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作者：孙立津,张兆河等编

出版社：电子工业出版社

出版时间：2011-12-01

书籍编号：30466797

ISBN：9787121154690

正文语种：中文

字数：98142

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设计与仿真

作者：孙立津　张兆河

ISBN：9787121154690

版权所有 · 侵权必究

前言

本书参照中等职业学校电子类专业相关教学指导意见，结合工业与信息化部及劳动和社会保障部计算机辅助设计OSTA（Protel平台）国家职业技能鉴定标准编写，同时参考了行业职业技能鉴定规范。可作为中等职业学校电子技术应用、电子与信息技术专业的课程教材，也可作为相关行业岗位培训用书和从事电子技术工作人员的自学参考书。

本书的编写力求做到坚持“以学生为主体，以能力为本位，以应用为目的，以就业为导向”的职教理念。从教与学的实际出发，针对目前中职学校学生学习现状、学习特点和各地区教学软、硬件环境的不同，以及职业岗位的需求，努力使其深度、广度和适用度符合中职学生的认知结构、中职学校的教学条件及学生未来就业的起点。

在教材体系上：融入职业道德和职业意识教育，培养学生正确的择业观和创新精神及团队合作精神；紧扣专业培养目标和课程教学能力要求，满足电子线路CAD设计的职业岗位需要；加大知识体系联系实际设计环节，强化技能训练，突出实际应用；选择贴近生活的工程项目，引导学生主动参与学习，增强教师教学吸引力。本书的工程项目采用为教学提供新的思路和方法，在各个工程项目设计与实施中，师生真正实现“做中学、做中教”，努力提高学生的整体素质与综合职业技能，增强学生的学习能力及适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。新目标的确立体现新时期的职业教育专业课特点。

在内容选择上：本着“必需、够用、实用”的原则，考虑中等职业学校学生知识现状，突出工程项目技能教学的训练，使学生扎实地掌握知识与技能，体现实用性；与《电子技术基础与技能》等课程、《计算机辅助设计绘图员》国家级高新技术考试等密切联系，使学生真正将学习内容横向贯通，体现多元性；吸收、补充当前电子技术领域中的新知识、新技术、新工艺、新设备的内容，体现先进性；参考相关行业职业资格鉴定标准和技术等级考核标准，与相应的考证和考级相衔接，满足职业岗位“应知”、“应会”的需要，体现应用性。

在编写形式上：以单元为主线，以项目为核心，以任务做驱动，联系实际，突出实践。单元开篇，由浅入深有选择的结合《电子技术基础与技能》、《单片机技术及应用》等相关内容，按具体工程项目中涉及相关职业技能鉴定内容作为教学目标，结合当今职业教育、生产实际的要求编写。操作过程与技术要求的介绍均以典型的实用电路为实例，突出应用性和趣味性，真正让学生成体系的、在理论联系实际的设计中感受知识结构的美和实践操作的趣。本书在课程目标、内容、教法及项目与任务的组织上做了精心的设计与安排，通过“问题导读”、“知识拓展”、“知识链接”、“做中学”、“课外阅读”等环节，更多倡导的是一种贴近生产生活实际的工程项目教学与实训评价或鉴定。本书注意在理论上讲清知识点，增强专业知识的通用性，在实践上紧密联系应用，强化操作技能训练，从而更大限度地提高教学的实效性。这些特点更适合于不同层次、不同地区的学生学习，更有利于提高他们电子线路CAD设计与应用的竞争力。

本书教学内容的参考学时分配如下：

本书由孙立津、张兆河主编。编写中，得到了天津亿创宏达科技有限公司和天津启诚伟业科技有限公司相关技术资料的大力支持，特此表示衷心地感谢。对天津师范大学刘南平教授、天津恒信通科技发展有限公司蔡宝全高级工程师的技术指导及广东省湛江市机电学校梁良老师、广东省茂名市第二职业技术学校王艳艳老师、华农纳米科技（天津）有限公司刘誉工程师、邦盛医疗设备（天津）有限公司李强工程师的帮助一并表示衷心地感谢。编写中，还参考了其他一些有关文献资料，也一并表示感谢。

