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电子线路辅助设计实训
摘要
摘要
随着科学技术日新月异的发展，计算机的出现与发展给我们的生活带来了许多方便，现在对以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可剪裁，适应应用系统对功能，成本，体积，可靠性，功耗严格要求的计算机嵌入式系统的应用越来越多，同时为了其开发出现了一系列的开发工具。
电子技术的飞速发展和印制电路板加工工艺不断提高，大规模和超大规集成电路的不断涌现，现代电子线路系统已经变得非常复杂。同时电子产品有向小型化发展，在更小的空间内实现更复杂的电路功能，正因为如此，对印制路板的设计和制作要求也越来越高。快速、准确的完成电路板的设计对电子线工作者而言是一个挑战，同时也对设计工具提出了更高要求。其中基于DXP的电子线路辅助设计实训使得我们对学习嵌入式操作系统中的电路板的设计形成过程变得更加明了与熟悉。而现在的嵌入式功能逐渐完善和增强，其复杂程度和科技含量越来越高，随之带来了对其电路板以及电路板上各个元器件的精密要求越来越高。DXP为我们提供了一系列的库元件以及其对原理图和PCB的详细设计过程，为我们设计电路板提供了更好的服务，同时为我们进行嵌入式研究提供了更好的基础。
关键词 嵌入式系统，DXP，电路板
I 电子线路辅助设计实训
目录
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摘 要...........................................................................................................................................I 第一章 绪 论.....................................................................................................................1.1 实训题目..............................................................................................................1.2 实训目的..............................................................................................................1.3 实训器材..............................................................................................................1.4 实训要求..............................................................................................................第二章
Protel DXP简介.....................................................................................................2.1 DXP简介..............................................................................................................2.2 DXP工作界面......................................................................................................2.3 DXP的使用方法..................................................................................................2.4 系统设计..............................................................................................................第三章 原理图设计.............................................................................................................3.1 原理图设计步骤..................................................................................................3.2 原理图设计具体流程..........................................................................................3.3 原理图库的建立................................................................................................第四章
