1、第二章Protel99SE原理图设计基础2.1 原理图一般设计步骤 电路原理图设计是整个电路板设计的第一步，是电路设计的基础。由于后续的印刷电路板设计工作是以此为基础的，因此电路原理图设计的好坏直接影响到印刷电路板的设计工作。一般其设计流程如下图2-1所示。图2-1 原理图一般设计流程是编辑与调整新建一个原理图文件原理图图纸大小设置电气原理测试或模拟从元件库中选择和放置元件原理图的布线是否合格？文档的存盘和打印结束否3.原理图的布线 将原理图中各个孤立的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来构成一个完整的电路图。Protel 99 SE为用户提供了一个方便的布线工具（WringTools）来完
2、成此项工作。4.建立网络表 用户可通过Protel 99 SE/Schematic所提供的各种报表工具，生成各种所需的报表。其中最主要的是网络表。网络表文件是一个文本（.txt）格式的文件，在进行印刷电路板的绘制及自动布线时就要用到网络表文件。5.电气原理测试和模拟 直接在原理图上进行测试和模拟是计算机辅助电路设计明显优于传统手工电路绘制的一项重要功能，通过测试可找出一些违背电气法则的地方，提交一个错误报告，并在电路上标出出错之处。6.编辑与调整 如果原理图顺利地通过了电气原理图测试，就可以打印输出了，否则就要重新回到前面的步骤进行编辑和调整。7.文档的存盘和打印 在原理图的设计过程中要注意存
3、盘。设计好的原理图可打印输出，Protel 99 SE提供了方便的打印格式设置和所见即所得的预览功能。2.2 原理图编辑器及其常用绘制工具 Protel99 SE系统提供了七个设计界面,它们分别是原理图设计编辑器(Sch)、印制电路板设计编辑器(PCB)、原理图元件库编辑器(SchLib)、印制电路板元件封装库编辑器(PCBLib)、表格处理编辑器(Spread)、文字处理编辑器(Text)和波形文件编辑器（Wave）。原理图编辑器实际就是提供一个绘图环境的界面，在此用户可以绘制自己的电路原理图，生成相应的表格文件，为后续的印制电路板设计做好基础。2.2.1 进入原理图编辑器 在Protel
4、99SE主界面下，点击File/New下拉菜单命令建立新的设计数据库，或者点击File/Open打开已有的设计数据库，界面如图2-2所示，这在上一章我们已经见过。也是进入其它设计界面的起始点。执行当前的菜单中的File/New命令，系统弹出New Document对话框，如图2-3所示。选取Schematic Document图标，然后单击OK按钮。也可以通过打开Document文件夹在其下面产生相应文档。如果不给其起名程序将自动以sheet+数字1.Sch的方式自动命名，如图2-4所示。双击sheet1文件，即进入原理图编辑器，如图2-5所示。现在可以进行电路图的绘制了。图2-2 设计界面
5、图2-3 新建文件对话框图2-4 生成sheet1文件的界面图2-5 原理图编辑器界面2.2.2 原理图常用绘制工具 Protel 99SE 原理图编辑器窗口主要有主菜单栏、主工具栏、绘制工具和专用工具组成。1.主菜单栏 主菜单栏上共有十一个项目，如图所示。下面仅对主要项目作介绍。Edit（编辑）：用于对原理图进行各种编辑修改操作；View（查看）：用于对原理图编辑界面进行设置；Place（放置）：在图纸上放置各种元素，如元器件、连线等；Design（设计）：用于更新对应的PCB文件信息，生成网络表、元器件库等；Tools（工具）：使用电气规则检查原理图，重新标注元器件编号，以及修改与设置系统
