Protel DXP 基础与应用

1. Protel DXP基础与应用 高明远主讲 机电工程学院 机电工程学院

2. 学习目的 目 录 • 第一篇电子工艺基础 • 第二篇 Protel DXP电路设计与应用 • 掌握电子工艺基础 • 掌握焊接技巧 • 掌握设计SCH和PCB的设计

3. 第一篇 电子工艺基础 第1章 电子元器件 1.1 电阻器 1.2 电容器 1.3 电感器 1.4 变压器 1.5 半导体分立元件 1.6 集成电路 1.7 表面粘贴器件 1.8 其他器件 1.9 印刷电路板基础 1.10 印刷电路板设计原则

4. 第1章 电子元器件 1.1 电阻器 1.1.1 电阻器的分类：碳膜电阻器、金属膜电阻器、合成膜电阻器、线绕电阻器、保险电阻器、NTC、PTC热敏电阻器等。 1.1.2 电阻器的主要参数：标称电阻值和允许偏差（误差）、额定功率、温度系数、最高工作电压、稳定性、噪声电动势、高频特性等 当前电阻器标称阻值系列有E6、E12、E24三大系列， 4. 数码表示法 电阻器的标称方法 1. 直标法 2. 文字符号法 表1-2 色环电阻的颜色-数码对照表 3. 色标法

5. 注意：读色环的顺序是以靠近电阻器引线的色环是第一环，若两端色环与两端引线等距离时，可借助于电阻的标称值系列以及色环符号的规定中有效数字与偏差的特点来判断。注意：读色环的顺序是以靠近电阻器引线的色环是第一环，若两端色环与两端引线等距离时，可借助于电阻的标称值系列以及色环符号的规定中有效数字与偏差的特点来判断。 1.1.4 电阻器的测试及代换 1.2 电容器 1.2.1 电容器的分类按结构可分为固定电容器、可变电容器和微调电容器；按绝缘介质可分为空气介质电容器、云母电容器、瓷介电容器、涤沦电容器、聚苯烯电容器、金属化纸电容器、电解电容器、玻璃釉电容器、独石电容器等

6. 1.2.2 电容器的参数 1. 标称容量和允许偏差 2. 额定电压 3. 绝缘电阻 1.2.3 电容器的标称方法 直接标注主要技术指标的方法 1. 直标法 用阿拉伯数字和字母符号有规律地组合来表示标称容量的方法 2. 文字符号法 例：0.33P标成P33 ；6800pF标成6n8；2.2 PF标为 2P2； 4700μF 标为 4m7；1000pF 标为 1n；0.01μF 标为 10n。 3. 色标法

7. 1.2.4 电容器的测试及代换 1.3 电感器 1.3.1 电感器的分类 【1.3.4 电感量和误差的标注方法:】a.直标法:在电感线圈的外壳上直接用数字和文字标出电感线圈的电感量,允许误差及最大工作电流等主要参数.b.色标法：同电阻标法.单位为μH 按电感的形式可分为固定电感和可变电感线圈； 按导磁性质可分为空芯线圈和磁芯线圈； 按工作性质可分为天线线圈、振荡线圈、低频扼流线圈和高频扼流线圈； 按耦合方式可分为自感应和互感应线圈； 按绕线结构可分为单层线圈、多层线圈和蜂房式线圈等。 1.3.2 电感器的主要参数 2. 品质因数 3. 分布电容 1. 电感量 4. 额定电流 5. 稳定性 1.3.3 电感器的测试及代换 用万用表检测。若测得线圈的电阻值远大于标称值或趋于无穷大，说明电感器断路；若测的线圈的电阻远小于标称阻值，说明线圈内部有短路故障。

8. 1.4 变压器 变压器按使用的工作频率可以分为高频、中频、低频、脉冲变压器。 1.4.1 变压器的主要特征参数 1. 额定功率 2. 变压比 3. 效率 4. 温升 1.5 半导体分立元件 1.5.1 二极管 1.5.2 三极管 1.5.3 晶闸管 1.5.4 场效应晶体管 1.5.5 光电器件 3. 光电耦合器 光电耦合器也称为光电隔离器或光耦合器，有时简称光耦 隔离 传输电信号