PCB设计..............................................................................................................4.1 元器件封装概述................................................................................................4.2 创建封装库大体流程........................................................................................4.3 绘制PCB封装库具体步骤和操作..................................................................4.4 印刷电路板........................................................................................................第五章
整体设计与实现...................................................................................................5.1 制作的原理图....................................................................................................5.2 生成PCB图......................................................................................................第六章
遇到的问题及解决方法.......................................................................................6.1 遇到的问题........................................................................................................6.2 解决的办法........................................................................................................6.3 系统调试............................................................................................................总 结.....................................................................................................................................致 谢.....................................................................................................................................电子线路辅助设计实训
第二章
Protel DXP简介
第二章
Protel DXP简介
2.1 DXP简介
Protel DXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。它能够处理各种复杂的PCB设计过程。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，Protel DXP提供了全面的设计解决方案。
电路设计自动化（Electronic 设计 Automation）EDA 指的就是将电路设计中各种工作交由计算机来协助完成。如电路图（原理图）的绘制，印刷电路板（PCB）文件的制作执行电路仿真（Simulation）等设计工作。随着电子工业的发展、大规模、超大规模集成电路的使用是电路板走线愈加精密和复杂。电子线路 CAD 软件产生了，Protel是突出的代表，它操作简单、易学易用、功能强大。到现在许多PCB工程师们也许还在使用Protel99或者protel99se在他们所熟悉的编辑环境下进行PCB设计，他们都很有经验，能够在protel99或protel99se上设计出一块很棒的PCB。但有的时候他们甚至不相信软件的智能化给他们带来的巨大方便。于是许多PCB工程师根本不使用软件带有的强大的自动布线功能，因为即使重复布上几百次都不能得到他们满意的方案，或是调整的线太多还不如完全手工布线。这些都让他们不愿意接受也不相信更新换代了的人工智能能给他们的设计带来什么巨大的方便，他们相信的只是他们多少年积累的经验。但实际上他们都很清楚当他们设计一块多层高密度PCB所需要付出的代价是什么，同时他们也希望真的有那么一款软件能让他们的设计效率有极大的提高的PCB设计软件。现在Altium公司2004年最新产品Protel DXP2004完全能满足这方面的要求。当然Protel DXP2004面对的用户不光是为了方便这些有多年经验的PCB工程师们。Protel DXP2004同时还降低了制作PCB的门槛，通过短时间的学习，很短时间我们都可以很快的制作一块合格的PCB。