6、参数等；Simulate（仿真）：完成电路仿真的选项设置和启动；PLD：用于PLD设计；Report（报告）：用于产生原理图的各类报表。2.主工具栏 主工具栏主要为系统常用命令按钮，如图所示。可以通过菜单命令View/Toolbars/Main Tools打开和关闭。主要功能介绍如下：（Tools/Up/Down Hierarchy）在不同层次原理图之间进行切换；：（Tools/Cross Probe）交叉定位；：（Edit/Cut）剪切已选择对象；：（Edit/Paste）将剪贴内容粘贴到设计图上；：（Edit/Select/Inside Area）选择矩形框内元素；：（Edit/DeSel
7、ect/All）撤销已选对象；主要功能 ：（Edit/Move/Move Selection）移动已选对象；：（View/Toolbars/Drawing Tools）关闭或打开绘图工具栏；：（View/Toolbars/Wiring Tools）关闭或打开连线工具栏；：（Simulate/Setup）打开仿真的选项设置项；主要功能 ：（Simulate/Run）启动仿真；：（Design/Add/Remove Library）加载/卸载元件库；：（Design/Browse Components）浏览元件库中元件；：（Edit/Increment Part Number）元件编号加一；3.绘
8、制工具 绘制工具分为图形绘制工具和原理图绘制工具，可以通过菜单命令View/Toolbars/Drawing Tools和View/toolbars/Wiring Tools打开和关闭。4.专用工具 一般可以通过主菜单栏的View/Toolbars中的相应条目打开和关闭。它们有电源与接地工具（Power Objects），常用器件工具（Digital Objects），模拟信号源工具（Simulation Sources），PLD工具（PLD Tools）。2.2.3 绘图区域的放大与缩小 用户在绘图过程中，需要经常查看局部或整张原理图，故常常要改变显示区域大小。使用菜单命令放大或缩小显示区域
9、 使用键盘实现图纸的放大和缩小1.使用菜单命令放大或缩小显示区域 Protel 99SE提供了View下拉菜单来控制显示区域的控制，如图所示。Fit Document：显示整张电路图；Fit All Objects：全部绘图元素显示在工作区；Area：显示用户设定的区域。该命令需要用户选定一块区域，执行后将显示用户选择的区域内容；Around Point：显示用户确定点周围区域。该命令执行时需要用户确定显示的中心位置，单击后显示确定点周围区域。选择不同比例显示：View提供50%、100%、200%和400%四种显示比例方式；Zoom In和Zoom Out：放大和缩小显示区域；Pan：移动显
10、示位置。先移动光标至目标点，再执行该命令，执行后，目标点处于显示中心；Refresh：更新当前显示界面。View下拉菜单打开界面 2.使用键盘实现图纸的放大和缩小 放大：按PageUP键，放大绘图区域；缩小：按PageDown键，可以缩小绘图区域；归中：按Home键，回到工作区中心位置；更新：按End键，刷新当前显示区域；移动当前位置：通过四个方向键来调整实现。2.3 图纸属性设置用大小合适的图纸来绘制电路图，可以使显示和打印都相当清晰，同时也比较节省磁盘存储空间。一般参数主要为尺寸、方向、标题栏、边框底色和栅格大小等。先打开设置图纸参数属性对话框。执行菜单命令Design/Options即可
11、弹出。主要内容1.设置图纸大小2.自定义图纸大小3.设置图纸的方向4.设置标题栏的类型5.设置图纸栅格6.设置自动寻找电气节点7.辅助功能设置图2-19 图纸属性设置对话框 1.设置图纸大小 Protel 99 SE提供了十多种常用的英制和公制尺寸的图纸规格供用户选择，用户也可以根据自己需要自定义图纸尺寸。上图右上角的Standard Style（标准图纸样式）用来选择标准图纸的大小，用鼠标单击下拉按钮进行选择，图纸大小如下表所示（1英寸25.4mm）。Protel 99 SE提供的标准图纸尺寸 尺寸宽度高度（英寸）宽度高度（毫米）A11.008.50279.40215.90B17.0011.
