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作者：王万刚,蔡川等编

出版社：电子工业出版社

出版时间：2011-08-01

书籍编号：30466628

ISBN：9787121138386

正文语种：中文

字数：94098

版次：1

所属分类：教材教辅-中职/高职

版权信息

书名：电子线路CAD设计

作者：王万刚　蔡川

ISBN：9787121138386

版权所有 · 侵权必究

职业教育 继往开来（序）

自我国经济在新的世纪快速发展以来，各行各业都取得了前所未有的进步。随着我国工业生产规模的扩大和经济发展水平的提高，教育行业受到了各方面的重视。尤其对高等职业教育来说，近几年在教育部和财政部实施的国家示范性院校建设政策鼓舞下，高职院校以服务为宗旨、以就业为导向，开展工学结合与校企合作，进行了较大范围的专业建设和课程改革，涌现出一批示范专业和精品课程。高职教育在为区域经济建设服务的前提下，逐步加大校内生产性实训比例，引入企业参与教学过程和质量评价。在这种开放式人才培养模式下，教学以育人为目标，以掌握知识和技能为根本，克服了以学科体系进行教学的缺点和不足，为学生的顶岗实习和顺利就业创造了条件。

中国电子教育学会立足于电子行业企事业单位，为行业教育事业的改革和发展，为实施“科教兴国”战略做了许多工作。电子工业出版社作为职业教育教材出版大社，具有优秀的编辑人才队伍和丰富的职业教育教材出版经验，有义务和能力与广大的高职院校密切合作，参与创新职业教育的新方法，出版反映最新教学改革成果的新教材。中国电子教育学会经常与电子工业出版社开展交流与合作，在职业教育新的教学模式下，将共同为培养符合当今社会需要的、合格的职业技能人才而提供优质服务。

近期由电子工业出版社组织策划和编辑出版的“全国高职高专院校规划教材·精品与示范系列”，具有以下几个突出特点，特向全国的职业教育院校进行推荐。

（1）本系列教材的课程研究专家和作者主要来自于教育部和各省市评审通过的多所示范院校。他们对教育部倡导的职业教育教学改革精神理解得透彻准确，并且具有多年的职业教育教学经验及工学结合、校企合作经验，能够准确地对职业教育相关专业的知识点和技能点进行横向与纵向设计，能够把握创新型教材的出版方向。

（2）本系列教材的编写以多所示范院校的课程改革成果为基础，体现重点突出、实用为主、够用为度的原则，采用项目驱动的教学方式。学习任务主要以本行业工作岗位群中的典型实例提炼后进行设置，项目实例较多，应用范围较广，图片数量较大，还引入了一些经验性的公式、表格等，文字叙述浅显易懂。增强了教学过程的互动性与趣味性，对全国许多职业教育院校具有较大的适用性，同时对企业技术人员具有可参考性。

（3）根据职业教育的特点，本系列教材在全国独创性地提出“职业导航、教学导航、知识分布网络、知识梳理与总结”及“封面重点知识”等内容，有利于老师选择合适的教材并有重点地开展教学过程，也有利于学生了解该教材相关的职业特点和对教材内容进行高效率的学习与总结。

（4）根据每门课程的内容特点，为方便教学过程，为教材配备相应的电子教学课件、习题答案与指导、教学素材资源、程序源代码、教学网站支持等立体化教学资源。

职业教育要不断进行改革，创新型教材建设是一项长期而艰巨的任务。为了使职业教育能够更好地为区域经济和企业服务，我们殷切希望高职高专院校的各位职教专家和老师提出建议，共同努力，为我国的职业教育发展尽自己的责任与义务！

中国电子教育学会

前言

随着现代科学技术的进步，电路设计进入了自动化阶段，与电路设计相关的各种工作大多通过计算机完成，如电路图的绘制、PCB文件的制作、文档的输出等。我国电子行业在近些年得到了快速发展，生产规模和科研设计水平都有了很大的提高，对掌握电子CAD技能的人员需求在不断增加，这就要求职业院校学生认真学习电子CAD的方法和技巧。

我们按照最新的职业教育教学改革要求，吸纳企业人员参与教学，引入行业企业技术标准开发和设置课程内容。本书以行业企业印制电路板的设计过程为主线，在已取得的课程改革成果基础上，结合作者多年的校企合作经验进行编写，注重电路设计理念和Protel软件操作技能的培养。

