電子ＣＡＤ教學中的點滴體會

摘要： Protel99SE是電子設計自動化(EDA)，特別電子電路原理圖與印制電路板（PCB）設計中廣泛采用的一款軟件。掌握Protel99SE使用中的一些實用技巧，并注意一些常見問題，Protel99SE的學習將變得更加容易，同時設計工作將能夠更為順利地進行，使得教學工作得到較好的開展，提高學生對該軟件的學習興趣。

關鍵詞： Protel99SE 原理圖 PCB

1．引言

隨著電子技術的不斷發展，電子電路的復雜程度越來越高，規模化集成化程度也不斷提高，電子CAD已經成為從事電子技術工作人員必須掌握的一門技術。Protel99SE作為典型的電子CAD軟件在企業中得到廣泛的應用，在許多職業院校已經成為電子類專業必修課。Protel99SE是集原理圖的設計、PCB板（印制電路板）設計于一體的優秀軟件，具有強大便捷的編輯功能、卓有成效的檢測手段和完善靈活的設計管理方式，使得電子線路的設計效率大為提高，可靠程度大為增強。許多人認為該軟件的學習使用是比較容易的，事實上并沒有想象的那么簡單，在學習使用時會出現很多問題。如果能夠掌握Protel99SE中一些實用技巧，并注意一些常見問題，Protel99SE的學習將變得更加容易，同時設計工作將能夠更為順利地進行。

2．原理圖設計

原理圖的設計是使用Protel99SE進行電路設計中非常關鍵的部分，只有設計正確的原理圖才能夠保證以后工作的順利進行。在繪制原理圖之前，最好先在草稿上繪出原理圖的草圖，這樣可以提高繪制原理圖的效率。首先需要設置圖紙的參數，比如圖紙的大小、可見柵格、移動柵格等。如果開始對圖紙的尺寸不能夠確定，可以選擇相對大一號的圖紙，等整張圖繪制完畢后進行修改調整至合適的圖紙。接著添加原理圖設計中需要的元器件庫文件，如果元件庫里找不到元件，需要創建。在創建新元件時，要注意以下幾點：（1）元件應該創建在元件庫圖表紙中心，也就是坐標（0，0）附近；（2）正確設置元件引腳的電氣屬性（Input/Output/IO/Power等），否則在以后的ERC檢測中會出現錯誤；（3）引腳名稱中“非”的繪制方法，比如8031單片機的31腳■／VP，正確的方法是在引腳屬性設置框的Name欄中輸入E＼A＼／VP，而不是使用SchLibDrawingTools中的畫線工具進行繪制。元件庫準備好后就可以放置元器件了，在放置元器件時，不需要每次都從元器件欄中提取元件，在第一次放置元件時，就直接修改該元件的標號、參數和封裝，這樣在以后放置該類元件時，通過復制粘貼進行放置，只需要修改元件的標號和參數就可以了，從而提高了元件放置的速度。繪制原理圖時，要注意以下幾點：（1）原理圖中元器件的編號不允許重復；（2）原理圖中的連線是用WiringTools工具欄中的PlaceWire命令，而不是使用DrawingTools中的PlaceLine命令；（3）合理利用原理圖中的網絡標號，可以減少甚至不使用較長的連線；（4）如果元器件庫里的元件不利于繪制原理圖時，可以通過編輯對該元件進行編輯，編輯完成后通過Update Schematics按鈕更新到原理圖；（5）在繪制原理圖的過程中，要注意將原理圖中所放置元器件的封裝與PCB庫中的封裝進行對比，檢查兩者是否一致，比如雙列直插的8芯底座，在原理圖中默認的是“DIP-8”，而在PCB庫中則為“DIP8”。原理圖繪制完成后，在電氣法則檢測（ERC）設置選項中選中忽略警告選項（Suppress Warning），再進行電氣法則檢測（ERC）。最后創建網絡表及生成元器件清單并保存，為以后的PCB設計做好準備。