12、00431.80279.40C22.0017.00558.80431.80D34.0022.00863.60558.80E44.0034.001078.00863.60A411.698.27297210A316.5411.69420297A223.3916.54594420A133.0723.39840594A046.8033.071188840OrCAD A9.907.90251.15200.66OrCAD B15.409.90391.16251.15OrCAD C20.6015.60523.24396.24OrCAD D32.6020.60828.04523.24OrCAD E42.803
13、2.80Letter11.008.50Legal14.008.50Tabloid17.0011.002.自定义图纸大小 默认的图号为B。如果不使用标准样式的图纸，可在Custom Style（用户自定义）区域设置。首先选中Use Custom Style，然后在下面的各栏中输入自定义图纸的大小。其中Custom Width是图纸的宽度，最大为6500mil（1mil0.01英寸）；Custom Height是图纸的高度，最大为6500mil；X Ref Region Count是图纸边框横轴参考格点数，在图纸上指边缘的1、2、3、4；Y Ref Region Count是图边框纵轴参考格点数，
14、在图纸上指边缘的A、B、C、D；Margin Width是边框的宽度。3.设置图纸的方向 对话框左边Options区的Orientation栏用来设置图纸的方向，横放（图形水平放置）选Landscape，竖放（图形垂直放置）选Portrait。4.设置标题栏的类型 Protel 99 SE提供两种图纸标题栏格式Standard和ANSI，Standard为普通型，ANSI为美国国家标准类型，可通过对话框中的Title Block选项决定是否选用。该项选中后，其右边的下拉菜单才能指定以上两项标准图纸中的一种。用户也可以按自己的要求或其他标准重新设计标题栏。附：标题栏的设计方法：取消选中Title
15、 Block项，就不显示Standard和ANSI标题栏。用划线工具Place Line按要求画出标题栏框线，用文本工具Place Annotation在格内放置文字。图中“.TITLE”和“.ORGANIZATION”等前面带“.”的字符串称为特殊字符串。其意义如图2-20中对应栏目左端中文栏目名称所示。如果希望在输入这些特殊字符串的位置显示出内容来，就打开Tools/Preferences命令对话框，将其中Graphical Editing选项卡中的 Convert Special Strings项取消选中，如图2-21所示，可见特殊字符串的内容显示出来了。待全部特殊字符输入完后再选中该项
16、，所有特殊字符内容全部消失，说明已经被转换。要输入图2-20标题栏中各项内容，可打开图2-19中的Organization选项卡，其中各文本框与图2-20各项对应关系如图2-21所示。在各文本框中输入标题内容，按OK按钮，标题内容就填入了标题栏中。要选择放置特殊字符串，在放置文字的属性中进行选择。图2-20 标题栏中特殊字符串 图2-21 显示字符串内容 5.设置图纸栅格 图2-19中的Grids区用来设置Snap On（锁定栅格）和Visible（可视栅格）。Snap On是指光标移动的基本单位。例如Snap On设定为10时，十字光标都以10为基本单位移动，目的是为了方便对准目标或引脚。V
17、isible是指图纸上实际显示的栅格的距离，默认值为10，它不会影响十字光标的位移量，只会影响视觉效果。6.设置自动寻找电气节点 图2-19中的Electrical Grid区用来设置是否具有自动寻找电气节点功能。如果选择Enable复选框有效，并在Grid中输入一个有效值（如8），则系统会在画导线时以设定值8为半径，以当前光标为中心，向四周搜索电气节点，如果找到最近的节点，就会把十字光标移到该节点上，并在该节点上显示一个圆点。7.辅助功能设置 Show Reference Zones复选框用来设置显示的图纸边框中的参考坐标，默认应选中；Show Border复选框用来设置是否显示图纸边框；S
18、how Template Graphics复选框用来设置图纸的模板图形；Border Color用来设置图纸边框的颜色，默认为黑色；Sheet Color用来设置工作区的颜色，默认为黄色。8.图纸信息设置 单击图2-19所示对话框中的Organization选项卡，可打开图纸信息设置对话框，如图2-22所示。Organization：设置单位或公司名称；Address：设置单位或公司的地址；Sheet：设置原理图的序号（No.）和其所在项目里图纸的总数；Document：设置图纸的其他信息。本图纸标题（Title）、编号（No.）和版本（Revision）。图2-22 图纸信息设置对话框2.4