限于编者水平，书中会存在这样或那样的问题，敬请读者提出宝贵意见，以便修订时改正和进一步完善。

为方便教学，本书还配有电子教学参考资料包，包括教学视频、教学幻灯、教辅短片与图片及习题参考答案等。请有此需要的教师登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费注册后下载，如有问题可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）。

书中涉及的：第二单元项目四任务三中电路开发板和相关资料，第三单元实训四中更多硬件电路、软件程序，第四单元项目一中超声波测距电路学习PCB和相关资料，第四单元实训三中所有练习套件，单位或个人如需购买，可通过编者联系（E-mail：tjslj153＠126.com；tjwsdzzh＠163.com）。

编 者

2011年8月

第一单元 工程项目操作基础

◎本单元综合教学目标

了解Protel的发展史及Protel DXP 2004的特点，熟悉软件安装过程，掌握Protel DXP 2004多种启动方法。熟悉工作窗口的自动隐藏、浮动及锁定控制。通过学习Protel电路原理图编辑器及原理图库文件的建立方法，重点掌握电路原理图、原理图元器件库、印制电路板（PCB）、PCB元器件库、电路仿真文件的建立方法及各常用工具栏的含义。掌握工程项目文件常规操作，会进行自定义设置，理解文件操作的工作路径，形成初步认识，激发学习兴趣，培养严谨的管理文件工作的习惯。

◎岗位技能综合职业素质要求

1.熟悉Protel DXP 2004多种启动方法。

2.掌握电路原理图编辑器及原理图元器件库建立的方法。

3.掌握PCB文件及PCB元器件库建立的方法。

4.熟悉电路仿真操作的一般设计过程。

5.能按照个人需求进行系统环境的自定义。

项目一 系统安装与运行

学习目标

（1）了解Protel的发展史及Protel DXP 2004的特点，熟悉软件安装过程及硬件要求。

（2）掌握Protel DXP 2004多种启动方法，对主窗口的组成形成初步认识，激发学习兴趣。

问题导读

为什么学习《电子线路CAD设计与仿真》这门课程主要用Protel这款软件?

Protel DXP 2004新增特色

1.新项目管理模式

在Protel DXP 2004中，工程项目管理采用整体的设计概念，支持原理图设计系统和PCB设计系统之间的双向同步设计操作。

2.新环境设计

使用了集成化程度更高、更直观的设计环境，这与Microsoft Windows XP系统界面风格更贴近、更美观、更人性化。通过使用弹出式标签栏和功能强大的过滤器，可以对设计过程进行双重监控。

3.设计的新接口

Protel DXP 2004实现了各种设计工具的无缝集成，同步程度更高。提供了对原理图和FPGA设计接口的支持，在管理元器件库方面，除了增加Xilinx和Altera等设备的元器件库外，还引入整合元器件库的概念，简化了封装设计过程。

4.工程分析的新功能

在Protel DXP 2004中，可以在原理图编辑系统下直接进行电路仿真，并且在仿真结束后允许对仿真波形进行后期数学处理，强大的ERC（电气法则检查）功能和PCB环境下的DRC（设计规则检查）功能可以帮助更快地查出和修正错误。

5.电路设计的新支持

在Protel 2004中，提供了32个信号层、16个内电层和16个机械层，并且支持全自动放置元器件和真正支持多通道设计，支持VHDL设计和混合模式设计（如FPGA、SITUS拓扑布线技术）。

6.输出的新设置

在Protel DXP 2004中，可以对输出的文件进行项目级的说明，并且支持更多的输出格式，如原理图、PCB图、Gerber、ODB++和Excel等其他格式，更方便与其他应用程序融合。

资料窗

从ProteI的发展历史说起

随着计算机硬件和软件业的快速发展，20世纪80年代中后期计算机应用进入各个行业的各个领域。在这种背景下，1988年由美国ACCEL Technologies Inc推出了第一个应用于电子线路设计的软件包——TANGO，这个软件包开创了电子设计自动化（EDA）的先河。这个软件包现在看来比较简陋，但在当时给电子线路设计带来了设计方法和方式的革命，人们纷纷开始用计算机来设计电子线路。