Altium 设计er基于一个软件集成平台，把为电子产品开发提供完整环境所需的工具全部整合在一个应用软件中。Altium 设计er包含所有设计任务所需的工具：原理图和HDL 设计输入、电路仿真、信号完整性分析、PCB 设计、基于FPGA的嵌入式系统设计和开发。
其主要特点有：
1、通过设计档包的方式，将原理图编辑、电路仿真、PCB设计，FPGA设计及打印这些功能有机地结合在一起，提供了一个集成开发环境。
2、提供了混合电路仿真功能，为设计实验原理图电路中某些功能模块的正确与否提供了方便。
3、提供了丰富的原理图组件库和PCB封装库，并且为设计新的器件提供了封装向导程序，简化了封装设计过程。
4、提供了层次原理图设计方法，支持“自上向下”的设计思想，使大型电路设计的工作组开发方式成为可能。
5、提供了强大的查错功能。原理图中的ERC（电气法则检查工具）和PCB的DRC（设
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第二章
Protel DXP简介
图2.2 PCB 工程图
2.4 系统设计
1、方案分析
决定电路原理图如何设计，同时也影响到PCB 板如何规划。根据设计要求进行方案比较、选择，元器件的选择等，这是开发项目中最重要的环节。
2、设计原理图组件
Altium 设计er 10.0 提供了丰富的原理图组件库，但不可能包括所有组件，必要时需动手设计原理图组件，建立自己的组件库。
3、绘制原理图
找到所有需要的原理组件后，开始原理图绘制。完成原理图后，用ERC（电气法则检查）工具查错。找到出错原因并修改原理图电路，重新查错到没有原则性错误为止。
4、制作元器件封装
和原理图组件库一样，Altium 设计er 10.0也不可能提供所有组件的封装。需要时自行设计并建立新的组件封装库。
5、设计 PCB 板
确认原理图没有错误之后，开始 PCB 板的绘制。首先绘出 PCB 板的轮廓，确定工艺要求（使用几层板等）。然后将原理图传输到
PCB 板中来，在网络表、设计规则和原理图的引导下布局和布线。使用（设计规则检查）工具查错。电路设计时另一个关键环节，它
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第三章
原理图设计
第三章
原理图设计
3.1 原理图设计步骤
原理图设计的具体流程图如图3.1所示。
开始新建原理图文件结束设置工作环境存盘和报表输出放置元件生成网络表是原理图的布线是否合格否原理图电气检查编译和调整
图3.1 原理图设计流程图
3.2 原理图设计具体流程
3.2.1 新建原理图文件
1、首先在桌面建立文件夹,如课设，便于管理生成的文件。
2、执行菜单命令【文件】/【新建】/【PCB 工程】，建立一个工程
3、执行菜单命令【文件】/【保存 工程】，在弹出的保存项目对话框中输入“步进电机驱动”工程名，并保存在“课设”文件中。
4、执行菜单命令【文件】/【新建】/【原理图】，新建电路原理图文件。
5、执行菜单命令【文件】/【保存】,在弹出的保存文件对话框中输入“LPC2114最小系
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第三章
原理图设计
件放置。具体操作如下：选择【 放置 】 / 【 器件】菜单命令，弹出接着选择【 Choose 】，弹出【 浏览库 】对话框。单击【发现 】进行查找。
单击【 发现 】后弹出【搜索库】对话框如图 3.3 所示：
图3.3 搜索元件图
设置完成后单击【查找】，弹出对话框。选中所需的元件后单击【OK】后操作如图 3.4所示：此时元件就粘到了鼠标上，单击鼠标左键即可放置元件。
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第三章
原理图设计
封装修改过程如下：
如图3.6所示对话框中选择 Footprint，选择编辑然后进行编辑，过程如下图所示。
图3.6 引脚封装
3.2.4 绘制原理图
1、按照原理图的功能模块将各元件摆放整齐，如图3.7所示。
图3.7 元件布局
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第三章
原理图设计
3.2.7 原理图结果
根据上述制作原理图的步骤，经过建立工程以及新建原理图和PCB图，选件后将其连接后所得最后的原理图结果图如图3.8所示。
图3.8 原理图
3.3 原理图库的建立
在Protel中，并不是所有元件在库中都能找到，或者能找到但与实习元件引脚标号不一致，或者元件库里面的元件的符号大小或者引脚的距离与原理图不匹配等等，因此需要对找不到的库或者某些元件重新进行绘制，以完成电路的绘制。
