1、Altium Designer 原理图与PCB设计及仿真谢龙汉 鲁力 张桂东电子工业出版社第三章绘制电路原理图 通过上一章的学习，相信读者对Altium Designer 10.0的原理图编辑环境有了深刻的了解，本章将以一个51单片机工作系统为总体脉络详细介绍Altium Designer原理图的编辑操作和技巧，该单片机系统以Philips公司的P89C51RC2HBP单片机为核心实现一个实时时钟数码管显示的功能，并能够通过RS232串口与上位机通信。元件库的操作查找与放置元器件元件的属性编辑元件的选取、剪切与移动导线的绘制与编辑总线的绘制与编辑网络标号的应用几何图形的绘制字符串、文本框和注释
2、的操作常见指示符的应用3.1元件库操作 与Protel等老版本不同，Altium Designer使用的是集成元件库，扩展名为*.IntLib。所谓集成元件库就是将各元器件绘制原理图时的元件符号、绘制PCB时的封装、模拟仿真时的SPICE模型以及电路板信号分析时用的SI模型集成在一个元件库中，使得设计者在设计完成原理图后无需另外加载其它的元件库就可以直接进行电路仿真或者是PCB设计，当然读者也可以根据自己的需要来设计单独的元件库，如原理图库（*.SchLib）、PCB封装库（*.PcbLib）等，另外Altium Designer还兼容Protel99 SE的元件库（*.Lib）。3.1.1元
3、件库的加载与卸载 Altium Designer的元件库非常庞大，但是分类明确，采用两级分类的方法来对元件进行管理，我们调用相应的元件时只需找到相应公司的相应元器件种类就可方便的找到所需的元器件。元件库名称是否激活元件库路径元件库的移动加载与卸载图3-2【Libraries】元件库文件操作3.1.2查找元器件 Altium Designer提供的元件库十分丰富，有时候即使知道了芯片所在的元件库并且加载到系统中了，也很难在众多的元件中找到自己所需的芯片，在这种情况下可以使用元件筛选的功能。元件筛选的功能主要应用于知道器件的名称并且已经载入该器件所在的库，但是由于器件太多不便于逐个查找的情况。图3
4、-10“*89C51*过滤结果”图3-9 Philips 八位微处理器元件库搜索条件框图3-11 元件搜索对话框搜索条件框逻辑关系式搜索项目项目描述图3-12 搜索助手对话框图3-11 元件搜索对话框 3.2元器件操作 图3-17 单片机时钟显示系统原理图3.2.1 放置元器件3.2.2编辑元件属性 3.2.3元件的选取 3.2.4元件剪切板操作 3.2.5撤销与重做 3.2.6元件的移动与旋转 3.2.7 元件的排列 3.2.1 放置元器件绘制电路原理图首先得找到绘制电路所需的所有元器件，P89C51RC2HBP单片机是系统的核心，因此我们先放置该器件然后以单片机为中心再扩展其他的外围器件。
5、在【Libraries】面板中载入“Philips Microcontroller 8-Bit.IntLib”元件库，并选中其中的P89C51RC2HBP单片机模型，点击右上角的【Place P89C51RC2HBP】按钮，就可以在绘图区放置P89C51RC2HBP单片机了。图3-18 放置器件对话框图3-19【Browse Libraries】元件库浏览对话框表 3-1 器件所在元件库分布器件器件名所在元件库单片机P89C51RC2HBPPhilips Microcontroller 8-Bit.IntLib数码管Dpy Red-CCMiscellaneous Devices.IntLib数
6、码管驱动芯片CD4511BCNFSC Interface Display Driver.IntLib译码器MC74HC138ADMotorola Logic Decoder Demux.IntLib晶振XTALMiscellaneous Devices.IntLib三极管NPNMiscellaneous Devices.IntLib串口电平转换芯片MAX232ACPEMaxim Communication Transceiver.IntLib9针接口D Connector 9Miscellaneous Connectors.IntLib蜂鸣器BellMiscellaneous Devices.