20世纪90年Altium公司以其强大的研发能力推出了Protel For DOS作为TANGO的升级版本，从此Protel开始出现在PCB设计的历史舞台，其产品也经历了Protel for Windows 1.0到3.0、Protel 98、Protel 99、Protel 99 SE，发展到现在的Protel DXP（基于Windows 2000、Windows XP、Vista直到Windows 7平台，后来升级到 Protel DXP 2004，于2004年发布sp2版本）。软件性能从当初的电路原理图、电路板设计，发展到现在将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓扑自动布线以及强大的电路仿真等技术完美地融合在一起，成为一个真正优秀的板卡级设计软件。

公司现更名为Altium有限公司（Altium Limited），总部位于澳大利亚悉尼的Frenchs Forest。

知识链接

Protel DXP 2004软件推荐运行环境（较低标准）

Windows XP

奔腾1.0GHz CPU

256MB内存

2GB剩余硬盘空间

1024×768屏幕分辨率，32位色彩，32MB显存容量

Protel DXP 2004设计系统主要组成（六部分）

原理图设计系统（SCH）：用于电路原理图的设计

PCB设计系统（PCB）：用于PCB及自动布线（Autorouting）的设计

FPGA系统：用于可编程逻辑器件的设计

VHDL系统：用于进行硬件的编程及仿真

完整CAM输出能力

电路仿真

任务一 Protel DXP 2004系统安装

Protel DXP 2004 是32位电子线路计算机辅助设计系统。它提供较全面的、集成的设计系统，这些系统很容易地将设计概念形成最终的商业板卡。首先来进行该系统的安装。

做中学

1.双击光盘安装系统目录下setup.exe安装程序，此时弹出安装启动界面，如图1-1-1所示。

2.单击图1-1-1对话框中的Next按钮，弹出安装协议同意与否对话框，如图1-1-2所示。单击拖动条可以阅读授权协议的全文，此时选中“I accept the license agreement”单选钮，即可正式进入Protel DXP 2004的安装。

图1-1-1 Protel DXP 2004 安装启动界面

图1-1-2 安装协议同意与否对话框

3.单击图1-1-2对话框中的Next按钮，弹出填写个人或公司等相关信息对话框，如图1-1-3所示。

4.填写相关信息后单击Next按钮，弹出安装路径设定对话框，如图1-1-4所示。

图1-1-3 填写相关信息对话框

图1-1-4 安装路径设定对话框

特别注释

单击图1-1-4安装路径设定对话框中的Browse按钮，可以进行指定驱动器及文件夹的设置。

5.单击图1-1-4对话框中的Next按钮，弹出准备开始安装对话框，如图1-1-5所示。

6.单击图1-1-5对话框中的Next按钮，弹出安装进度对话框，如图1-1-6所示。

图1-1-5 准备开始安装对话框

图1-1-6 安装进度对话框

7.等待几分钟，弹出成功安装完成对话框，如图1-1-7所示，单击Finish按钮，完成安装。

8.继续单击安装目录中的DXP 2004 SP2补丁程序文件，弹出协议确认安装对话框，如图1-1-8所示。

9.单击“I accept the……to CONTINUE”，弹出继续安装库补丁对话框，如图1-1-9所示。

10.单击图1-1-9中的Next按钮，继续安装，弹出安装库对话框，如图1-1-10所示。

图1-1-7 安装完成对话框

图1-1-8 协议确认安装对话框

图1-1-9 继续安装库补丁对话框

11.等待几分钟，弹出DXP 2004 SP2库成功安装完成对话框，如图1-1-11所示。

12.单击图1-1-11中的Finish按钮，完成安装。

图1-1-10 安装库对话框

图1-1-11 DXP 2004 SP2库成功安装完成对话框

任务二 Protel DXP 2004启动运行

Protel DXP 2004的启动常用以下几种方法。

做中学

方法一：双击桌面上的DXP 2004图标，即可启动Protel DXP 2004软件，如图1-1-12所示。

图1-1-12 Protel DXP 2004软件工作窗口

方法二：单击开始按钮，指向“所有程序”，在子菜单中单击，即可启动。

方法三：右键单击桌面上的“我的电脑”图标，打开硬盘、光盘、移动硬盘或U盘上已经建立好的工程文件、原理图文件或PCB文件等，就可以直接打开Protel DXP 2004软件环境。