3.3.1 原理图库概述
1、原理图元件组成标识图：提示元件功能，无电气特性。引脚：是元件的核心。有电气特性。
2、建立新原理图元件的方法
1电子线路辅助设计实训
第三章
原理图设计
保存：选择【文件】/【保存】菜单命令；弹出【保存 [Schlib1.SchLib]As „】对话框。选择保存路径，如图3.11所示：
图3.11 保存原理图库
(2)为库文件添加元件
单击打开【SCH库】面板，如图 6-3.4 所示。此时可以在右边的工作区进行元件绘制；建立第二个以上元件时，选择【工具】/【新建 组件】菜单命令，弹出对话框，确定后即可在右边的工作区内绘制元件。
(3)绘制元件外形
库元件的外形一般由直线、圆弧、椭圆弧、椭圆、矩形和多边形等组成，系统也在其设计环境下提供了丰富的绘图工具。要想灵活、快速地绘制出自己所需要的元件外形，就必须熟练掌握各种绘图工具的用法。具体操作方法请自己下来后研究。选择【放置】菜单，可以绘制各种图形。
(4)为元件添加引脚
选择【放置】/【器件】菜单命令，光标变为十字形状，并带有一个引脚符号，此时按下 【Tab】 键，弹出元件【器件 Properties】对话框，可以修改引脚参数，移动光标，使引脚符号上远离光标的一端（即非电气热点端）与元件外形的边线对齐，然后单击，即可放置一个引脚。
(5)定义元件属性
绘制好元件后，还需要描述元件的整体特性，如默认标识、描述、PCB 封装等。打开库文件面板，在元件栏选中某个元件，然后单击【编辑】按钮，或者直接双击某个元件，可以打开【库组件 Properties】对话框，利用此对话框可以为元件定义各种属性。
(6)元件报表与错误检查
元件报表中列出了当前元件库中选中的某个元件的详细信息，如元件名称、子部件个数、3电子线路辅助设计实训
第四章
PCB设计
第四章
PCB设计
4.1 元器件封装概述
元器件封装只是元器件的外观和焊点的位置，纯粹的元器件封装只是空间的概念，因此不同的元器件可以共用一个封装，不同元器件也可以有不同的元件封装，所以在画 PCB 时，不仅需要知道元器件的名称，还要知道元器件的封装。
4.1.1 元件封装的分类
大体可以分为两大类 ：双列直插式（DIP）元件封装和表面贴式（STM）元件封装。双列直插式元器件实物图和封装图如图4.1和4.2所示。
图4.1 双列直插式元器件实物图
图4.2 双列直插式元器件封装图
表面粘贴式元件实物图和封装图如图4.3和4.4所示。
4.1.2 元器件的封装编号
图4.3 表面粘贴式元件实物图
图4.4 表面粘贴式元件封装图
元器件封装的编号一般为元器件类型加上焊点距离（焊点数）在加上元器件外形尺寸可以根据元器件外形编号来判断元器件包装规格。比如AXAIL0.4表示此元件的包装为轴状的，两焊点间的距离为400mil。DIP16表示双排引脚的元器件封装，两排共16个引脚。RB.2，/.4 表示极性电容的器件封装，引脚间距为200mil，元器件脚间距离为400mil。
4电子线路辅助设计实训
第四章
PCB设计
处输入元件的实际高度后确认。
②如果该库中已经存在有元件，则：执行菜单命令 【工具】/【新建 Black Component】，如图6-4.10 示。接着选择【PCB 库】标签，双击【Component】列表中的【PCBComponent_1】，弹出【PCB 库 Component】对话框，在【名字】处输入要建立元件封装的名称；在【Height】处输入元件的实际高度。
(4)放置焊盘
执行菜单命令【放置】/【板】（或者单击绘图工具栏的按钮），此时光标会变成十字形状，且光标的中间会粘浮着一个焊盘，移动到合适的位置（一般 将1 号焊盘放置在原点[0,0]上]），单击鼠标左键将其定位。
(5)绘制元件外形
通过工作层面切换到顶层丝印层，（即【TOP-Overlay 】层），执行菜单命令【放置】 / 【Line】，此时光标会变为十字形状，移动鼠标指针到合适的位置，单击鼠标左键确定元件封装外形轮廓的起点，到一定的位置再单击鼠标左键即可放置一条轮廓，以同样的方法只到画完位置。执行菜单命令【放置】/【Arc】可放置圆弧。
(6)设定器件的参考原点 执行菜单命令【编辑】/【Set Reference】/【器件 1】，元器件的参考点一般选择1脚。操作提示：在绘制焊盘或者元件外形时，可以不断的重新设定原点的位置以方便画图。操作为： 【编辑】/【Set Reference】/【Location】，此时移动鼠标到所需要的新原点处单击鼠标左键即可。
4.3.2 利用向导创建元件库
在本软件中，提供的元器件封装向导允许用户预先定义设计规则，根据这些规则，元器件封装库编辑器可以自动的生成新的元器件封装。
(1)利用向导创建直插式元件封装 Step1：在PCB元件库编辑器编辑状态下，执行菜单命令【工具】【/Component Wizard „】，弹出【Component Wizard】界面，进入元件库封装向导；
Step2：单击“下一步”按钮，在弹出的对话框中元器件封装外形和计量单位； Step3：单击“下一步”按钮，设置焊盘尺寸； Step4：单击“下一步”按钮，设置焊盘位置；
Step5：单击“下一步”按钮，设置元器件轮廓线宽； Step6：单击“下一步”按钮，设置元器件引脚数量； Step7：单击“下一步”按钮，设置元器件名称；
