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作者：李培江,尤婷,郭爱英等编

出版社：电子工业出版社

出版时间：2014-09-01

书籍编号：30467976

ISBN：9787121241444

正文语种：中文

字数：122745

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

作者：李培江　尤婷　郭爱英

ISBN：9787121241444

版权所有 · 侵权必究

前言

随着电子技术与工艺的飞速发展，电子类产品的功能越来越丰富，产品的更新速度也越来越快，EDA技术的出现为电子系统设计师带来了极大的方便，不仅促进了信息技术的发展，而且丰富了计算机在CAM和CAD领域的应用。

Protel DXP和NI Multisim是两种最常见的EDA软件，广泛应用于各行各业，Protel DXP是在Protel 95、Protel 98、Protel 99、Protel 99SE版本的基础上，由Altium公司推出的一款基于Windows NT/2000/XP操作系统的32位电子设计系统软件，它提供了一套完全集成的设计，可以让设计者选择恰当的设计方案，完成从设计概念形成到最终完成电路板设计的整个过程。NI Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作，它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，设计者借助该软件能够很快地进行捕获、仿真和分析新的设计。

本书是浙江省“十一五”重点教材建设项目成果。

本着“易学、够用、实用”的原则，精选典型实例和综合实训项目，以项目式教学思路组织编写，避免了复杂、枯燥、脱离实际的菜单介绍式教材的编写方法。内容上，以绘制电路原理图和印制电路板为主，适当介绍电路仿真等功能，以求既满足人才市场对一线制图制版技能人才的要求，又符合我国目前高职生源的实际情况。本书还突出了“实用性”和“科学性”，充分反映了电子线路CAD行业的新技术、新工艺。

本书在内容组织和结构编排方面都进行了一定的创新，以职业技能要求为导向，通过“项目教学”来学习理论，再通过理论学习来指导实训，充分体现了理论和实践相结合。

本书的特色与创新如下：

（1）根据电子线路CAD技术领域和职业岗位的任职要求，参照相关的职业资格标准，按职业能力需求，组织单元内容。

（2）与行业企业工程技术人员合作编写。

（3）采用“项目导向、任务驱动”的写作体例，学习和实训紧密联系，实践教学和理论教学交叉互动。

（4）以“工学结合”为指导思想，与企业紧密结合，发挥项目教学法的优势，按“项目的提出”、“项目基本技能”、“项目相关知识”、“项目测验”的形式组织教材内容。“项目的提出”保证职业知识体系的完整性；“项目基本技能”、“项目相关知识”将技能和知识有效结合，符合高职高专“工学结合”人才培养模式的指导思想；“项目测验”便于读者讨论和巩固所学的知识。“项目相关知识”内容有一定的拓展性，用于开阔学生视野。

（5）培养学生的创新技能。教材与课外创新实践活动相结合，进一步提高学生的创新实践能力，提高学生发现问题、解决问题的能力，从而培养学生克服困难、积极进取、团结协作等优秀品质。

相信读者在学习本书后，能轻松掌握Protel和Multisim的应用，只要多练习，定能成为电子线路CAD的高手。

本书由衢州职业技术学院高级工程师李培江副教授任主编，尤婷、郭爱英任副主编，编写分工如下：李培江编写项目一至项目四，尤婷编写项目五至项目七，郭爱英编写项目八和项目九，罗聪编写项目十，李明东编写项目十一。

由于Protel软件的原因，本书对电路图中不符合国家现行标准的图形、单位、符号（例如二极管图形用表示，符号用D系列表示；三极管用Q系列表示）等未做改动，以便读者学习和使用实际的Protel软件。

由于时间仓促，编者水平有限，书中疏漏之处在所难免，欢迎广大读者和同行批评指正。

编者

2014年7月

项目一 绘制两级放大器电路原理图

1.1 项目的提出

电子技术的飞速发展造就了各种各样的电子产品，这些电子产品给人们的生活、工作和学习带来了很大的帮助。随着科技的不断发展，电子产品的电路日趋精密与复杂，电子产品的更新换代周期也日趋频繁，在这种背景下，手工绘制电子产品原理图已经不能适应当今电子技术发展的需要，因此，人们开始利用计算机和Protel软件实现从原理图到印制电路板（PCB，Printed Circuit Board）的绘制，从而大大提高了工作效率。本项目利用CAD软件——Protel来完成电子产品中放大电路原理图的绘制。

