分析,参数扫描分析,温度扫描分析和蒙特卡罗分析。
可用于仿真的电路,必须满足以下条件:
首先,必须用仿真库中的器件(或用户自己建的元器件仿真模型和器件)搭成电路,仿真库在\\DesignExplorer99SE\Library\Sch\Sim.ddb文件中;
其次,必须有激励源;
再次,对所关心的节点建立网络标号,如需要,设定初始条件。
1.7.1电路仿真的步骤
进行电路仿真的步骤如下:
(1)在原理图编辑其中加载仿真元器件库“Sim.ddb”。
(2)在电路图上放置仿真元器件。
并设置元器件的元器件的仿真参数。
(3)连线绘制仿真原理图。
(4)在仿真原理图中添加电源及激励源。
(5)设置仿真节点及电路初始状态。
(6)仿真前,先对电路原理图进行ERC检查。
(7)设置仿真分析的参数。
(8)对电路仿真进行运行并获得结果。
1.7.2仿真设置说明
在进行仿真前,设计者必须选择电路分析的方法,收集的变量数据,以及仿真完成后自动显示的变量波形等。
完成了对电路编辑后,设计者此时可以对电路进行分析工作。
单击菜单Simulate-Setup命令,进入仿真器的设置,再单击Setup选项,将启动”仿真器设置”对话框。
在[General]选项中,设计者可以选择分析类别。
1.7.3仿真分析
Protel中支持的电路分析类型有:
静态工作点分析,交流小信号分析,瞬态分析,傅立叶分析,噪声分析,直流分析,参数扫描分析,温度扫描分析和蒙特卡罗分析。
可用于仿真的电路,必须满足以下条件:
首先,必须用仿真库中的器件(或用户自己建的器件仿真模型和器件符号)搭成电路,仿真库在\\DesignExplorer99SE\Library\Sch\Sim.ddb文件中;
其次,必须有激励源;对所关心的节点建立网络标号;如需要,设定初始条件。
仿真(Simulation)菜单项
(1)Run
运行仿真命令,与工具条上的
按钮,如想终止仿真过程,(
)按钮。
(2)Sources
此子菜单罗列出了较常用的激励源。
我们在搭电路时,可以从这里找到常用的直流信号源、正弦信号源、脉冲信号源。
除了这些常用的信号源外,Protel99SE还支持指数源、分段线性源、单频率调频源、多项式源。
下面将分别介绍:
①.正弦源(Sin)
双击正弦源,就可以看到它的属性选项。
DCMagnitudeDC幅度(忽略)
ACMagnitudeAC幅度(交流小信号分析时,通常为1V)
ACPhaseAC相位
DCMagnitude
DC幅度(忽略)
ACMagnitude
AC幅度(交流小信号分析时,通常为1V)
ACPhase交流相位
InitialValue初始电压
PulsedValue脉冲电压值
TimeDelay延迟时间
RiseTime上升时间
FallTime下降时间
Phase脉冲相位
Period脉冲周期
在Protel99SE中,脉冲电压源为VPULSE,脉冲电流源为IPULSE。
(3)CreateSPICENetlist
建立SPICE网表,Protel99SE在仿真之前要生成网络表文件,然后传递给SPICE去仿真。
(4)Setup
仿真设置。
仿真设置是否合理,直接影响到仿真结果。
下面我们将对仿真参数设置加以说明。
1.8实例原理图仿真分析
仿真原理图如下图1.21所示
图1.21仿真原理图
1.8.1静态工作点分析
设置如图1.22所示。
图1.22进行仿真
点击按钮,RunAnalyses即得结果。
如图1.23所示。
Q
图1.23仿真图
1.9用protel99se制作印刷电路版的基本流程
1.9.1原理图的封装
对如下图1.24所示进行封装。
图1.24原理图
步骤1:
对原理图中的原件进行封装,将电源用Miscellaneous.Lib中单列直插式两管脚连接器代替,单击其符号打开参数属性设置页面,如图1.25所示。
在Footprint项中设置为SIP2,单击OK完成设置。
图1.25进行封装
或者单击参数属性页面设置中的Global,如图1.25.1所示。
对电阻的设置,为axial0.3,单击OK按钮,弹出如图1.26提示框,单击OK,完成原理图中所有电阻的封装。
用此方法经原理图中的三极管进行封装。
三极管封装为To-126。
封装后的原理图如图1.27所示。
图1.25进行封装
图1.26封装完成
图1.27封装后的原理图
步骤2:
执行菜单Design/CreateNetlist,弹出如图1.28所示对话框,单击OK按钮。
即出现网络表,如附录一所示。
图1.28网络表
步骤3:
执行File/New键,在打开的窗口中双击PCBDocument,建立PCB文件
步骤4:
在Browse中选择Libraries,然后点击Add/Remove,在页面中查Libraries,在其所含文件中,选择Pcb,添加其中的Miscellaneous.Lib、PCBFootprint.Lib、GeneralIC.Lib。
点击Add按钮,加载成功。
如图1.29所示。
图1.29PCB基本图
步骤5:
单击键盘上Q键,进行单位换算,将英制单位换算成公制单位,单击Design/Option,打开如图1.30所示界面。
选中VisibleGrid,其内容设置为1mm,另一项内容设置为10mm,单击OK确定。
图1.30转换单位
步骤6:
运用PlacementTools中的设置坐标图标
、
和
,在KeepOutLayer层中绘制PCB板,其大小80mm*80mm。
如图1.32所示
图1.31绘制PCB板
执行菜单Design/Rules,如图1.33所示。
打开规则设置页面,如图1.34所示,选择RuleClasses中的RoutingLayers,点击Properities进入设置页面,在RuleAttributes的TopLayer选择NoUsed,BottomLayer选择Any,如图1.35所示。
图1.32设置线条
图1.33设置板层
步骤7:
执行Design/LoadNet,如图1.34所示。
将网络表(附录一所示)导入对话框
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