本书共分为9个学习单元。学习单元1介绍Protel软件使用基础；学习单元2～5介绍电路原理图的绘制及图形对象的编辑技巧、原理图元件符号的创建及应用方法；学习单元6～9介绍PCB编辑器、元件封装、印制电路板设计、手工布局与布线、自动布局与布线、PCB图的打印与输出等。每个学习单元后还配有多个练习题，附录包括计算机辅助设计（电子类）中、高级绘图员鉴定标准，PCB制作工艺流程，印制电路板制程等，内容实用易懂，有助于学生较好地掌握知识与技能和顺利就业。

全书由王万刚、蔡川任主编，彭勇、张建碧任副主编。其中王万刚编写学习单元7～9；蔡川编写学习单元1～3；彭勇编写学习单元5～6；张建碧编写学习单元4和附录。

在教材编写过程中，得到重庆普天普科通信技术有限公司企业专家、学校领导，以及大连工业大学职业技术学院孟晓明、成都电子机械高等专科学院李可为、厦门华夏职业学院李文耀、四川航天职业技术学院宋科、沈阳职业技术学院赵新亚、成都航空职业技术学院梁颖、成都航空职业技术学院曾友州、四川交通职业技术学院何涛、南京信息职业技术学院周志近、常州信息职业技术学院余建、大连职业技术学院陈晓娟、淮安信息职业技术学院赵安邦的大力支持和帮助，在此一并表示衷心感谢。

由于水平和时间有限，书中不妥之处还望读者批评与指正。

为了方便教师教学，本书配有免费的电子教学课件和习题参考答案，请有此需要的教师登录华信教育资源网（http：//www.hxedu.com.cn）免费注册后进行下载，有问题时请在网站留言板留言或与电子工业出版社联系（E-mail：hxedu＠phei.com.cn）。读者也可通过精品课链接网址（http：//jpkc.cqcmc.cn/dzcad/）浏览和参考更多的教学资源。

编 者

学习单元1 电子线路CAD软件使用基础

随着电子信息技术的发展以及大规模集成电路的使用，印制电路板的设计越来越复杂和精密。为了提高电子产品设计效率，电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）技术应运而生。各厂商推出了各种电子线路CAD（Computer Aided Design）软件，极大地降低了工程技术人员的劳动强度，提高了设计工作的准确性。本学习单元介绍电子线路CAD软件使用方面的基础知识。

教学导航

任务1-1 认识电子线路CAD

早在20世纪70年代，军工部门就利用电子线路CAD软件来完成飞机、火箭等航空、航天器的设计工作，但当时由于计算机价格昂贵，CAD软件的种类少，普及率低。随着计算机硬件技术水平的提高和费用的降低，电子线路CAD软件得到非常广泛的应用，它的应用操作能力也已成为许多企事业单位的人才考核指标之一。

1.电子线路CAD的概念

电子线路CAD的基本含义是使用计算机来完成电子线路的设计过程，包括电路原理图的编辑，电路功能仿真，工作环境模拟，印制电路板设计（自动布局、自动布线）与检测等。电子线路CAD软件还能迅速形成各种各样的报表文件，如元件清单报表，为元器件的采购及工程预决算等提供了方便。

在计算机上，利用电子线路CAD软件进行电路设计的过程大致如下：

（1）编辑原理图。原理图编辑（Schematic Edit）是电路CAD设计的前提，因此原理图编辑是电路CAD软件必备的功能。

（2）必要时利用CAD软件的电路仿真功能，对电路功能、性能指标进行仿真测试（如使用Protel 99 SE的Sim仿真器）。电路功能、性能主要由原理图决定。在仿真软件出现以前，只能通过实验方法对电路性能进行测试，但费用高、周期长；在仿真软件出现以后，即可通过仿真软件对电路性能进行模拟，既方便又快捷，而且费用低廉。因此，一个成熟的电路CAD软件最好应具备电路仿真功能。

（3）如果电路中使用了PLD器件，则必须进行PLD设计，以便获得PLD烧结数据文件。因此，一个成熟的电路CAD软件最好能提供PLD设计功能（Protel 98/99 SE提供了PLD设计功能）。

（4）生成网络表文件（或直接执行Protel 99 SE原理图编辑器中“Design”菜单下的“Update PCB...”命令，创建PCB文件并将原理图中的元件序号、封装形式以及连接关系装入PCB文件内）。

（5）不正确时返回（1），修改原理图。

（6）设计、编辑印制板（PCB）（执行“Update PCB...”命令，或启动Protel 99 SE PCB编辑器，并装入从原理图文件中提取的网络表文件）。PCB设计是电路CAD设计的最终目的，因此PCB编辑功能的强弱（如自动布局、布线效果）是衡量电路CAD软件关键性能的指标之一。