Step8：单击“下一步”按钮，点击“Finish”完成向导； Step9：选择菜单命令【Reports】/【Component Rule Chick】，检查是否存在错误，绘制完封装图。接着运行元件设计规则检查，选择菜单命令【Reports】/【Component Rule Chick】，检查是否存在错误。
(2)利用向导创建表面贴片式（IPC）元件封装
在PCB元件库编辑器编辑状态下，执行菜单命令【工具】/【IPC Component Footprint
6电子线路辅助设计实训
第四章
PCB设计
开始新建工程结束创建PCB保存并打印输出规划PCB生成报表文件加载元件封装电气规则检查加载网络图布线及其调整元件布局及其调整设置布线规则 图4.6 PCB设计流程图
4.4.3 PCB详细设计步骤与操作
1、创建PCB工程（项目）文件 如果在原理图绘制阶段已经新建，则无需新建。启动 Protel DXP后,选择菜单【文件】/ 【新建】 /【工程】/【PCB 工程】命令。
2、保存PCB工程（项目）文件 选择【文件】【保存/ 工程】菜单命令，弹出保存对话框【保存 PCB_工程1.PrjPCB ]AS „】 对话框；选择保存路径后在【文件名】栏内输入新文件名保存到自己自己建立的文件夹中。
3、绘制原理图
整个原理图绘制过程参见原理图设计部分。
4、创建 PCB文件文档
方法一：利用 PCB向导创建 PCB,PCB向导界面如图4.7所示。（利用 PCB 向导设计一个带有 PC-104 16 位总线的 PCB）
Step1：在PCB编辑器窗口左侧的工作面板上，单击左下角的【文件s】标签，打开【文件】 菜单。单击【文件】面板中的【新建 From Template】标题栏下的“ PCB Board Wizard”
8电子线路辅助设计实训
第四章
PCB设计
执行【设计】/【Board Layer & Colors】菜单命令，在弹出的对话框中进行设置。(3)PCB物理边框设置
单击工作窗口下面的 Mechanical 1 标签，切换到Mechanical 1工作层上。选择【放置】/【Line】菜单命令，根据自己的需要，绘制一个物理边框。
(4)PCB布线框设置
单击工作窗口下面的标签，切换到Mechanical 1工作层上，执行【放置】/【Line】菜单命令。根据物理边框的大小设置一个紧靠物理边框的电气边界。
6、导入网络表
激活PCB工作面板，执行【设计】/【Import Changes From[ 文件名 ].PCBDOC】执行上述命令以后弹出对话框，单击 Validate Change是变化生效。单击Execute Changes 执行变化。
7、PCB设计规则设计
可以通过规则编辑器设置各种规则以方便后面的设计。
8、PCB布局
通过移动、旋转元器件，将元器件移动到电路板内合适的位置，使电路的布局最合理。
9、PCB布线
调整好元件位置后即可进行PCB布线。执行【放置】/【Interactive Routing】菜单命令，或者单击图标，此时鼠标上为十字形，在单盘处单击鼠标左键即可开始连线。连线完成单击鼠标右键结束布线。
0电子线路辅助设计实训
第五章
整体设计与实现
图5.2 更新存储的空PCB
图5.3 执行生成网络图
2、将电路图转换成PCB图后，开始手动布线。，在生成PCB的网络图如图5.4和5.5所示。
2电子线路辅助设计实训
第六章 遇到的问题及解决方法
第六章
遇到的问题及解决方法
6.1 遇到的问题
(1)在原理图布线时大意将三极管的e、c连在了一起，在生成网络图时提示错误，多次寻找问题，很快就得以解决。
(2)在自己画元件时将其引脚的地方花了几条直线，一直都没有发现，知道在PCB中布线时发现错误，询问老师后得以解决。
(3)在PCB布线时，未能根据实际的电路板将元器件的位置确定好，到最后布线之后发现。
6.2 解决的办法
(1)将电路图与自己所连接的原理图进行比对，将问题解决。
(2)由于引脚在PCB图中没能显示，迫于已经到最后一步只得重新画出错误的元器件，然后重新生成PCB，再重新布线。
(3)将元器件的位置改变，然后将这几个元器件的连线重新布置，使其与实际的电路板相符。
6.3 系统调试
经过对软件的熟悉，然后作出电路图，根据电路图作出原理图，最后将生成的PCB手动布线后的到的结果如图6.1所示。
图6.1 结果图
3电子线路辅助设计实训
致
谢
致 谢
时间飞快的流逝，不知不觉，为期一周的嵌入式实训就进入了尾声。在本次实训中，我受益匪浅。
首先感谢老师孜孜不倦的教导，在炎热的天气里为我们讲解本次的课设内容，并给我们进行实际的操作，从而使大家很快的就掌握了相关的要领以及需要注意的地方。
然后也感谢我亲爱的同学们，和他们在一起，互相的讨论，共同的进步，共同的经历着这个被老师称为我们都必须要经历的过程，我的友谊因此更加深厚，我们的知识因而更加丰富，我的见识更加长远。
这次实训使我懂得了理论知识十分重要，同时实际动手的能力也很重要。理论是基础，服务于实践。只有把所学的知识与实践相结合，从知识中得出结论，应用到实践才能为社会服务，从而巩固和提高自己的运用知识能力和动手操作的能力。
对于自己的意志力，也在此次实训中得到了很大的锻炼。有好几天都是从早上7点基本上是一直忙到晚上9点，途中遇到了很多麻烦，重新来了很多次，也改过好多次，但每一次更改，对我都是一种提升，这对于我来说意义重大。
心怀感恩，致谢大家，共同进步，同赴双赢。