19、 元器件库 Protel 99SE将很多常用的元器件分门别类地放在不同的元件库中。Schematic 99 SE的元器件库很多，一次装入太多将会占用过多的系统资源，所以应根据需要装入和卸载相应的元器件库，以及使用查找功能查找所需要的元器件。主要内容1.装入元器件库2.查找元器件3.放置元器件2.4.1 装入元器件库 元器件库管理器位于原理图绘制管理器的左侧，单击Browse Sch选项卡就进入了元器件库管理器，如图所示。通常先装入常用元件库。图2-11元件库管理器 操作方法：先单击图2-11中Browse下拉按钮，选择Libraries项。再单击Add/Remove按钮，可弹出如图2-12所示
20、的元件库管理对话框。载入需要的元器件库。Schematic 99SE默认的元器件库路径为c：Program Filesdesign Explorer 99 SELibrarySch。在文件列表框中选择常用元器件库Miscellaneous Device.ddb文件，双击它或者选中后单击Add按钮，即可将元件库加入到Selected Files栏里，如图2-12所示。选择好需要装载的库文件后，单击OK按钮即可，界面与图2-11所示类似，只与载入的元器件库种类有关。要卸载已装入的元件库，再单击图2-11所示的元件库管理器中的Add/Remove，然后在弹出的图2-12的对话框中的Selected
21、Files栏里选中该文件，再单击Remove按钮即可。图2-12 元件库管理对话框2.4.2 查找元器件 在Protel 99 SE中使用元器件库管理器的自动查找功能可方便地查找绘图所需的元器件符号。1.输入待查元件的名称 单击元器件库管理器下面的Find按钮，出现如图2-13所示的对话框。图中的Find Component区域确定按什么方式查找元件，分By Library Reference（按元件名称）、By Description（按元件描述）两种方式。一般是按照元件名称查找，如果不知道确切的名称，可以输入通配符*（代表多个任意字符）或？（代表一个任意字符）。2.指定查找范围 Searc
22、h区域的几个选项用于指定查找的范围，建议均采用默认值，如图2-13所示。Scope指定查找的范围，有3项选择：Specified Path，指定查找路径，在下面的Path栏输入路径，如果没有输入路径，则默认的是Protel 99 SE所在的目录；Listed Libraries，表示从列出来的元器件库中查找；All Drivers，表示查找所有的硬盘，故选该项查找的时间比较长。一般选用默认的第一项。Sub Directories，如果选中此项，则连其下的子目录也一起查找；Find All Instance，如果选中此项，系统找到符合条件的元件就显示在下面的Found Libraries框中，然
23、后继续查找，直到查找完为止；如果不选此项，则系统找到一个符合条件的元件后，马上停止查找。File用于指定查找的文件类型，默认是*.ddb和*.lib，一般不要改变它。3.开始查找 单击Find Now按钮开始查找，查找结果如图2-14所示。如不想继续查找，可单击Stop按钮。4.查看查找结果 Found Libraries显示找到的库文件，该方框里列出了符合条件的元器件所在的元器件库。还可以把找到的元器件库装载到元器件库列表中，选中要装载的元器件库，单击Add To Library List即可。图2-13 查找元器件对话框图2-14 查找结果2.4.3 放置元器件1.选取元器件 可以有两种方
24、式，由元件列表中选取或者通过菜单命令。a.由元器件列表选择 这一操作应在元器件库管理器界面完成。如图2-15所示，在库元器件列表中选择需要的元件，在下面的窗口会显示将出现的符号样式，符合实际需要后，单击Place按钮，屏幕上即出现一个随鼠标指针移动的元器件符号，移到适当位置，单击鼠标左键即可。按鼠标右键，就可退出重复放置。图2-15 选择元器件b.通过菜单命令 通过菜单命令Place/Part或直接单击绘制工具栏上的按钮，对话框如图2-16所示。依次输入元器件名称、原理图流水号、型号和封装类型，单击OK后，其后过程和上面差不多，不需要时，单击Cancel即可退出。在元器件名称后有一个Brows