（7）对高速数字电路来说，完成印制板编辑后，可能还需要通过信号完整性分析，以确认信号在传输过程中是否发生畸变。

（8）在PCB中生成网络表文件，并与SCH编辑器中生成的网络表文件进行比较，以确认PCB设计过程中是否改变了原理图中元件的连接关系。

2.电子线路CAD的经典软件

Protel是电子线路CAD软件中最具代表性的软件之一。Protel系列软件是Protel公司（2002年更名为Altium）开发的一套用于电子电路设计的应用软件，它以先进的技术、丰富的功能，以及方便的操作获得了最为广泛的应用，目前已成为广大电子设计者的首选操作软件。本书着重突出电路设计的思路、方法和操作技巧，以使用范围最广的Protel 99 SE为例进行介绍，其高版本的基本功能和操作方法与此类似，因此熟练掌握本书内容后就能更容易地应用其他更新版本进行电路设计了。

Protel 99 SE软件的主要特点如下。

（1）支持由上到下或由下到上的层次电路设计，应用它能够完成大型、复杂的电路设计。

（2）当原理图中的元件来自仿真元件库时，可以直接对电原理图中的电路进行仿真测试。

（3）提供ERC（电气规则检查）和DRC（设计规则检查），能最大限度地减少设计差错。

（4）库元件的管理、编辑功能完善，操作非常方便。通过基本的作图工具，即可完成原理图元件电气图形符号及PCB元件封装图形的编辑、创建。

（5）全面兼容TANGO及Protel for DOS，即在Protel 99 SE中可以使用、编辑TANGO或低版本Protel建立的文件，并提供与OrCAD格式文件转换的功能。

（6）Schematic和PCB之间具有动态连接功能，保证了原理图与印制电路板的一致性，以便相互检查、校验。

（7）具有连续操作功能，可以快速地放置同类型元件、连线等。

3.Protel软件电路设计步骤

应用Protel软件设计印制电路板的步骤如表1.1所示。

表1.1 Protel 99 SE设计印制电路板的步骤

任务1-2 安装Protel软件

设计要求：在自己的计算机上安装好Protel 99 SE软件。

Protel 99 SE软件要求运行在Windows 98/2000/NT 或更高版本操作系统，机器的性能越高，越能发挥Protel的强大功能。其中显示分辨率1024×768为Protel 99 SE设计窗口的标准显示方式。

安装步骤如下。

（1）运行安装光盘中Protel 99 SE子目录下的Setup.exe文件，将显示第1个Protel 99 SE Setup 对话框，如图1.1所示。

图1.1 第1个Protel 99 SE Setup 对话框

（2）单击“Next”按钮，将显示第2个Protel 99 SE Setup 对话框，如图1.2所示。

图1.2 第2个Protel 99 SE Setup 对话框

在该对话框中的“Name”文本框中输入用户名；在“Company”文本框中输入单位名称；在“Access Code”文本框中输入协议代码。

（3）单击“Next”按钮，将显示第3个Protel 99 SE Setup 对话框，如图1.3所示。

图1.3 第3个Protel 99 SE Setup 对话框

该对话框提示安装Protel 99 SE的默认路径，如果想更改，则单击“Browse...”按钮，选择安装路径。

（4）单击“Next”按钮，将显示第4个Protel 99 SE Setup 对话框，如图1.4所示。

图1.4 第4个Protel 99 SE Setup 对话框

对话框中给出两种安装方式，其中，“Typical”单选按钮为典型安装；“Custom”单选按钮为定制安装。

（5）选择后，单击“Next”按钮，将显示第5个Protel 99 SE Setup 对话框，如图1.5所示。若单击“Back”按钮，则可以返回前面的步骤。

图1.5 第5个Protel 99 SE Setup 对话框

（6）单击“Next”按钮，开始安装，安装过程中显示安装进度界面，若需要中止安装过程，可以单击“Cancel”按钮。

（7）安装后选择重新启动系统，接着显示第6个Protel 99 SE Setup 对话框，如图1.6所示，单击“Finish”按钮完成安装。

图1.6 第6个Protel 99 SE Setup 对话框

安装Protel 99 SE结束后，系统会在“开始/程序”菜单中创建一个Protel 99 SE快捷子菜单，同时在桌面上创建一个Protel 99 SE快捷图标。

注意：根据需要读者可以安装其补丁程序，也可安装其汉化包，但是汉化后的软件有些功能是受限的。

任务1-3 认识Protel的基本功能

1.3.1 电路工程设计部分

1.电路原理图设计系统

电路原理图设计系统（Advanced Schematic 99）包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图元件库编辑器（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；更新和修改电路图元件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。