7、IntLib按钮SW-DPSTMiscellaneous Devices.IntLib电解电容Cap Pol1Miscellaneous Devices.IntLib瓷片电容CapMiscellaneous Devices.IntLib电阻Res2Miscellaneous Devices.IntLib电源插头PWR2.5Miscellaneous Devices.IntLib3.2.2编辑元件属性Altium Designer里面所有的元器件都有详细的属性设置，包括器件的名称、标注、大小值、PCB封装、甚至生产厂家等，设计者在绘图时需要根据自己的需要来设置器件的属性。打开元件属性设置对话框有
8、两种方法：读者可以在选取了器件移动光标到绘图区，器件图标还处在悬浮状态时按下键盘的【Tab】键；或者是在器件放置好后双击器件即可打开如图3-21所示的器件属性设置对话框，属性设置可分为几大区域，下面就来详细介绍器件的各属性设置。图3-22【Part】属性图3-23 多单元芯片图3-25 器件的参数信息图3-26 编辑器件参数3.2.3元件的选取元件的选取、复制、剪切与粘贴功能是原理图编辑过程中用的最多的操作，对于一名熟练的绘图者来说，使用鼠标和快捷键就能完成大部分的元件编辑操作，但是通过菜单的相关命令有时候却能大大提高绘图的效率，图3-33 元件的选择图3-34 重叠元件的选择图3-35 多个
9、元件的选取3.2.4元件剪切板操作用过Word编辑软件的读者都知道，Word的剪切板功能十分强大，能够存储若干次剪切或复制到剪切板的内容，非常幸运的是Altium Designer也采用了这一功能，点击右边弹出式面板的【Clipboard】标签，弹出图3-38所示的剪切板面板。若是弹出式面板标签栏没有【Clipboard】标签的话可在绘图区右下方的【System】里面选择。图3-39 拖动复制图3-40 Duplicate命令复制图3-41 橡皮章工具复制3.2.5撤销与重做 撤销操作：如果误删除了不该删除的器件或连线怎么板？不用急，执行【Edit】菜单的【Undo】命令或是点击工具栏的按钮就
10、可以撤销上次操作，可以多次点击按钮来撤销上几部的操作。该操作的快捷键是【Ctrl】+【Z】。重做操作：有撤销就必定有重做，执行【Edit】菜单的【Redo】命令或是点击工具栏的按钮就可以撤销上次操作，可以多次点击按钮来重复上几部的操作。该操作的快捷键是【Ctrl】+【Y】。3.2.6元件的移动与旋转 一张漂亮的电路原理图当然能得元器件排列整齐，布线得当，这就涉及到元件的移动、旋转和排列，系统提供的器件位置调整工具十分丰富，下面分别介绍。元件的移动：在Altium Designer中元件的移动靠鼠标就能快捷的完成，若是熟悉了系统提供的其他移动功能则有助于绘图效率的提高。图3-42 拖动单个器件图
11、3-43 拖动多个元件图3-44【Move】菜单选项图3-45 元件的拖拽图3-46 元件的拖动3.2.7 元件的排列 图3-52 图件的排列命令【Align】对齐：选中需要对齐的器件后执行该命令，则弹出图3-53所示的对齐操作设置命令：该设置可分为三个部分：【Horizontal Alignment】水平对齐：用于设置图件水平方向的对齐方式。【No Change】不变：保持原图件在水平上的排列顺序不变；【Left】左边：所有图件水平方向靠左对齐；【Centre】中间：所有图件水平方向居中对齐；【Right】右边：所有图件水平方向靠右对齐；【Distribute equally】均匀分布：水平
12、方向等距离均匀分布；【Vertical Alignment】竖直对齐：与水平对齐相对应，用于设置图件竖直方向的对齐方式。【No Change】不变：保持原图件在竖直上的排列顺序不变；【Top】顶部：所有图件竖直方向靠上对齐；【Centre】中间：所有图件竖直方向居中对齐；【Bottom】底部：所有图件竖直方向靠下对齐；【Distribute equally】均匀分布：竖直方向等距离均匀分布；【Move Primitives to Grid】：移动图件时，将图件对齐到附近的网络；图3-54 图件的水平方向对齐图3-55 图件的垂直方向对齐3.3电气连接 排列好元器件后紧接着就得将具有电气关系的器