25、e按钮，点击后弹出窗口如图2-17所示。记不清名称时可以查阅库元器件及符号，和库文件管理器内容差不多。这比较适合熟悉库元器件内容者使用。图2-16 放置元器件对话框图2-17 打开Browse时界面2.使用工具栏放置如图所示，该工具栏提供了最常见元器件的符号供直接选择。2.5 原理图的绘制主要内容：1.绘图环境设置2.主要绘制工具3.基本绘制方法4.元件及其属性更改2.5.1绘图环境设置 这里主要涉及到光标、网格、元器件和电气节点。打开菜单命令Tools/Preferences，弹出如图2-21所示设置界面，该界面上有三个选项卡，分别是Schematic、Graphical Editing和D
26、efault Primitives，用来对图形编辑环境进行设置。图2-23 Schematic设置界面1.Schematic选项卡 Pin Option：设置与引脚相关参数。Pin Name Margin设置引脚名称与元器件边沿间的距离，Pin Number Margin设置引脚号与元器件边沿间的距离。Options：用于导线交叉点与导线拖动的设置。Auto-Junction设置自动放置节点，即有效时在导线交叉点处自动放置节点；Drag Orthogonal设置正交方式拖动，选择后，连线就只能在水平和垂直两个方向拖动。Multi-Part Suffix：用于设置多单元器件芯片中每一单元的序号。
27、Alpha按字母表示每个单元的顺序号，Numeric按数字表示每个单元的顺序号。Default Power Object Names：用于设置当前地线名称。Power Ground电源地，Signal Ground表示信号地。图2-24 Graphical Editing设置界面2.Graphical Editing选项卡 Options：Clipboard Reference剪切板参考点，一般选；Add Template to Clipboard将图纸模板复制到剪切板；Convert Special Strings转换特殊字符，选中后特殊字符串的内容会显示；Display Printer F
28、onts显示打印机中的字体；Center of Object目标中心，用于元器件移动，一般选；Objects Electrical Hot Spot目标电气热点，连线与引脚自动对齐功能，对齐后显示一个大黑点；Auto Zoom显示比例自动调整。Color Options：设置被选中对象的颜色和栅格的颜色。Undo/Redo：设置可以撤销的恢复次数。2.5.2 主要绘制工具 执行菜单命令View/Toolbars/Wiring Tools可打开或关闭原理图绘制工具，如图2-27所示即为原理图绘制工具。在菜单命令Place下也有相应按钮功能的命令。图2-27 原理图绘制工具表2-2 原理图绘制工具
29、及功能 图标 功能图标功能绘制导线绘制电路方框图绘制总线放置电路方框图进出端口绘制总线出入口放置输入输出端口放置网络标号放置节点放置电源和接地符号放置忽略ERC测试标记放置元器件放置PCB布线指示标记2.5.3 基本绘制方法1.绘制导线2.放置节点3.放置电源和接地符号4.绘制总线 5.放置电路输入输出端口 6.放置网络标号7.元器件编号自动标注8.放置注释文字 9.元器件位置的更改或移动10.元器件的旋转和镜像调整 1.绘制导线 单击工具栏里的连线图标或执行菜单命令Place/Wire，进入绘制导线状态，此时光标为十字形状态。将其移至需要连线的元件端点或器件引脚，十字的中间会出现一个小黑点，
30、表示光标已捕捉到元器件的连接点,此时单击鼠标左键,即确定导线的起点。移动鼠标拖曳线头，在转折处单击鼠标左键确定导线的走向，每转折一次就要单击一次，直至导线的末端时，单击鼠标左键，确定导线的终点。最后单击鼠标右键或按Esc键完成一次导线的绘制。移动光标继续绘制下一条导线。绘制完毕，还要再单击右键一次或按Esc键退出绘制导线状态，此时光标由十字形变成箭头状。2.放置节点 节点是区分两条导线在电气上是否连通的标记。在Schematic中默认两条有关节点的规则。一是在连线的十字交叉点，系统不会自动加入电气节点，需用户自己加入。二是在连线的T形交叉处，系统会自动加上电气节点。该项功能可以通过执行菜单命令
31、Tools/Preferences，在弹出的对话框中点选Schematic选项卡里的Auto-Junction选项取消即可。放置接点可以单击绘制工具栏的节点图标或执行菜单命令Place/Junction，进入放置状态，光标成十字形。移动到放置点单击鼠标左键，放置完毕要退出时，单击鼠标右键或按Esc键即可退出放置状态，鼠标恢复成箭头状。3.放置电源和接地符号 单击原理图绘制工具栏接地符号图标或执行菜单命令Place/Power Port，光标变成十字形，操作方法和前面放置节点相同。如果需要改变样式可双击放置的符号可弹出属性对话框，在Style的下拉菜单中选择；或在放置前按Tab键，也一样弹出相应