9. 1.6 集成电路 集成电路是利用半导体工艺或厚薄膜工艺（或者这些工艺的结合）将电路的有源元件（三极管、场效应管等）、无源元件（电阻器、电容器等）及其连线制作在半导体基片上或绝缘基片上，形成具有特定功能的电路，并封装在管壳之中。 集成电路与分立元件电路相比，具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能稳定等优点，广泛应用于电子产品中。 1.6.1 集成电路的分类及命名 1.6.2 集成电路的封装形式及识别 1.7 表面粘贴器件 SMC(Surface Mounted Component) 表面贴装技术SMT（ Surface Mounting Technology）指的是将元件贴装，然后焊到PCB（Printed Circuit Board印制电路板）上的一种新型电子装联技术。

10. 1.8 其他器件 1.8.2 继电器 1.8.3 接插件

11. 1.9 印刷电路板 1.9 .1 印刷电路板基础 • 根据电路板的结构可以分为单面板(Signal Layer PCB)、双面板(Double Layer PCB)和多层板(Multi Layer PCB)三种。 • 1、单面板：是一种一面敷铜，另一面没有敷铜的电路板，只可在它敷铜的一面布线和焊接元件。 • 2、双面板：是一种包括顶层(Top Layer)和底层(Bottom Layer)的电路板，双面都有敷铜，都可以布线，顶层一般为元件面，底层一般为焊接面。 • 3、多层板：就是包含多个工作层面的电路板，除了有顶层和底层外还有中间层，顶层和低层与双面板一样，中间层一般是由整片铜膜构成的电源层或接地层、信号层。 PCB（Printed Circuit Board），中文名称为印刷线路板，简称印制板

12. 整个电路板将包括顶层(Top)、底层(Bottom)、内层和中间层。层与层之间是绝缘层，绝缘层用于隔离电源层和布线层，绝缘层的材料要求绝缘性能、可挠性、耐热性等良好。整个电路板将包括顶层(Top)、底层(Bottom)、内层和中间层。层与层之间是绝缘层，绝缘层用于隔离电源层和布线层，绝缘层的材料要求绝缘性能、可挠性、耐热性等良好。 • 通常在印刷电路板上布上铜膜导线后，还要在上面印上一层防焊层(Solder Mask)，防焊层留出焊点的位置，而将铜膜导线覆盖住。防焊层不粘焊锡，甚至可以排开焊锡，这样在焊接时，可以防止焊锡溢出造成短路。另外，防焊层有顶层防焊层(Top Solder Mask)和底层防焊层(Bottom Solder Mask)之分。 • 有时还要在印刷电路板的正面或反面印上一些必要的文字，如元件标号、公司名称等，能印这些文字的一层为丝印层(Silkscreen Overlay)，该层又分为顶层丝印层(Top Overlay)和底层丝印层(Bottom Overlay)。

13. 1.9.2 印刷电路板中常用术语 • 1、铜膜导线 • 铜膜导线是敷铜板经过加工后在PCB上的铜膜走线，又简称为导线，用于连接各个焊点，是印刷电路板重要的组成部分。与布线过程中出现的预拉线（又称为飞线）有本质的区别，飞线只是形式上表示出网络之间的连接，没有实际的电气连接意义。 • 2、焊盘(Pad) • 焊盘的作用是焊锡连接元件引脚和导线，形状可分为三种，即圆形(Round)、方形（Rectangle）和八角形（Octagonal），主要有两个参数孔径尺寸（Hole Size）和焊盘环的尺寸

14. 八角形（Octagonal） 圆形(Round) 方形（Rectangle）

15. 3、导孔(Via) • 导孔的作用是连接不同的板层间的导线，导孔有三种，即从顶层到底层的穿透式导孔、从顶层通到内层或从内层通到底层的盲导孔和内层间的隐藏导孔。导孔只有圆形，尺寸有两个，即通孔直径和导孔直径，

16. 4、安全距离（Clearance） • 在印刷电路板上，为了避免导线、导孔、焊盘之间相互干扰，必须在它们之间留出一定的间隙，即安全距离，其距离的大小可以在布线规则中设置。