2.印制电路板设计系统

印制电路板设计系统（Advanced PCB 99）包括印制电路板编辑器（简称PCB编辑器）、元件封装编辑器（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、修改和编辑印制电路板；更新和修改元件封装；管理电路板组件。

3.自动布线系统

自动布线系统（Advanced Route 99）包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印制电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。

1.3.2 电路仿真与PLD部分

1.电路模拟仿真系统

电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）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

可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）包括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系统可以最大限度地精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。

3.高级信号完整性分析系统

高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）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。

任务1-4 建立一个新的设计数据库

设计要求：在E盘创建以“班级姓名学号”为名的文件夹，并在文件夹中建立名为“text.ddb”的设计数据库文件。

Protel所创建的文件称为设计数据库。设计数据库只是一个容器，并不是任何一张原理图或印制电路板图的具体载体，设计过程中的所有文件都保存在设计数据库中。

设计数据库的扩展名为.ddb。在Windows环境下，用户看到的只是.ddb文件，不能看到其中包含的具体设计文件。

（1）双击桌面上的Protel 99 SE图标或单击“开始”图标，选择所有程序，选择Protel 99 SE，启动Protel 99 SE，进入设计环境，如图1.7所示。

图1.7 进入Protel 99 SE设计环境

（2）在设计环境中，执行菜单命令“File→New”，系统将弹出新建设计数据库对话框，如图1.8所示。

图1.8 新建设计数据库对话框（MS Access Database保存类型）

（3）设计保存类型（Design Storage Type）。

① MS Access Database：设计过程中的全部文件都存储在单一的数据库中，即所有的原理图、PCB文件、网络表、报表文件等都存在一个xxx.ddb文件中，在资源管理器中只能看到唯一的xxx.ddb文件。

② Windows File System：在对话框底部指定的硬盘位置建立一个设计数据库的文件夹，所有文件被保存在该文件夹中。该选项可以直接在资源管理器中对数据库中的设计文件，如原理图、PCB文件等进行复制、粘贴等操作，但不支持Design Team（设计组）特性。

选择“MS Access Database”类型（Protel 99 SE软件数据默认保存类型），界面如图1.8所示，对话框有“Location”和“Password”两个选项卡；选择“Windows File System”类型，对话框没有“Password”选项卡。

（4）修改数据库文件名（Database File Name）：图1.8中所示MyDesign.ddb是系统新建设计数据库的默认文件名，将其中的MyDesign改为“text”（保留.ddb）。

（5）保存数据库文件的路径（Database Location）：设计数据库的保存路径。单击“Browse...”按钮，选择指定路径，单击“保存”按钮，返回图1.8，单击“OK”按钮，即建立了一个设计数据库。在Protel 99 SE中，新设计数据库在创建之后，设计数据库文件主要由Design Team、Documents和Recycle Bin三部分组成，如图1.9所示。

图1.9 新建的设计数据库

任务1-5 了解设计数据库的组成

Protel 99 SE的设计是面向设计组的，设计组的成员和特性都在Design Team管理器中进行管理。在Design Team管理器中定义设计组的成员和权限，使得设计变得更加方便。

（1）设计组文件夹Design Team用于存放权限数据，包括三个文件夹。

Members文件夹：包含能够访问该设计数据库的所有成员列表；

Permissions文件夹：包含各成员的权限列表；

Sessions文件夹：设计数据库的网络管理，包含处于打开状态的属于该设计数据库的文档或文件夹的窗口名称列表。

（2）回收站Recycle Bin：用于存放临时性删除的文档。

（3）Documents文件夹：一般用于存放用户建立的文件夹和各种文档。

1.设计数据库的所有成员（Members）

在Members文件夹中系统自带两个默认的组成员，系统管理员Admin和用户Guest。建库者一般就是此项目的主管即系统管理员。如允许多人对设计数据库进行操作，则需要增加设计组成员。

1）增加新成员的操作步骤

（1）以系统管理员Admin的身份打开一个设计数据库文件，或新建一个带有登录密码的设计数据库文件。

（2）双击设计组文件夹“Design Team”，或者单击其前面的加号+，展开其目录树。

（3）双击“Members”文件夹，以在设计器窗口中打开成员列表。

（4）在右边设计窗口的空白处双击鼠标右键，然后在弹出的快捷菜单中选择“New Member...”菜单项，如图1.10所示。

图1.10 设计数据库的访问成员列表

增加访问成员还可以通过选择“File”菜单，然后在弹出的下拉菜单中选择“New Member...”菜单项来实现。

（5）在弹出的“User Properties”对话框中输入成员的名称描述（可省略）及密码，如图1.11所示。

图1.11“User Properties”对话框

（6）单击“OK”按钮。操作完成后，新成员将出现在成员列表中。新增加的访问成员的权限由“Permissions”文件夹中的“［All members］”决定，用户可以进行修改。