特别注释

在Windows 7 系统下的启动方法：单击开始按钮，指向“常用应用程序”列表，单击即可。常用应用程序列表如图1-1-13所示。

图1-1-13 常用应用程序列表

项目二 常用编辑器

学习目标

（1）通过Protel电路原理图编辑器及原理图库文件的建立，对比学习PCB编辑器和元器件库编辑器以及电路仿真编辑器，学会建立基本库元器件文件的操作方法。

（2）重点掌握Protel DXP 2004电路原理图、PCB编辑器等涉及的常用工具栏及含义。

问题导读

什么是原理图编辑器?

Protel DXP 2004的原理图编辑器提供了高效、智能的原理图编辑手段，能够提供高质量的原理图输出结果。它的元器件符号库非常丰富，最大限度地覆盖了市场上众多主流的电子元器件生产厂家的繁杂的元器件类型。Protel DXP 2004作为成功EDA软件的一员，它的原理图设计系统有以下优点：

分层次组织的设计环境

强大的元器件及元器件库的组织功能

方便易用的连线工具

恰当的视图缩放功能

强大的编辑与设计检验功能

高质量的各种打印输出能力

总之，Protel DXP 2004的原理图设计系统相当人性化，而且画面布局优美，操作起来也很方便。

什么是原理图库编辑器?

电路原理图编辑器主要功能是设计电路原理图，能完成对实际工作电路电气连接的正确设计。原理图库编辑器是用来设计、建立自己的元器件符号库，并允许设计者自由地调用它们。前者是原理图设计基础平台，后者是服务于这个平台的资料库，以保证原理图设计的顺利完成；原理图库编辑是在电路设计过程中根据自己设计需求才被激活的。

知识链接

DXP 2004集成的电子元器件库

DXP 2004自带了一系列世界各大电子制造商相关名字命名的电子元器件库，存储在安装盘\\Altium\\library文件夹中的源库及集成库，如原理图库、PCB封装模型库等，如图1-2-1所示的是库结构图。用于电路仿真的SPICE模型位于\\Altium\\Library文件夹中的集成库内，信号完整性分析模型在\\Altium\\Library\\SignalIntegrity文件夹中。

Protel两大基本元器件库

1.Miscellaneous Devices.Intlib

这个库主要集成了大量的常见基础电子元器件，如电阻、电容、二极管、三极管、变压器等，详见附录A。

2.Miscellaneous Connectors.Intlib

这个库主要集成了大量的电路设计中的接口部分，如耳机接口、电源接口、针脚接口等。

图1-2-1 Library库结构图

知识拓展

元器件库的添加

如果在上述的两个元器件库中找不到你设计所需的元器件，就要进行元器件库的添加，可以在Libraries标签中，通过Install进行加载安装。例如，将ST Microelectronics文件夹下的“\\ST Analog Timer Circuit.Intlib”元器件库添加进来。加载完该库的对话框如图1-2-2所示。

图1-2-2 加载ST Analog Timer Circuit.Intlib库对话框

提示：也可以将某个元器件库文件夹下的所有元器件库一次性都添加进来，方法是：采用类似于Windows文件夹选择的操作，先选中该文件夹下的第一个元器件库文件后，按住Shift键再选中元器件库里的最后一个库文件，这样就能选中该文件夹下的所有库文件，最后单击打开按钮，即可完成添加元器件库的操作。

任务一 电路原理图编辑器与库编辑器

电路原理图编辑器是Protel DXP 2004电路板设计过程中第一阶段操作界面，部分常用工具栏是电路绘制最常用的基础编辑栏，同时根据需要可以用原理图库编辑器环境设计较复杂的元器件图库。下面以555门铃电路为例，说明主要操作步骤。