13、件端口或管脚连接起来，绘制电气连接通常有三种方法：绘制导线、绘制总线和放置线路标示 3.3.1 绘制导线 3.3.2导线的属性与编辑 3.3.3放置节点 3.3.4绘制总线 3.3.5放置网络标号 3.3.6放置电源和地 3.3.1 绘制导线Altium Designer提供了专门的电源和接地符号，统称电源端口。电源和接地其实是一种特别的网络标号，只不过提供了一种比较形象的表示方法而已，电源和接地符号的网络名其实可以随便更改，连接到任意网络。图3-78 各式各样的电源端口Bar：条形端口，通常用来放置电源供电接口，所以在图3-78还提供了不同的电压等级供选择Wave：波浪端口Arrow：三角箭
14、头形端口Circle：圆形接口Power Ground：电源地Signal Ground：信号地Earth：大地图3-79 电源端口属性设置3.3.2导线的属性与编辑图3-80 放置非电气对象3.3.3放置节点当两条导线相交并要确定电气连接时就需要放置电气节点（Junction），一般情况下绘制导线时鼠标左键点击相交的导线系统就能自动生成电气节点（Auto-Junction），但是自动节点在导线移动时可能会消失，所以有时候需要自己手工放置电气节点（Manual-Junction）。图3-68所示跟别为自动节点和手动节点，自动节点默认为蓝色的实心原点，而手工节点则为暗红色的十字纽扣状，其中有电气
15、连接的手工节点外还有蓝色的圆晕。关于节点的相关默认设置可参考2.4.4【Compiler】编译器设定。图3-68 节点3.3.4绘制总线总线是一系列导线的集合，是为了方便布线而设计的一种线路，其实总线本身是没有任何电气意义的，只有和总线入口、总线标示组成总线入口才能起到电气连接的作用。总线通常用在元件的数据总线和地址总线上，利用总线和网络标号进行元器件之间的连接不仅可以简化原理图，还可以使整个原理图更加清晰明了。图3-70 总线使用示例3.3.5放置网络标号 执行【Place】菜单的【Net Label】命令或是点击工具栏的按钮进入网络标号放置状态。此时鼠标会变成白色形光标状，上面附带着一个网
16、络标号，倘若网络标号中带有数字的话每放置一次网络标号中的数字将会自动增加，移动光标到导线上，光标捕获到导线时会变成和网络标号一样的状，此时点击鼠标左键就成功放置了网络标号，同时该导线网络名也更名为网络标号名。3.3.6放置电源和地图3-78 各式各样的电源端口3.4.1 绘制图形 在Altium Designer中可以自己绘制各式各样的图形，这其中包括圆弧、椭圆弧、椭圆、饼图、直线、矩形、圆角矩形、多边形、贝塞尔曲线以及图形。图3-81 绘制圆弧四部曲图3-82 圆弧的在线编辑放置圆弧放置椭圆弧椭圆弧的放置与圆弧类似，不过椭圆弧的绘制要分5步来完成执行【Place】|【Elliptical A
17、rc】命令放置椭圆弧，第一次放置椭圆时光标上会附着一个圆弧，选定合适的位置后放置椭圆弧的圆心；选定合适的距离后确定椭圆弧的X轴半径；选定合适的距离后确定椭圆弧的Y轴半径；选定合适的位置后确定椭圆弧的起点位置；选定合适的位置后确定椭圆弧的终点位置；图3-84 椭圆弧的在线编辑放置椭圆：椭圆的绘制只需三步：执行【Place】|【Elliptical】命令放置椭圆，第一次放置椭圆时光标上会附着一个圆，所以Altium Designer并没有专门的绘制园的指令，选定合适的位置后放置椭圆的圆心；选定合适的位置后确定椭圆的X轴半径；图3-85 绘制椭圆图3-86 椭圆属性设置放置饼图饼图的绘制与圆弧类似分
18、四步完成：执行【Place】|【Pie Chart】命令放置饼图，选定合适的位置后放置饼图的圆心；选定合适的距离后确定饼图的半径；选定合适的位置后确定饼图的起点位置；选定合适的位置后确定饼图的终点位置；图3-87 饼图的绘制放置直线直线绘制与电气导线的绘制类似，只不过直线是没有电气属性的，执行【Place】菜单的【Line】命令进入直线绘制状态，在绘图区选定合适的位置后点击鼠标左键确认直线起点；拖动鼠标拉出线段，找到下一个位置点击鼠标左键确认中间的节点；绘制多个中间节点，要确认终点时只需双击鼠标左键然后点击鼠标右键完成直线的绘制。再次单击鼠标右键可退出直线绘制状态。图3-88 绘制直线图3-8
