基于Protel的數字鐘雙面電路板設計

司慧玲

（鄭州華信學院 河南 鄭州 451100）

由于電子技術的飛速發展和印制電路板加工工藝的不斷提高，新的大規模和超大規模集成電路芯片不斷涌現出來，現代電子線路系統已經變得非常復雜了。同時電子產品又在向小型化的方向發展，要在更小的空間內實現更復雜的線路的電路功能，在這種情況下，對印制電路板設計和制作要求也越來越高了。快速、準確地完成電路版的設計對電子線路工作者而言是一個挑戰。于是各種各樣的電子線路輔助設計工具（EDA）應運而生，其中影響比較大的有ORCAD、PowerPCB及Protel系列等。Protel設計系統是世界上第一套將EDA環境引入Windows環境的EDA開發工具[1]。Protel在國內知名度最高，應用最廣泛。

1 項目及文件管理

在做一個項目前要做好準備工作，新建項目是必須的，后期將會在該項目下建立各類文件，便于整個設計工作的管理。

1.1 新建項目

1）在計算機指定盤，建立一個屬于自己的文件夾如E盤。

2）啟動Protel DXP。執行菜單命令[File]/[New]/[PCB Project]，系統建立一個項目文件，命文件名為：clock.PrjPcb，并進行保存。

1.2 新建原理圖文件

1）執行菜單命令，[File]/[New]/[Schematic]，新建原理圖文件。

2）然后執行命令，[File]/[Save]命令，選擇路徑并輸入文件名clock，完成E：clock.PrjPcb電子鐘雙面板電路原理圖文件的建立。

2 原理圖設計

2.1 自制元器件

如圖1所示執行菜單命令新建一個原理圖庫文件命名為clock.schlib，注意該文件也在項目中建立。在默認元件庫中找不到的元器件都需要自己繪制，電路中的集成塊U1、U2、U3都需要自己繪制。

圖1 創建原理圖庫Fig.1 Creat schematic library

引腳編輯時執行[Tools]/[Component properties]，打開元件屬性編輯器對話框，點擊按鈕[Edit pins…]，打開元件引腳編輯器，根據序號對引腳名稱進行集中編輯，以此提高了工作效率。

2.2 載入元器件庫

protel中一個是常用元器件雜項庫（Miscellaneous Devices．IntLib），另一個是常用插接件雜項庫（Miscellaneous Connectors.IntLib）[2]，以及自己創建的原理圖庫clock.schlib，其他庫需要時再載入。

2.3 繪制原理圖

2.3.1 放置元器件

注意放置元器件后封裝修改，U1、U2、U3的封裝先用系統默認，等放置后再做修改。

2.3.2 布局連線

數字鐘原理圖較為復雜，檢修起來也比較困難，如果采用網絡標記法，則能克服上述缺陷。具有相同的網絡標號的導線，不管圖上是否連接在一起，都被看作同一條導線[3]，所以將該電路中相連的兩個管腳，用相同的網絡標號標注，便于繪制、檢查、修改。原理圖如圖2所示。

圖2 數字鐘原理圖Fig.2 Digital clock schematic

3 數字鐘PCB板設計

3.1 自制元器件的封裝

封裝就是實際元器件焊接到電路板時所指示的外觀和焊點的位置，原理圖中的元器件表示一個實際元器件的電氣模型[4]，所以封裝制作一定要符合實際元器件尺寸。

Protel 2004引入了集成庫的概念，在原理圖中選擇的元器件就已經有了需要的封裝，Protel 2004附帶了68，000多個元件的設計庫[5]，包括原理圖FPGA設計的即調即用及預綜合元件集成庫，并且這些封裝都能完全的符合要求，當然如果不滿意也可以修改這個元器件的封裝，當然還可以在PCB庫編輯器制作所需要的封裝。

執行菜單命令 [File]/[New]/[PCB Library]，新建一個PCB庫文件，啟動了PCB封裝編輯器，新建元器件封裝庫默認文件名為clock.Pcblib.執行菜單命令[File]/[Save]或單擊保存按鈕，可以選擇文件位置并將文件重命名保存。