17. 1.10 PCB设计的基本原则 • 1 电路板的选用 • 常用的敷铜层压板是敷铜酚醛纸质层压板、敷铜环氧纸质层压板、敷铜环氧玻璃布层压板、敷铜环氧酚醛玻璃布层压板、敷铜聚四氟乙烯玻璃布层压板和多层印刷电路板用环氧玻璃布等。主要是应该保证足够的刚度和强度。常见的电路板的厚度有0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm等。 • 2 电路板尺寸 • 一般情况下，在禁止布线层中指定的布线范围就是电路板尺寸的大小。电路板最佳形状是矩形，长宽比为3:2或4:3。

18. 3 布局 • （1）. 特殊元件的布局 • （2）. 按照电路功能布局 • （3）. 元件离电路板边缘的距离 • （4）. 元件放置的顺序 • 4 布线 • 1) 线长： 铜膜线应尽可能短，在高频电路中更应该如此。 当双面板布线时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。 • 2) 线宽：铜膜线的宽度应以能满足电气特性要求而又便于生产为准则，它的最小值取决于流过它的电流，但是一般不宜小于0.2mm。只要板面积足够大，铜膜线宽度和间距最好选择0.3mm。一般情况下，1~1.5mm的线宽，允许流过2A的电流。

19. 3) 线间距：相邻铜膜线之间的间距应该满足电气安全要求，同时为了便于生产，间距应该越宽越好。最小间距至少能够承受所加电压的峰值。在布线密度低的情况下，间距应该尽可能的大。 • 4) 屏蔽与接地：铜膜线的公共地线，应该尽可能放在电路板的边缘部分。 • 5 焊盘 • 通常情况下以金属引脚直径加上0.2mm作为焊盘的内孔直径。 而焊盘外径应该为焊盘孔径加1.2mm，最小应该为焊盘孔径加1.0mm。 • 6 接地 • 7 其它设计考虑 • 1）. 布线方向 • 在满足电路性能、整机安装和面板布局的前提下，电路板布线方向最好与电路原理图走线方向一致。

20. 2. 元件排列 • 元件排列要分布合理、均匀，力求整齐、美观和结构严谨。 • 3. 电阻、二极管的放置方式 • 1) 平放。当电路元件数量不多，而且电路板尺寸较大的情况下，一般是采用平放比较好，对于1/4瓦以下的电阻平放时，两个焊盘之间的距离为0.3或0.4英寸，1/2瓦电阻平放时，两个焊盘之间的距离为0.5英寸，二极管平放时，1N4000系列整流管的焊盘距离为0.4英寸，1N5400系列焊盘间距为0.5英寸。 • 2) 竖放。当电路元件较多时，而且电路板尺寸不大的情况下，一般采用竖放，竖放时两个焊盘的间距取0.1~0.2英寸。 • 4. 电位器与集成电路的放置方式 • 1) 电位器。在稳压电源中的输出电压调节电位器，应该设计成顺时针调节时输出电压升高，逆时针调节时输出电压降低。在恒流电源中，应该设计成顺时针调节时输出电流增大。 • 电位器的放置位置应该靠近电路边缘，旋转柄朝外，容易调节。 • 2) 集成电路。集成电路座应该尽可能将定位槽放置方向一致。

21. 5. 进出线端布置 • 1) 相关联的两引线端不要距离太大，一般为0.2~0.3英寸为宜。 • 2) 进出线尽可能集中在1~2个电路板侧面不要太分散。 • 6. 电容器 • 电容器焊盘的间距应尽可能与电容器引线之间的距离相符合。若是电解电容器应该有正负极标志。 习题1.1 、1.3、 1.6、 1.8、 1.9 、 1.10 、 1.12 、1.16

22. 第二篇 Protel DXP电路设计与应用 • 第一章 ProtelDXP概述 • 第二章 Protel DXP原理图设计基础 • 第三章 原理图设计 • 第四章 PCB设计 • 第五章 电路仿真

23. 第一章 ProtelDXP概述 • 1.1 认识ProtelDXP • 1.2 ProtelDXP的工作环境 • 1.3 Protel DXP文档

24. EDA简介 1、 Electronic Design Automation(EDA)---电子设计自动化。内容丰富、软件较多。Protel是其中之一，其发展过程如下：TangoProtel for DosProtel for Windows1.0/1.5 Protel3.16 Protel98 Protel99 Protel99se Protel DXP 2、EDA主要内容： SCH：原理图设计 PCB：印刷电路板设计 PLD：可编程逻辑器件设计 SIM；电路仿真 SI： 信号完整性分析 3、学习目的： EDA是使用性极强的一门操作技能课，掌握操作技能；掌握Protel的基本操作技巧学会设计SCH和PCB，了解SIM。