做中学

1.双击桌面上的DXP 2004图标，启动Protel DXP 2004，单击File|New|Project|PCB Project菜单项，将新建一个设计工程项目文件。新建工程项目文件菜单如图1-2-3所示。

图1-2-3 新建工程项目文件菜单

2.单击File|Save保存，在保存对话框中，输入文件名：555门铃电路。输入文件名对话框如图1-2-4所示。

图1-2-4 输入文件名对话框

特别注释

保存文件的位置，可以根据个人习惯，建立一个较为固定的文件夹，今后的相关设计全部保存在此，也便于日后查找和编辑整理。如图1-2-4所示，选择保存的文件夹名为：自己的电路设计。具体操作过程可以参考教学参考资料包中的相关视频。

3.再单击保存按钮，返回设计界面。工程文件名如图1-2-5所示。

4.单击File|New|Schematic菜单项，将新建一个原理图文件，默认文件名为Sheet1.SchDoc。新建原理图菜单如图1-2-6所示。

图1-2-5 工程文件名

图1-2-6 新建原理图菜单

5.此时，系统将自动打开原理图编辑器，整个原理图编辑器工作界面如图1-2-7所示。

图1-2-7 原理图编辑器工作界面

特别注释

注意如图1-2-7所示标注，“555门铃电路.PrjPCB”文件名后面多了一个“*”号，它说明这个工程文件有变动，还没有更新保存。

6.单击File|New|Library|Schematic Library菜单项，将新建一个原理图库文件，默认库文件名为Schlib1.SchLib。新建原理图库编辑窗口及放大的库建立常用工具栏如图1-2-8所示。

7.熟悉主菜单和主工具栏。

（1）Schematic Standard（原理图标准）工具栏：如图1-2-9所示，该工具栏提供了文件的常用操作、视图操作和编辑功能等常见工具按钮。

图1-2-8 新建原理图库编辑窗口

图1-2-9 原理图标准工具栏

（2）Wiring（接线）工具栏：如图1-2-10所示，该工具栏列出了建立原理图连接常用的导线、总线、电源连接端口等工具按钮。

（3）Utilities（公用项目）工具栏：如图1-2-11所示，该工具栏列出了原理图中常用绘图、文字工具，接电源和接地的各种电源符号，常用电阻、电容、信号源等工具按钮。

图1-2-10 接线工具栏

图1-2-11 公用项目工具栏

特别注释

通过主菜单View菜单下的Toolbars菜单的子菜单项，可以进行各个工具栏开关项的控制设置操作。

任务二 PCB编辑器与元器件库编辑器

进入PCB编辑器工作环境，就是要完成第二个重要设计阶段即电路板设计，它是根据原理图设计完成的。电路板的制作主要包括电路板层参数设计、外形规划、元器件布局、电路板布线、覆铜等相关规则设计。

当个别电子元器件的封装在系统库中一时不能找到时，解决的办法就是自己设计元器件封装。与自己设计原理图库的方法一样，设计出符合要求的元器件封装库。它也是服务于PCB编辑器的，以保证原理图设计能够顺利地转换到PCB的设计。

下面仍以555门铃电路为例，说明主要操作步骤。

做中学

1.启动Protel DXP 2004，单击File|Recent Documents|1 D：\\自己的电路设计\\555门铃电路.PrjPCB，打开已建立的555门铃电路.PrjPCB。打开555门铃电路工程项目文件菜单，如图1-2-12所示。

图1-2-12 打开555门铃电路工程项目文件菜单

2.单击File|New|PCB菜单项，将新建一个PCB文件，默认文件名为Pcb1.PcbDoc。此时，系统将自动打开PCB编辑器，整个PCB编辑器工作界面如图1-2-13所示。

图1-2-13 新建原理图菜单

3.单击File|New|Library|PCB Library菜单项，将新建一个PCB 库文件，默认库文件名为PCBLib1.PcbLib。新建的PCB库编辑器窗口如图1-2-14所示。