執行菜單命令[Tools]/[Library Optinons]，系統彈出如圖所示對話框可以進行封裝編輯器的面板參數設置，如圖3所示。

圖3 板選項設置Fig.3 Board options

然后放置焊盤，繪制封裝外形。

3.2 創建PCB文件

執行菜單命令[File]/[New]/[PCB]，在數字鐘項目中新建PCB文件，執行菜單命令[File]/[Save]，保存完畢一個新的PCB文件clock.pcblib就建成了。

3.3 參數設置

執行菜單命令[Design]/[Options]，打開對話框進行參數設置。執行菜單命令[Design]/[Board Layuers… ]打開如圖對話框進行板層設置，如圖4所示。

圖4 板層設置Fig.4 Board layers

3.4 規劃電路板

該電路比較復雜，所以采用雙層板。初步規劃電路板的尺寸為寬度80 mm，高度50 mm。

1）單擊Placements工具欄中的原點標識符，或執行菜單命令[Edit]/[Origin]/[Set]，設置PCB左下點為新坐標基準點。

2）繪制物理邊界。

將圖層轉化為物理層Mechanical1，單擊Placement工具欄中的/按鈕或選擇[Place]/[Line]菜單命令，繪制尺寸為 80×50 mm封閉的矩形邊框作為物理邊界。

3）繪制電氣邊界。

將圖層轉化為禁止布線層Keep-Out Layer，單擊Placement工具欄中的交互布線按鈕或選擇[Pace]/[Interacive Routing]菜單命令啟動交互布線操作，形成一個距物理邊界1 mm的電氣邊界。

3.5 加載網絡表及元器件

執行菜單命令[Design]/[Import Changes From]；點擊按鈕Validate Changes按鈕，進行系統檢測；若檢測完全正確，點擊Execue Changes按鈕，將網絡表和元器件載入PCB編輯器中。后點擊Close按鈕，關閉。

加載網絡表時引腳會丟失，原因是引腳定義順序的錯誤[6]，這種錯誤在載入網絡表時候和設計規則檢查時都不會被發現，結果會影響電路的功能實現，以至于燒毀器件。

3.6 元器件布局

執行菜單命令[Tools]/[Auto Placement]/[Auto Placer]，對元器件進行自動布局布局規則選擇Cluster Placer；自動布局后，對元器件進行手工調整。

3.7 布線

執行命令[Auto Route]/[All]，啟動自動布線操作。自動布線后電路如圖5所示。

圖5 自動布線Fig.5 Auto route

自動布線結束后，需要對布線進行手工調整。調整重點是地線，其次是電源回路。

3.8 DRC檢查

完成布線設計后，可以統一進行設計規則檢查。DRC

執行菜單命令[Tools]/[Design Rule Check]命令啟動印制電路板規則檢查如圖6所示。

圖6 布線規則檢查Fig.6 Rules to check

4 結束語

本設計應用Protel dxp 2004繪圖軟件完成了數字鐘從原理圖繪制到雙面印制電路板的制作，其中制作了新的元器件電路符號及封裝，簡化了設計過程。正確把握設計環節，運用一定的設計技巧，再進行反復的調整，才能設計漂亮的電路板。

[1]清源計算機工作室.Protel 99 SE原理圖與PCB設計[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]李俊婷.計算機輔助電路設計與Protel DXP[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]王廷才，王崇文，等.電子線路輔助設計[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]孫玉軍.Protel DXP電路設計技術[M].北京：冶金工業出版社，2008.

[5]劉光輝.Protel 2004－－－新一代完整的板計設計工具[EB/OL].[2010－06－24].http://www.gongkong.com/webpage/paper/201006/20100624134033 00002.htm.

[6]索世文，馬剛.基于Protel的PCB板圖設計[J].沈陽航空工業學院學報，2007，24（3）：52－54.SUOShi-wen，MA Gang.PCB board design based on protel[J].Journal of Shenyang Institute of Aeronautical Engineering，2007，24（3）：52－54.