25. 1.1 认识ProtelDXP • ProtelDXP的启动：两种方法：1、任务栏上开始菜单中的PROTELDXP图标 点击选取选项即可启动Protel DXP集成设计环境，如图1-16所示。 • 2、点击PROTELDXP设计数据库文件

26. 1.2 ProtelDXP的工作环境： • 1、设置显示器的分辨率 • EDA程序对屏幕分辨率的要求一向比其他类型的应用程序要高一些。例如Advanced Schematic中，如果分辨率没有达到1024×768点，则有些界面就显示不正常，此时设计者将无法正常使用。在这种情况下，当然是很不方便的，所以建议设计者尽量将屏幕的分辨率设置在1024×768点以上。

27. 2 系统参数设置 • 单击系统主菜单图标，弹出如图所示的系统下拉菜单。 然后选择系统参数命令【System Preferences】，则弹出系统参数设置对话框，如图所示。 Protel DXP系统菜单

28. 1.3 Protel DXP文档 • Protel DXP是一套真正的32位集成设计系统，全面支持PCB项目设计和FPGA项目设计，并提供了与其他设计系统的接口。设计管理器允许Protel DXP系统的各个功能模块在一起交互工作，就像操作单一的软件工具一样，界面统一。 • 1.3.1 Protel DXP的文档组织结构Protel DXP支持各种文件格式，包括原理图文档、PCB文档、网表文件、结构文件和材料清单报表等。为了方便管理各种文档，Protel DXP设计管理器按层次结构及类型对各种文档进行有效的管理，文档的组织结构如图所示。

29. 1.3.1 Protel DXP的文档组织结构 • Protel DXP文档组织结构图

30. 1.3 Protel DXP文档 • 1.3.2 项目组文档 • 为了对设计项目进行有效的管理，Protel DXP提出了项目组文档（*.PrjGrp）管理方式，可以将自己的设计项目分类组织到一个项目组文档。一个项目组文档可以管理多个项目文档，既可以是PCB项目文档，也可以是FPGA项目文档。 • 设计项目组文档实际上是一种文本文档，在该文档中建立有关设计项目的链接关系，所有组织到该项目组的各种设计项目，并没有真正包含到该项目组文档，只是通过链接关系组织起来。项目组文档是Protel DXP文档的最高管理形式。

31. 1.3 Protel DXP文档 • 1．打开项目组文档 • 要打开一个项目组文档，可以执行菜单命令【File】→【Open】，在弹出的“Choose Document to Open”对话框内，将文件类型指定为“Projects and Documents（*.PrjGrp）”，在查找范围一 栏指定要打开的项目组文档所在文件夹，然后在如图1-47所示的文档窗口中单击要打开的文档，最后按按钮打开。 • 当打开一个项目组文档时，该项目组文档下的所有项目（包含自由文档）就会自动在项目管理面板中被打开。以打开“C:\Program Files\Altium\Examples\Z80（via netlist）\Z80（via netlist）.PrjGrp”文档为例。

32. 1.3 Protel DXP文档 • 2．新建项目组文档 • 当启动Protel DXP时，无论是否打开或新建一个其他文档，系统都会自动在项目管理面板的项目组文档栏内新建一个项目组文档，默认文档名为“ProjectGroup1.Prjgrp” 。 • 要新建自己的项目组文档，必须将默认的项目组文档另存为其他的名称，具体操作如下： • 执行菜单命令【File】→【Save Project Group】命令，在弹出的项目组文档另存为对话框的文件名输入栏内输入项目组文件名（比如MyprjGrp），然后单击按钮即可。

33. 1.3 Protel DXP文档 • 1.3.3 项目文档 • 1．打开现有的PCB项目文档 • 方法一：执行菜单命令【File】→【Open Project】， • 方法二： 直接单击项目工具栏上的图标或图标， • 方法三：直接单击快速操作工具“Open a Project or document”，则显现对话框，其他操作同方法一。 • 2．创建一个空的PCB项目文档

