protel课程设计简单充电器 .doc

目录摘 要1引 言21. PROTEL 99 SE简介32.电路原理图的设计及绘制42.1电路原理图的绘制42.1.1.装入所需要的元件库42.1.2放置元件42.1.3电路图布线42.2电路原理图的电气法则检查52.3电路原理图的网络表文件52.4电路原理图的元件列表83.印制电路板（PCB）的设计93.1 PCB的原理图绘制93.1.1规划电路板93.1.2装入网络表及元件的封装93.1.3布置元件93.1.3.1 元件的自动布局93.1.3.2 手工调整元件布局93.1.4自动布线与手工调整103.1.4.1设定自动布线参数103.1.4.2手工调整103.2 电路板设计规则检查103.3生成报表文件114.电路仿真134.1 绘制可用于仿真的电路原理图134.1.2生成仿真原理图元件清单154.1.3SPICE网表分析154.2波形信号分析165.心得体会176.元件清单187.参考文献19摘 要 Protel99se主要包含以下两大部分，一个是电路工程设计部分，包括电路原理设计系统,印刷电路板设计系统，自动布线系统；另一个是电路仿真与PLD部分，包括电路模拟仿真系统，可编程逻辑设计系统，高级信号完整性分析系统。本报告通过简单充电器的电路，介绍了Protel99se六个系统的功能及基本操作。关键词：Protel99se;电路原理设计;印刷电路板设计;仿真Abstract Protel99se mainly contains the following two parts, one part of the circuit design, including circuit design system, printed circuit board design system, automatic routing system; the other is the circuit simulation and PLD parts, including circuit simulation systems, programmable logic designsystems, advanced signal integrity analysis system.The present report a simple charger circuit, introduced Protel99se six basic operation and function of the system.Key words: Protel99 SE; circuit design; printed circuit board design; simulation引 言ROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，其基于Windows环境的99SE版本,不仅提供了功能完备的电路设计工具,而且具备强大的电路仿真能力。Protel应用实践课程设计旨在让同学们对Protel软件的熟练操作，并对其各项强大功能的了解。本次课程设计是以脉冲宽度调制信号控制电路为例，叙述原理图绘制、原理图库元件的创建、PCB设计等的具体步骤和出现问题及其解决方法。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100布通率。 图1 Protel99SE桌面图标Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层。1. Protel 99 SE简介按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。1、电路工程设计部分(1)电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。（2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。（3）自动布线系统（Advanced Route 99）：本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。2、电路仿真与PLD部分（1）电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。（2）可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。（3）高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。2.电路原理图的设计及绘制 2.1电路原理图的绘制 2.1.1.