1.1.1 教学导航

1.1.2 项目任务

本项目要求利用Potel DXP软件完成如图1.1所示二级放大电路原理图的绘制。

要完成上述电路的绘制，需要具备以下知识和技能：

（1）掌握Protel DXP软件启动与退出的方法；

（2）了解Protel DXP软件主窗口的组成及各部分的作用；

（3）掌握加载和卸载元件库的方法和步骤；

（4）掌握放置原理图元件的方法和步骤；

图1.1 二级放大电路原理图

（5）掌握绘制电路原理图的技能，包括放置元件、节点、电源、接地和连线，并能够按照要求修改参数。

1.2 项目基本技能

1.2.1 任务一：Protel DXP软件的启动和主窗口的认知

利用Protel DXP软件可以完成PCB的绘制等功能，这里首先对该软件做一下简单介绍，为后续操作打下基础。

一、启动Protel DXP软件

Protel DXP软件安装完成后，可以有3种方法启动该软件。

方法一：在桌面上单击【开始】/【DXP 2004 SP3】，启动Protel DXP。

方法二：在桌面上单击【开始】/【所有程序】/【Altium Designer 2004（SP3）】/【Altium Designer 2004（SP3）】，进入Protel DXP。

方法三：为便于操作，在安装Protel DXP软件后一般会发送一个快捷图标到桌面，双击该图标，同样可以打开Protel DXP。

二、初识Protel DXP的主窗口

启动Protel DXP后，其界面如图1.2所示，从“打开项目”中打开一个已经存在的工程，如打开图示的“二级放大器.PRJPCB”，则进入图1.3所示的窗口界面，可以看到，Protel DXP的主窗口主要由菜单栏、工具栏、工作区、工作区面板、标签栏、状态栏和命令行等组成。

1.菜单栏和工具栏

与一般的常用软件类似，Protel DXP的菜单栏包括【文件】、【编辑】、【查看】、【项目管理】等项目，菜单右侧括号内的英文字母为相应的快捷键。每项菜单的功能和组成在后续内容中将陆续学习。

工具栏包括设计时常用的工具，可以通过【查看】/【工具栏】打开和关闭各工具栏。

2.工作区

工作区是设计工程文档的编辑窗口，相当于手工绘图时的图纸。各种类型的文档在打开时都会有自己的设计窗口，同时菜单和工具条也会根据文档的类型做相应的调整。

图1.2 Protel DXP的启动界面

图1.3 Protel DXP的窗口界面

3.工作区面板

工作区面板通常位于Protel DXP主窗口的左侧，一般包括【Files】、【Projects】、【Navigator】等面板组。在以后的操作中，会经常大量地使用工作区面板。通过工作区面板，可以方便地转换设计文件、浏览元器件、查找和编辑特定对象等。

（1）工作区面板的显示和自动隐藏。在默认情况下，工作区面板一直显示在Protel DXP主窗口的左侧，单击自动隐藏按钮，工作区面板处于自动隐藏方式。当不使用工作区面板时，将自动隐藏起来，并在窗口的左上角出现各工作区面板的标签；当需要使用某工作区面板时，单击相应的标签，可以再次显示该面板。

（2）激活工作区面板。当工作区面板被关闭后，可以通过单击菜单【查看】/【工作区面板】，激活相应的工作区面板。

4.标签栏、状态栏和命令行

标签栏一般位于工作区的右下方，它的各个按钮用来启动相应的工作区面板。状态栏用于显示当前的设计状态。命令行用于显示当前正在使用的命令。

1.2.2 任务二：加载和卸载元件库

一、创建二级放大器电路的工程文件和原理图文件

1.创建工程文件“二级放大器电路”并保存

方法：单击菜单【文件】/【创建】/【项目】/【PCB项目】，即在工作区面板新建了一个PCB项目文件，该文件以“.PrjPCB”为扩展名。右击该项目文件，在弹出的快捷菜单中选择【保存项目】，如图1.4所示，打开对话框，在【保存至】下拉菜单中选择保存路径，输入工程文件名称“二级放大器”，单击【保存】按钮，即可保存该工程文件；也可以右击工作区面板内的“PCB_Project1.PrjPCB”，在右键菜单中选择【另存项目为】选项，也可以保存该工程文件。

图1.4 保存PCB项目

2.创建原理图文件“二级放大器原理图”