4.熟悉主菜单和主工具栏。

（1）PCB Standard（PCB标准）工具栏：如图1-2-15所示，该工具栏提供了文件的常用操作、视图操作和编辑功能等常见工具按钮。

图1-2-14 新建的PCB库编辑器窗口

图1-2-15 PCB标准工具栏

（2）Wiring（接线）工具栏：如图1-2-16所示，该工具栏列出了建立PCB导线、焊盘、过孔等工具按钮。

（3）Utilities（公用项目）工具栏：如图1-2-17所示，该工具栏列出了PCB中画线、元器件布局等工具按钮。

图1-2-16 接线工具栏

图1-2-17 公用项目工具栏

（4）PCB Lib Standard（PCB库标准）工具栏：如图1-2-18所示，该工具栏提供了文件的常用操作、视图操作和编辑功能等。

图1-2-18 PCB库标准工具栏

（5）PCB Lib Placement（PCB库安置）工具栏：如图1-2-19所示，该工具栏列出了建立PCB库所用到的导线、过孔、焊盘、文件说明等常用工具栏。

图1-2-19 PCB库安置工具栏

任务三 电路仿真编辑器

原理图仿真编辑器是Protel DXP 2004的重要组成之一。在原理图绘制结束后，可以利用Protel DXP 2004电路仿真编辑器功能进行电路设计的检验，进一步对电路参数进行估算、测试和校验，以检验电路的正确性并验证电路设计的工作指标是否达到了预期标准。

做中学

仿真编辑器的主要操作步骤如下：

1.建立仿真原理图文件，方法同原理图编辑器中建立一个电路原理图文件的过程。

2.加载具有Simulation（仿真）属性的元器件库。

特别注释

Protel DXP 2004自带Library|Simulation目录下的5个电路仿真元器件库，见表1-2-1。另外，Miscellaneous devices.Intlib元器件库中的大部分元器件也具有电路仿真属性，详见附录A仿真属性说明。

表1-2-1 5个电路仿真元器件库

3.绘制仿真电路，并设置元器件的仿真参数。

4.放置仿真激励源。

5.设置仿真电路的节点。

6.启动仿真器，选择仿真方式，设置具体仿真参数。仿真工具栏如图1-2-20所示。

图1-2-20 仿真工具栏

7.运行电路仿真，获得仿真结果，进一步调整和改进电路。

项目三 工程文件相关操作

学习目标

（1）熟悉工作窗口的自动隐藏、浮动及锁定控制。会进行工作窗口中面板及窗口操作。

（2）掌握工程项目文件常规操作，培养严谨的管理文件的工作习惯。

问题导读

一个完整的工程项目文件中包含哪些文件?

在Protel DXP 2004电路设计中，一个完整的工程项目文件中包含设计生成的很多文件，如原理图文件、原理图库文件、网络报表文件、Excel格式报表文件、PCB文件、PCB库文件及其他输出文件等。它们一起构成文件系统，完成电路板或电路仿真的设计。实际上，一个工程项目文件可以看成是一个庞大的“文件夹”，里面包含设计中需要的各种资源文件。

知识拓展

认识Protel DXP 2004的文件系统

Protel DXP 2004的文件系统见表1-3-1。

表1-3-1 ProteIDXP2004的文件系统

知识链接

Protel DXP 2004设计窗口

1.标题栏

Protel DXP 2004 设计软件，均是以窗口的形式出现，在窗口上方是该窗口的相关标题栏，显示该工作标志。

2.菜单栏

Protel DXP 2004的系统菜单栏有七个：DXP、File、View、Favorites、Project、Windows和Help。

3.工具栏

工具栏中的每个按钮都对应了一个相关的操作功能。刚开始使用时，如果不能确定按钮与命令的对应关系，可以将鼠标指针指到按钮上，停放几秒，屏幕上就会显示当前按钮的功能。

4.工作区面板标签

在编辑窗口的左右两边可以设定几个小标签。如果单击某一个标签，其相应的标签工作面板就会弹出来。

任务一 工作区面板窗口控制

在Pro

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