2）修改成员登录密码

若需修改某成员的登录密码，可在“Members”视图窗口中双击相应的成员名，在弹出的“User Properties”（用户属性）对话框中（如图1.11所示）进行修改。

3）删除成员操作步骤

（1）在Members视图窗口中相应成员名上单击鼠标右键。

（2）在弹出的快捷菜单中选择“Delete”。

（3）在弹出的“Confirm”（确认）对话框中，单击“Yes”按钮。

2.设计组成员权限设置（Permissions）

为了避免设计数据库的内容遭到意外损坏，系统管理员可以设置每个设计组成员使用文件和文件夹的权限。Protel 99 SE提供了四种权限：

Read（R）：只读，具有对文件和文件夹打开的权力；

Write（W）：写入，具有对文件和文件夹修改的权力；

Delete（D）：删除，具有对文件和文件夹删除的权力；

Create（C）：新建，具有建立文件和文件夹的权力。

系统管理员Admin同时拥有以上四种权限。

1）修改新成员的权限

只有具备“Permissions”文件夹的“Create”权限的成员才能修改新成员的权限。给新增加的成员修改权限的操作步骤如下。

（1）如图1.12所示，打开“Permissions”文件夹。“［All members］”成员组表示所有的成员，其所设置的权限对所有成员都有效，但是如果单独设置了某个成员的权限，则以单独设置的为准。

图1.12 成员权限列表及快捷菜单

（2）在设计器窗口中的空白处单击鼠标右键，然后在弹出的快捷菜单中选择“New Rule...”菜单项，如图1.12所示。

（3）在弹出的“Permission Rule Properties”对话框中单击下拉按钮，并从中选择新增加的成员名称（如“Member1”），并在其下面的编辑框中输入权限范围，然后指定具有的权限。总共有四种权限，分别是“Read”（读）、“Write”（写）、“Delete”（删除）和“Create”（创建）。

如果它们前面的复选框有“√”符号（单击时将在两种状态之间转换），则表示具有相应的权限。图1.13所示的情况表示成员“Member1”对“Document”具有“Read”、“Write”、“Delete”和“Create”权限。

图1.13“Permission Rule Properties”（权限属性）对话框

（4）最后单击“OK”按钮，完成操作。

2）修改已有成员的权限

只有具备“Permissions”文件夹的“Write”权限的成员才能修改成员的权限。修改已有成员权限的操作步骤如下。

（1）打开“Permissions”文件夹。

（2）在设计窗口中双击需要修改权限的成员名称。

（3）在权限管理对话框中，如果需要，可以指定新的权限范围，设置新权限。

（4）最后单击“OK”按钮。

任务1-6 打开与关闭设计数据库

1.关闭

方法一：执行菜单命令“File→Close Design”。

方法二：在工作窗口的设计数据库文件名标签（如text.ddb）上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“Close”。

2.打开

方法一：在Protel 99 SE的设计环境下，执行菜单命令“File→Open”，或单击主工具栏中的按钮。（对于最近打开过的设计数据库文件，也可以在“File”菜单项下面的文件名列表中直接选择文件名。）

方法二：在E盘下搜寻“班级姓名学号”文件夹，打开该文件夹，找到“text.ddb”，打开即可。

任务1-7 设置数据库密码

1.新建一个有密码的设计数据库

设计要求：建立一个有密码的设计数据库。

调出图1.8所示的“New Design Database”新建设计数据库对话框，按照要求设置好各项后，单击“Password”选项卡，如图1.14所示。

图1.14 设计数据库的密码设置对话框

选择“Yes”单选钮，在“Password”文本框中输入密码，在“Confirm Password”（确认密码）文本框中再次输入密码，单击“OK”按钮即可。

2.为已有设计数据库加设密码

设计要求：为已经建立的“text.ddb”设计数据库设置密码。

打开“text.ddb”设计数据库，双击图1.9所示设计窗口中的“Design Team”（设计组）图标→双击“Members”（成员）图标→双击“Admin”（系统管理员）图标，系统弹出“User Properties”对话框，分别在“Passwor

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