装入所需要的元件库 将包含有所需软件库装入设计系统中，以便用户从中查找和选定所需的元件 2.1.2放置元件 将选定的元件放置到以建立好的工作平面上，并对元件在工作平面上的位置进行调整，对元件的序号、封装型号、显示状态等进行定义和设置 2.1.3电路图布线 利用Protel 99 所提供的各种工具、命令进行画图工作，将事先放置好的元件用具有电器意义的导线、网络标号等连接起来，使各元件之间具有用户所设计的电气连接关系。布线结束后，一张完整的电路原理图才算是基本完成。电路总原理图如下图所示: 图2-1 电路总原理图2.2电路原理图的电气法则检查 可仿真部分电路图的电气法则检查结果如下图所示T图2-3 电气法则检查2.3电路原理图的网络表文件 网络表的原理图与印制电路板之间的一座桥梁，是印制电路板制动布线的灵魂。它可以在原理图编辑器中直接由原理图文件生成，也可以再文本文件编辑器中手动编辑。反之，也可以在PCB编辑器中，由已经布线的PCB图中导出相应的网络表。总之，网络表把原理图与PCB紧密的联系起来。利用原理图生成网络表，一方面可以用来进行印制电路板的自动布线及电路模拟，另一方面也可以用来与从最后布好线的印制电路板中到处网络表进行比较、校对。 图2-3 网络表2.4电路原理图的元件列表元件列表主要用于整理出一个电路或一个项目中的所有元器件。元件列表主要包括元件的名称、序号、封装形式等信息，以便对设计中所涉及的所有元件进行检查、核对。从列表中我们可以非常方便地查找项目文件中各元件的标号、名称以及元件所属的图形文件名。元件列表如下图所示： 图2-3 元件列表 图2-3 元件列表3.印制电路板（PCB）的设计3.1 PCB的原理图绘制 3.1.1规划电路板 在创建好PCB文件并启动PCB编辑器后，首先要对带你鲁班进行规划。所谓规划电路板就是根据电路的规模以及制造商的要求，具体确定所要制作电路板的物理外型尺寸和电器边界。电路板规划的原则是在满足制造商要求的前提下，尽量美观且便于后面的布线工作。 3.1.2装入网络表及元件的封装 规划好电路板后，接着就要装入网络表和元件。网络表和元件时同时装入的。在装入网络表和元件之前，必须先将所用到的PCB元件库装入PCB编辑器。如果没有装入或者装入的元件库中没有所需的PCB元件，系统会在网络表和元件的装入过程中提示用户装入过程失败。硬注意的是，原理图元件和PCB元件是两个不同的概念，后者对应的是前者的封装形式。原理图元件库和PCB元件库是不能通用的。 3.1.3布置元件 3.1.3.1 元件的自动布局 Protel 99提供了强大的元件自动布局功能，一颗通过程序算法自动将原件分开，放置在规划好的电路板电气边界内。 3.1.3.2 手工调整元件布局 程序对元件的自动给布局并不是十全十美，用户不能完全依赖程序的自动布局，往往还要对元件布局进行手工调整。对元件布局进行手工调整主要是对元件进行移动、旋转等操作。 3.1.4自动布线与手工调整 完成元件布局工作后，用户就可以开始自动布线了。所谓自动布线就是程序根据用户设定的有关布线参数和布线规则，依照一定得程序算法，按照事先生成的网络宏自动在各个元件之间进行连线从而完成印制电路的布线工作。 3.1.4.1设定自动布线参数 在进行自动布线之前，一项非常重要的工作就是根据设计要求设定自动布线参数 3.1.4.2手工调整印制电路板的元件布局和布线工作都可以利用程序自动完成，但是起结果往往有很多不令人满意的地方，需要进行手工调整。由于程序算法的限制，用户只能预先设置一些基本的规则，因此元件自动布局和自动布线不可能十全十美，更不可能完全满足游湖的全部设计要求。 有时候，印制电路板的设计与其说是一项工作，不如说是一种艺术创作。在艺术创作的过程中，认识各种奇妙构思和灵感的源泉，这是任何机器或程序无法做到的。手工调整就是一个充分发挥设计人员才能的过程，他需要设计人员的技术和经验积累，并不是简单的修修补补。对于用户在安装、抗干扰、小型化等方面的要求，程序往往无法做到，必须由设计人员对元件位置、线宽、走线方式等各种注标志、标志甚至特殊的团等。手工调整没有什么固定的规则，主要是按照自己的要求，根据自己在实际工作中积累的经验，通过一定得技巧来完成。手工调整的水平绝非程序自动布线所能比的，但这也绝非一朝一夕搜能打到的，需要设计人员的长期实践经验积累。在介绍了Protel 99-PCB的防治工具栏和编辑功能后，用户就可以开始对自动布线后的PCB图进行手工调整了。3.2 电路板设计规则检查Protel 99 在生成网络表之前，通常先执行电气规则检查工作。电气规则检查的工作就是利用软件检查用户设计的电路，以便能都找出认为的疏忽，执行检查后，还会获得各种错误报告，并且会在电路原理图中有错误之处的做标记。电气规则检查结果如下：图3-1 电气规则检查3.3生成报表文件 生成的交叉参考远见列表如下图所示： 图3-2 交叉参考远见列表生成的PCB如图所示 图3-3 PCB图4.电路仿真 Protel 99 SE提供了更加强大的电路仿真功能。它可以对当前所画的电路原理图进行仿真，因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析电路的性能指标，以便及时发现设计中所存在的问题并加以改正，从而更好地完成电路设计。