19、9 直线的属性设置 放置矩形矩形的放置很简单，执行【Place】菜单的【Rectangle】命令，光标上便会附着一个黄色的矩形，这时光标并不一定会在矩形的中央，找到合适的位置点击鼠标左键固定矩形的一个角，光标便会自动移至矩形的另一个对角，拖动光标可移动矩形的对角线，再次点击鼠标就可以固定矩形了。图3-93 矩形的绘制图3-94 矩形的在线编辑放置圆角矩形圆角矩形的放置与矩形类似，执行【Place】菜单的【Rectangle】命令，光标上便会附着一个灰色的圆角矩形，移到合适的位置后先确定圆角矩形的第一个对脚，再移动鼠标确定圆角矩形的另一个对角，一个圆角矩形便绘制完成了。图3-96 圆角矩形的属性
20、设置 放置多边形执行【Place】菜单的【Polygon】命令进入多边形绘制状态。如图3-98所示，多边形的绘制与直线的绘制过程类似，首先放置多边形的第一个节点，然后放置多边形的第二个节点，不同之处在于放置过程中第一个节点和最后放置的一个节点总是相连的，即绘制出来的图形总是一个封闭的图形。放置完最后一个节点后双击鼠标左键再单击鼠标右键结束多边形的绘制。图3-98 多边形的绘制过程图3-99【Polygon】选项页放置贝塞尔曲线贝塞尔曲线的形状由4个点来确定，因此其绘制过程也可以分为四步：执行【Place】菜单的【Bezier】命令，移动鼠标确定曲线的起点；移动光标拉出曲线，确定第二个控制点，此
21、时曲线显示为直线；移动光标使直线发生弯曲，确定第三个控制点，此时曲线呈圆弧状；再次移动光标产生第二个圆弧，确定第四个点。此时曲线已经绘制完毕，可继续绘制下一条贝塞尔曲线，下一条曲线将与本条曲线首尾相连。图3-101 贝塞尔曲线的绘制与编辑 放置图片Altium Designer的原理图文档中可以放置图片。放置图片时先要放置一个图片框，图片框是图片的载体，放置与矩形的放置相似：选择【Place】菜单的【Graphic】命令进入图片放置状态，然后分别确定图片框的两个对角点，当确定第二个对角点后系统会自动弹出图3-103所示的图片选择对话框。选择合适的图片确认，鼠标上会附着一个矩形图片框，移至图片放
22、置位置点击鼠标左键确认，图片就成功插入。图3-103 图片选择对话框3.4.2放置字符串 在Altium Designer中可以使用【Text String】字符串来显示原理图的相关信息。执行【Place】菜单的【Text String】命令，或是点击【Utilities】工具栏的按钮，进入字符串放置状态。此时光标上粘附了一个“Text”字样的字符串，移到合适的位置点击鼠标左键就能放置字符串。图3-105 字符串属性设置3.4.3放置文本框【Text String】字符串可以对电路图进行简单的文字说明，若要进行较多的文字说明的话，可以使用文本框，在文本框中可以放置整段文字，或整篇文章。选取【P
23、lace】菜单的【Text Frame】命令，并与绘制矩形相同的方法绘制出一个文本框。图3-107 文本框的属性编辑3.4.4放置注释 注释【Notes】的功能与文本框一样，都是为了给原理图提供说明信息，不过注释的应用更为灵活，如图3-109，注释有两种显示状态：展开显示状态和叠起状态。展开显示时与文本框显示一样，点击注释左上角的小箭头就可使注释卷叠起来，如3-109中图所示，这样可以节省原理图的空间，此时若是将光标移至叠起的三角形上，则系统会提示该注释的具体信息，再次点击小三角形注释就会自动展开。图3-109 注释的显示状态图3-110 注释的属性编辑3.5放置指示符 Altium Desi
24、gner为用户提供了一系列的指示符操作。指示符【Directives】本身不具备电气意义，也不会对电路的电气功能发生影响，但是它却为电路的设计提供了附加的功能，方便用户的设计过程。点击【Place】菜单下的【Directives】，弹出所有的指示符命令，如图3-111所示，下面就讲解一些常用的指示符功能。图3-111 放置指示符3.5.1放置忽略错误规则检查 图3-112 No ERC效果图3-113 No ERC标记属性设置3.5.2放置编译屏蔽 图3-114 编译屏蔽效果图3-115 编译屏蔽属性设置3.5.3放置PCB布局 图3-116 放置PCB Layout图3-117 PCB Layout 属性设置图3-118 PCB Layout规则属性设置