3．PCB的設計

PCB的設計是繪制原理圖的最終目的，原理圖中所有的工作都是為PCB的設計準備的。在繪制PCB前要確定所繪制的PCB的尺寸，并在機械層上畫出物理邊界，同時在物理邊界內側的禁止布線層繪制電氣邊界。此時可以加載網絡表，網絡表是連接電氣原理圖和PCB板圖的橋梁。在PCB設計界面中直接裝載網絡表，選擇菜單命令Design→Load Nets，將對應的網絡表加載進來。加載網絡表時可能會出現若干錯誤，如：（1）Node not found（沒有發現焊盤），錯誤原因是元件管腳名稱與PCB庫中封裝的管腳名稱不同。比如二極管在原理圖中的引腳是1、2，可PCB中對應的封裝的引腳卻是A、K。解決辦法：可編輯原理圖庫或PCB庫中元件的管腳名稱，使之相互一致。（2）Footprint not found in Library（封裝未發現），錯誤原因是原理圖中未定義元件的封裝形式。解決辦法：打開網絡表文件查看哪些元件未定義，然后到原理圖中找到相應的元件，在該元件屬性對話框中的FootPrint欄中填入相應的封裝即可。（3）FootPrint XX not found in Library（元件封裝圖形庫中沒有XX 封裝形式）或Component not found（沒有發現元件），錯誤原因是PCB文件中未調入相應的PCB元件庫或PCB庫中的元件名與原理圖中定義的名稱不同。解決辦法：在PCB文件中確認所需要的PCB元件庫是否都已調入，并核對原理圖中元件封裝名稱是否與PCB元件庫的名稱一致。（4）元件標號重復。該錯誤往往比較隱蔽，較難發現。解決辦法：回到原理圖中修改重復元件標號。元器件加載到PCB中就要對后面工作的規則進行設置，主要是元器件布局的設置和布線規則的設置。元器件布局的設置主要考慮元器件間的間距和元器件的放置方向。設計印制板圖時，為了方便安裝，在布局時要注意元器件的方向，在使用IC座的場合下，一定要特別注意IC座上定位槽放置的方位是否正確，并注意各個IC腳位是否正確，例如第1腳只能位于IC座的右下角或者左上角，而且緊靠定位槽（從焊接面看）；為了便于焊接，放置器件時不要太密集，元器件的間距設置要合理。布線規則主要是設置布線的安全間距、布線的層面、布線的角度、布線過程中生成過孔及布線的寬度等。設置布線寬度時，盡量加寬電源、地線寬度，它們的最好關系是：地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為0.2—0.3mm，最細寬度可達0.05—0.07mm，電源線為1.2—2.5mm。網表輸入以后，所有的元器件都會放在工作區的零點，重疊在一起，下一步的工作就是把這些元器件分開，按照一些規則擺放整齊，即元器件布局。元器件布局提供了兩種方法：手工布局和自動布局。自動布局是將元件按照軟件內部的算法進行排列，但是效果不是很理想，因此在自動布局后往往需要進行手動布局。布局的首要原則是保證布線的布通率，移動器件時注意飛線的連接，把有連線關系的器件放在一起，同時將數字器件和模擬器件盡量分開。布線的方式也有兩種，手工布線和自動布線。通常這兩種方法配合使用，常用的步驟是手工—自動—手工。對于有特殊要求的連線（比如高頻時鐘、主電源等）可以先采用手工布線的方式進行布線，手工布線結束后，剩下的網絡就交給自動布線器進行自動布線。自動布線結束后如果布通率為100%，那么就可以進行手工調整布線了；如果不到100%，說明布局或手工布線有問題，需要調整布局或手工布線，直至全部布通為止。布線完成后進行設計規則檢測（DRC），主要包括安全間距檢測、布線寬度檢測等。這時縱觀整塊電路板，會發現PCB中元器件的編號比較混亂，不利于元器件的安裝，可以用Tools→Re-Annotate命令對元器件按一定的規則重新標號并更新到原理圖。這樣PCB設計工作就基本完成了。

4．結語

電子CAD課程將電子技術與計算機軟件有機融為一體，學習過程中包含了計算機操作知識與技能、電子技術基礎知識與技能，是一門集趣味性、創造性、知識性、應用性于一體的綜合性課程。掌握電子CAD既適合激發當前職業學校學生的學習興趣，又符合電子生產企業對人才職業目標的要求，易于開發學生的學習潛能，提高學生的團結協作精神和創新能力。只要在掌握電子CAD教學中的技巧同時注意一些常見問題，將會使教者不再難教、學者不再難學。