同时它还不需要读者去编写网标文件，因而使用十分方便。 它还可以提供模拟和数字信号混合仿真。其仿真引擎使用的是伯克利分校的Spice/Xspice。它可以让我们精确地仿真由各种器件构成的电路。 因为复杂的数字器件通常是不能用标准的非事件驱动的SPICE库，因此Protel 99 SE使用了一种特殊的描述性语言，通过它建立相应的数字器件模型，以供Protel 99 SE仿真使用。 从原理上来说，Protel 99 SE中的仿真器只受计算机内存的限制，而不受其他因素的影响。 Protel 99 SE中支持的电路仿真类型有：交流小信号分析，瞬态分析，噪声分析，直流分析，参数扫描分析，温度扫描分析，傅里叶分析和蒙特卡罗分析。4.1 绘制可用于仿真的电路原理图 4.1.1选取可用于仿真的元件库为了建立可仿真原理图，必须选用相应的库文件。为方便用户。Protel 99 SE 包含了大约5800个模拟和数字器件。他们都有与其相对应的模型。因此，最简单的办法就是选用现在的库。当然选用现成的库也有一定的问题，即在真正工作的时候，可能所用的期间不能在库中找到，那么只好自己建立模型了。Protel 99 所提供的仿真元件库存在：Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb。把此元件库挂上，然后就可以选用其中的元件了。剩下的工作就是画原理图。原理图如下图所示： 图4-1 仿真原理图4.1.2生成仿真原理图元件清单 生成的元件清单如下图所示：4.1.3SPICE网表分析 在仿真之前要生成网表文件，然后传递给SPICE去仿真。生成的网表文件如图所示： 图4-2 网表文件4.2波形信号分析 图4-3 仿真波型5.心得体会 通过这次Protel课程设计了，大体上了解了怎样画原理图、做PCB、仿真及其步骤。原理图的设计步骤：原理图的设计步骤包括放置电路图纸，放置元件，布线，编辑调整等。设计原理图时一般按上述步骤进行。设置电路图纸：设置电路图纸就是要根据实际情况设置其各种参数和相关信息，如图纸的尺寸、方向、标题栏、边框底色、文件信息等。设置电路图纸的目的是事先准备好一个合适的工作平面，以便在上面得心应手地开展自己的设计工作。装入元件库：在放置元器件之前，必须知道各个元器件所在的元件库，并把相应的元件库装入到原理图管理浏览器中，以便从中找到所要放置的元件。放置元件：电路原理图中有两大元素，一个是元件，另一个是路线。绘制一张原理图首先是要把有关的元器件放置到工作平面上。生成网络表文件：网络表文件是原理图与印制电路板之间的一条联系纽带，它将直接影响到后面设计印制板中自动布线的成败。添加文字：文字作为图形的重要补充时必不可少的。为了将来读图方便，原理图中除了个电器元件的名称外，优势还应添加特殊的文字说明，添加文字说明的方法有添加文字标注和添加文本框两种。创建原理图项目元件库：将一个项目文件或单个原理图文件中使用的所偶元件以及各种代替元件保存在用户所创建的元件库中，以便文件的保留和交换。印制电路板的布线流程：规划电路板，设置参数，装入网络表及元件的封装，布置元件，自动布线，手工调整等几个步骤。仿真是本次设计中出现问题最多，最难做的一部分，刚开始做仿真总是出现大量的错误，先后是库文件选择错误，然后是网络标号等等。经过查找资料，同学讨论最后终于成功做出了仿真。 在这段时间里，遇到过把画的原理图删掉，布线时元件没有全部补齐，有得元件没有布线等等一系列问题，在最终完成课程设计的时候，心里充满了成就感，同时也学到了很多东西，懂得了在遇到错误时，要仔细检查分析可能的情况，在遇到难题时，要稳定心态，通过查找资料，集体讨论等各种方法来解决难题。6.元件清单 1 电阻 2个 91 电阻 1个 100 电阻 1个 330 电阻 1个 470 电阻 1个 550 电阻 1个 560 电阻 1个 1K 电阻 2个 22uF电容 1个 100uF电容 1个 470uf电容 1个 8050 2个 8550 1个 8580 1个 9013 1个 DIODE 2个 IN4001 4个 LED 4个 单刀双掷开关 1个 双刀双掷开关 1个 充电电池 2个7.参考文献1.粱恩主 Protel 99 SE电路设计与仿真应用 清华大学出版社2.老虎工作室 电路设计与制版Protel入门与提高 人民邮电出版社 3.陈爱弟 PROTEL 99se实用培训教程 人民邮电出版社 4.朱定华 Protel 99 SE原理图和印制板设计 清华大学出版社5.清源科技 Protel 99 SE电路原理图与PCB设计及仿真 机械工业出版社本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别 专业、班级课程设计题目： 课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日