34. 1.3 Protel DXP文档 • 1.3.4 原理图文档及原理图编辑器 • 1．打开已存在的原理图文档 • 2．新建原理图文档 • 1）执行菜单命令【File】→【New】→【Schematic Sheet】，一个名为“Sheet1.SchDoc”的原理图图纸即出现在设计窗口中，并且原理图文件夹也自动地添加（链接）到项目。例如，在“MyProject.PrjPcb”项目下新建一个原理图文档，则该文档自动列在“Myproject.PrjPCB”项目的“Schematic Sheets”文件夹下，如图所示。

35. 1.3.4 原理图文档及原理图编辑器 • 2）执行菜单命令【File】→【Save】，则显现文件另存为对话框，参见图1-50。将文件保存在默认文件夹，即进行系统参数设置时所指定的文件夹。在文件名栏键入“MySch.Schdoc”，单击按钮将以“MySch.Schdoc”名称保存，并退出当前对话框。 • 保存完成后的项目管理面板如图所示。 • 当空白原理图纸打开后，工作区会发生变化。主工具栏增加了一组新的按钮，多出了一些其他工具栏，并且菜单栏也增加了新的菜单项。现在就可以在原理图编辑器中绘制需要的原理图了。

36. 1.3.4 原理图文档及原理图编辑器 • 当完成上述操作以后，可以执行菜单命令【File】→【Save All】，如果原来项目组未保存，此时将显现图1-50所示的对话框，输入项目组文档名，然后单击按钮将默认项目组另存为指定的项目组（本例将项目组文档命名为“MyPrjGrp.PrjGrp” 。如果前面已经另存过，此后再执行菜单命令【File】→【Save All】时，只是将更新结果保存。

37. 第二章 Protel DXP原理图设计基础 • 2.1 原理图设计步骤 • 2.2 认识原理图编辑器 • 2.3 设置图纸 • 2.4 网格和光标

38. 开 始 原理图布线 启动Protel DXP_SCH电路原理图编辑器 检查、校对及线路调整 设置图纸尺寸及版面 报表输出 设置工作环境 文档保存及打印 放置零件并布局 结 束 2.1 原理图设计步骤 • 电路原理图设计是EDA设计的基础，原理图设计的大致流程如图所示。

39. 2.2 认识原理图编辑器 • 启动原理图编辑器Protel DXP_Sch主菜单

40. 2.2 认识原理图编辑器 • 2.2.2 标准工具栏: • 2.2.3 常用工具栏： • 2.3 设置图纸 • 关于图纸的设置，可选择菜单【Design】→【Options】命令，系统弹出“Document Options”对话框，如图所示。

41. 2.3.1 设置图纸大小 • 用大小合适的图纸来绘制原理图,可以使显示和打印都相当清晰,而且也比较节省存储空间。 • 1. 选择标准图纸 • 在如图所示的“Sheet Option”中，“Standard Style”区域设置标准图纸。用户可以用鼠标单击右边的下拉菜单来改变图纸的大小，Protel DXP提供了10多种广泛使用的英制及公制图纸尺寸供用户选择标准图纸，如图所示。 • l公制：A0、A1、A2、A3、A4。 • l英制：A、B、C、D、E。 • lOrCAD标准：OrCAD A、OrCAD B、OrCAD C、OrCAD D、OrCAD E。

42. 其他：Letter、Legal、Tabloid。 • 设置图纸尺寸的基本原则是：尽量选择尺寸小的标准图纸。选择较小的图纸可以使操作更加方便，而标准图纸可以方便输出与交流。 • 2. 自定义图纸 • 如果需要自定义图纸尺寸，必须设置图对话框中“Custom Style”区域中的各项，如图所示。首先，必须在“Custom Style”区域中选中“Use Custom Style”复选框，以激活自定义图纸功能，其他各项设置的含义如下：

44. 有两种方法调整图纸的大小： • 方法一：执行菜单命令【View】→【Fit All Objects】（热键〈V〉，〈F〉），将图纸上所有组件以最大比例显示在窗口中，保证原理图图纸有一个合适的视图。 • 方法二：使用键盘实现图纸的放大与缩小。当系统处于其他绘图命令时，如果设计者无法用鼠标使用方法一调整视图，此时要放大或缩小图纸，必须采用功能健来实现。 • 1) 放大：按<PageUP>键，可以放大绘图区域。 • 2) 缩小：按<PageDown>键，可以缩小绘图区域。 • 3) 居中：按<Home>键，可以从原来光标下的图纸位置移位到工作区中心位置显示。 • 4) 刷新：按<End>键，对图纸区的图形进行刷新，恢复正确的现实状态。