32、对话框；还有就是使用专用工具栏，如图2-31所示。可通过菜单命令View/Toolbars/Power Objects打开。图2-31 电源工具栏4.绘制总线 总线是有数条性质相同的导线组成。绘制方法和导线绘制差不多，但要注意，总线绘制必须与总线进出点绘制相联系，在需要调整角度时通过按空格键来实现。图2-32 总线绘制实例图2-33 总线进出端绘制5.放置电路输入输出端口 输入输出端口是电路与外界连接的接口，可在两个或两个以上的电路图上放置相同的输入输出端口，将这些电路图连接起来。放置时先确定一端，再确定另一端，然后才能结束放置。对其属性，根据需要适当修改。双击绘制好的输入输出端口或在绘制状态
33、按Tab键，都可以弹出图2-34所示的属性对话框。图2-34 端口属性对话框主要意义如下：Name：指定输入输出端口名称；Style：指定输入输出端口的形式，共八种，无电气意义；I/O Type：指定输入输出端口的类型，具有电气含义，有四种；Alignment：指定端口名称的对齐方式，它们是居左、居中和居右三种。6.放置网络标号 网络标号在电路图上具有实际的电气连接功能，与输入输出端口类似，可以在两个或两个以上电路图上放置相同的网络标号，将这些电路图连接起来。操作可以直接单击绘制工具栏中的网络标号图标或执行菜单命令Place/Net Label进行放置，结果如图2-33所示。其属性有两个主要选
34、项：Net：指定网络标号名称；Orientation：指定网络标号的放置方向。7.元器件编号自动标注 在元器件比较多的情况下，一般不需要每次都给其确定编号，可以在全部电路完成后，统一对其进行一次编号标注，包括编号的类型和方式。采取的方式是执行菜单命令Tools/Annotate，弹出如图2-35所示的对话框，进行设置。该对话框中有二个选项卡，基本选项卡中主要有三个部分可以调整。图2-35 自动标注对话框选项内容：Annotate Options：选择标注范围，一个下拉菜单栏和两个复选项。在下拉菜单中有四个内容：All Parts，对所有元器件进行标注；？Parts，只对未标注元器件进行标注；R
35、eset Designer，重置元器件序号，即回到未标注状态；Update Sheet Numbers Only，仅更新电路原理图的图号。复选项Current sheet only，只标注当前电路图；Ignore selected parts，标注时跳过已选元器件。Group Parts Together If Match By：组合元器件集中标注条件。Re-annotate Method：标注的方式，有四种。如果想进一步设置编号方式，可以进入Advanced Option高级选项卡，在这里可以给选定原理图设置元件编号的起始值和终止值，或者后缀方式。如图2-36所示。图2-36 高级设置选项卡
36、8.放置注释文字 有时，特别是比较复杂的电路图，需要添加一些文字注释，这不仅对自己以后检查还是别人观看，都有一定的益处。放置的方法是执行菜单命令Place/Annotation，通过属性对话框，在Text栏填入需要增加的文字，确认后即可。如图2-37所示，在文本窗口的下拉箭头上点击，在弹出的窗口中可以看到还有特殊字符串选择，这主要为自定义标题栏服务的。此外，如果文字较多，可以用添加文本框的方式完成。可以点击工具栏对应图标或执行Place/Text Frame。全部文字，包括元器件标号与说明，都可以进行位置的调整。可以有两种办法，一是单击选中后直接移动到所需位置，另一种双击弹出属性对话框，对坐标
37、值进行更改。图2-37 注释属性对话框及其文字选项9.元器件位置的更改或移动 有时候我们会对前面已经放置的元器件位置需要做适当的调整，这时就需要选定它们，连线，节点等也一样。主要有两种方法，选取和点选。1.选取常用有两种。a.第一种：用鼠标拖曳画框的方法选取。按住鼠标不放，这时鼠标中出现一个十字，沿对角线方向拖曳鼠标画出一个框，如图2-38所示。释放鼠标，框内对象即被选中，如图2-39所示。注意，拖曳时为黑虚线框，选中后为黄实线框，即为提醒状态。b.第二种：通过菜单命令选取。执行命令Edit/Select，出现如图2-40的下拉菜单选项。Inside Area，选择矩形框内所有图元，同工具栏内的工具；Outside Area，和前项选取正好相反；All，选择全部；Net，用于选择同一网络的所有图元；Connection，只选择某一连接。2.点选直接单击和菜单命令选择。直接单击：对要选择的对象快速单击左键，结果如图2-41所示。周围出现的是黑虚线框，和前面的选取出现的黄框不同。菜单命令：执行命令Edit/Toggle Selection，鼠标出现十字光标，单击要选择的对象即可，且可以连续选择不同对象。10.元器件的旋转和镜像调整