在已建立的工程项目中添加原理图文件有以下两种方法。

方法一：单击【文件】/【创建】/【原理图】，即可创建原理图文件，系统默认的文件名为“Sheetl.SchDoc”，处于刚才创建的项目下，如图1.5所示。

方法二：右击工作区面板内的“二级放大器”工程项目，在弹出的快捷菜单中选择【追加新文件到项目中】/【Schematic】，同样可以创建原理图文件，如图1.6所示。

图1.5 创建原理图方法一

图1.6 创建原理图方法二

二、加载元件库

1.打开【元件库】面板

在工作区右侧（或标签栏）单击【元件库】按钮，即可打开【元件库】面板，如图1.7所示。在当前【元件库】单击下拉列表，可以选择其他元件库作为当前元件库，如图1.8所示。

图1.7【元件库】面板

图1.8 元件库列表

2.打开“可用元件库”对话框

单击【元件库】面板中的【元件库】按钮，弹出如图1.9所示的“可用元件库”对话框，列表中后缀名为“.IntLib”的元件库即为在当前工程项目中可用的元件库。

图1.9“可用元件库”对话框

3.安装元件库

在绘制电路图之前，需要将原理图中需要用到的元件库都加载到当前工程环境中，因此在“可用元件库”对话框中单击【安装】按钮，弹出“打开”对话框，如图1.10所示。Protel DXP的常用元件库默认保存在安装盘的“*：\\Program Files\\Altium\\Library”下，选中要安装的元件库，此处设置要安装的元件库为“*：\\Program Files\\Altium\\Library\\Philips”目录下的“Philips Discrete BJT-Low Power.IntLib”，单击【打开】按钮，此时可以看到该库已经添加到元件库列表栏中了，如图1.11所示，这意味着在当前工程中可以使用该库中的元件。

图1.10“打开”对话框

图1.11 添加元件库后的列表

三、删除元件库

如果希望将已经添加的元件库删除，可以在图1.11所示的“可用元件库”对话框中，选中要删除的元件库名后，单击【删除】按钮。

1.2.3 任务三：放置原理图元件

一、原理图工作区图纸的缩放和移动

为了便于在工作区图纸上放置元件，必须将图纸缩放到合适的大小并移动到适当的位置。图纸显示比例可以使用工具栏中的，也可以使用快捷键【Page Up】和【Page Down】，每按一次，图纸的显示比例放大或缩小一次，可以连续放大或缩小。

图纸的移动可以通过图纸边缘的滑动条来实现，在元件放置或连线过程中，图纸会随光标的移动而自动调整位置。

二、放置元件

1.选择所需的元件库

要绘制本项目的二级放大器，涉及电阻、电容和三极管等元件，必须将它们从元件库中调取出来。对于一般的常用元件，如电阻、电容、二极管、三极管、变压器等，在Protel DXP的常用元件杂项集成库——Miscellaneous Devices.IntLib中，可以将它们查找出来，有些带有具体参数的元器件，如本项目中的三极管BC547C，在Philips Discrete BJT-Low Power.IntLib库中可以找到。本项目用到的所有元件见表1.1。在图1.8所示的元件库列表中选择不同的库，可以将它们一一调取出来。

表1.1 二级放大器电路元件列表

2.放置元件并调整位置

选择【放置】/【元件】，打开“放置元件”对话框，如图1.12所示。单击“履历”按钮，打开“浏览元件库”对话框，如图1.13所示，选择不同的库，可以很方便地查看元件符号与对应的封装，选择元件后，按下【确认】按钮，即可返回到图1.12所示“放置元件”对话框，再次按下【确认】按钮，则在光标上出现该元件，此时单击鼠标左键，元件将放置在图面中，放置完毕后，右击，返回至图1.12所示对话框，再依次放置其他元件，全部放置完毕后，单击图1.12所示的【取消】按钮，退出“放置元件”对话框。

为了提高元件的搜寻速度，可以在元件库控制面板中使用关键字过滤功能。如图1.14所示，在库管理器的过滤器中输入元件的名称，如res*或*res（*为通配符，可以表示任意多个字符），即可找到当前库中所有含有字符res的元件，该类元件一般与电阻有关；输入*cap，可以在当前库中找到所有含有字符cap的元件，该类元件一般与电容有关；同理，输入*Dio、*Tra或*SW，可以找到二极管、变压器或开关等不同类型的元件。