45. 2.3.2 设置图纸方向和标题栏 • 在图所示的对话框中，“Options”区域设置图纸方向和标题栏，如图所示。 • 设置图纸方向和标题栏 • 1. 设置图纸方向 • 图纸的方向可以通过“Orientation”栏中的下拉按钮设置：“Landscape”为横向方向，“Portrait”为纵向方向。通常情况喜下，在绘制及显示时设为横向，在打印时设置为纵向。 • 2. 设置图纸标题栏

46. Protel 提供了两种预先定义好的标题栏，分别是“Standard”(标准形式)和“ANSI”形式。具体设置可在图2-14的“Title Block”栏右边的下拉列表框中选取。 • 3. 其它 • 在图2-14所示的“Options”区域中，还有与图纸有关的其它设置。 • 1) “Show Reference Zones”复选框：设置边框中的参考坐标。如果选择该选项，则显示参考坐标，否则不显示，一般情况下均应选中。 • 2) “Show Border”复选框：设置是否显示图纸边框，如果选中则显示，否则不显示。 • 3) “Show Template Graphics”复选框：设置是否显示模板上的图形、文字及专用字符串等。通常，为了显示自定义图纸的标题区块或公司商标之类才选该项。 • 2.3.3 设置图纸颜色 • 2.3.4 设置系统字体

47. 2.4 网格和光标设置 • 在设计原理图时，图纸上的网格为放置元件、连接线路等设计工作带来极大的方便。选择菜单【Design】→【Options】命令，系统弹出“Document Options”对话框，如图2-13所示。 • 2.4.1 设置网格的可见性 • 1. “Snap”复选框 • 这项设置又称为“捕获栅格”设置，可以改变光标每次移动的最小距离。选中此项表示光标移动时以“Snap”栏中的设置值为基本单位移动，系统默认值为10个像素点，也可以根据设计的需要输入数值以改变移动距离；不选此项，则光标移动时以1个像素点为基本单位移动。 • 2． “Visible”复选框 • 选中此项表示网格可见，可以在其右边的设置框中输入数值来改变图纸网格间的距离，系统默认值为10个像素点；不选此项表示在图纸上不显示网格。

48. 如果将“Snap”和“Visible”设置为相同的数值，那么光标每次移动一个网格；如果将“Snap”数值设置为“Visible”数值的一半，那么光标每次移动半个网格如果将“Snap”和“Visible”设置为相同的数值，那么光标每次移动一个网格；如果将“Snap”数值设置为“Visible”数值的一半，那么光标每次移动半个网格 • 2.4.2 设置电气栅格 • 在图所示的对话框中，“Electrical Grids”区域设置电气栅格。如果选中，系统会以“Grid Range”栏中设置的值为半径，以光标所在位置为中心，向四周搜索电气节点。如果在电气栅格的范围内有电气节点，光标自动移到该节点上，并且在该节点上显示一个圆亮点；如果不选中此项复选框，即，则无自动寻找电气节点的功能。 • 网格和电气栅格的可见性也可以通过的菜单【View】→【Grids】中的命令设置，如下图所示。菜单中的每个命令具有开关特性，即执行一次命令为显示栅格，再执行一次该命令则为不显示栅格。

49. 2.4.3 设置光标形状 • 光标形状是指在原理图编辑中，光标在放置元件、绘图或连接线路时的形状。在图2-15所示的“Graphical Editing”标签页中，“Cursor Grid Options”区域的“Cursor Type”栏设置光标的形状。单击该栏右边的下拉按钮，弹出如图下所示的三种光标形状选择。

50. 第三章 原理图设计 • 3.1 Protel DXP元件库 • 3.2 放置元件 • 3.3 连接电路 • 3.4 绘制原理图的其他工具 • 3.5 绘图工具 • 3.6 层次电路图设计 • 3.7 建立元件库与制作元件 • 3.8 检查电气连接和生成报表