图1.12“放置元件”对话框

图1.13“浏览元件库”对话框

图1.14 用关键字过滤功能查找元件

在列表中查看各元件，选择合适的元件后，双击该元件名，如Res2，即可在图纸上看到光标下带有电阻图形符号的虚影，如果此时不单击鼠标，反复按键盘上的“空格”键，则可以旋转元件到合适的方向，此时再移动鼠标在图纸上的合适位置放下该元件。也可以放下元件后，选中该元件（元件四周有绿色的点），按下“空格”键实现旋转，再次放置元件后，右击退出当前操作。

3.设置元件属性

设置元件属性的方法有3种。

方法一：在上述放置元件的过程中，当光标出现元件图形符号的虚影时，如果此时不单击鼠标，元件会随光标移动，此时按下【Tab】键，即可打开“元件属性”对话框，如图1.15所示，在该对话框中，常用的设置有以下几项。

标识符：用于图纸中唯一代表该元件的代号，在同一工程中每个元件都必须有唯一的元件编号。标识符由字母和数字两部分组成，字母部分通常表示元件的类别，数字部分为元件的序号，如R1代表电阻类序号为1的电阻，C2代表电容类序号为2的电容。

注释：元件型号，如晶体管的型号9012、9013等。

Value：元件参数，如电阻的阻值（以Ω为单位）、电容的容量（以pF或μF为单位）等。

Footprint：元件引脚封装，关系到PCB板的制作。

图1.15“元件属性”对话框

根据原理图的需要，设置电阻的标识符为“Rl”，注释为“Res2”，Footprint为“AXIAL-0.4”，添加Value为“1M”，如图1.16所示，单击【确认】按钮完成设置。

图1.16 元件属性设置

方法二：右击已经放置在图面上的元件，在弹出的菜单中选择【属性】，即可打开“元件属性”对话框，再按照方法一中描述的步骤进行属性设置。

方法三：双击图面上的元件标识或注释部分，如双击电阻符号中的“R?”，弹出“参数属性”对话框，如图1.17所示。可以在数值栏中将标识符改为“R1”，可达到上述同样的作用，双击电阻符号中的“Res2”，实现对注释属性的修改。

图1.17“参数属性”对话框

采用上述方法，可以实现对二级放大电路中所有元件属性的修改，所有元件放置后的效果如图1.18所示，如果位置摆放不合适，可以用鼠标左键按住元件不放，拖动至合适的位置。

图1.18 设置所有元件属性后的效果

1.2.4 任务四：原理图元件的连接

一、放置导线

导线是表示电路中两点之间电气连接关系的符号，可以单击菜单【放置】/【导线】，或工具栏工具，来放置导线。

在图1.18的基础上进行导线绘制工作，从绘制C1右端和Q1基极之间的导线开始。

（1）确定导线起点。执行画导线命令后，光标变为“十”字形，将其移动到Cl的右端，此时鼠标处出现红色的“米”字形，如图1.19所示，单击鼠标，确定导线起点。

图1.19 确定导线起点

（2）画导线。移动鼠标的位置拖动线头，在导线的末端即Q1的基极处单击鼠标，确定导线的终点。在导线的转折处也要单击鼠标，在拖动线头的过程中按【Shift】+【空格】快捷键可以改变导线的形式。

（3）完成导线绘制。右击鼠标，完成导线的绘制，此时导线的颜色将变为深色。

（4）绘制其他导线。完成一条导线的绘制后光标仍然为“十”字形，系统仍处于绘制导线命令状态，此时可以继续绘制其他导线。

（5）退出画导线命令。在绘制导线过程中，右击鼠标，画导线命令将解除，此时光标变成箭头形状。

二、设置导线属性

绘制完导线后，双击某一导线，可以打开“导线”设置对话框，在这里可以设置导线的颜色和宽度，如图1.20所示。

三、放置节点

节点是表示两交叉导线电气上相通的符号。对于没有节点的两交叉导线，系统认为这两条导线在电气上是不相通的，放置节点就是将两交叉导线在电气上连接在一起。对于导线端点与元件引脚的连接不需要放置节点。

单击菜单【放置】/【手工放置节点】，在需要放置节点的位置单击鼠标左键即可放置节点。如图1.21所示，在两条导线的交叉点处放置了节点。

图1.20 设置导线的颜色和宽度

图1.21 放置节点

四、放置电源和接地符号

放置电源和接地符号有3种方法。

方法一：通过配线工具栏放置电源和接地符号。如果配线工具栏没有打开，可以单击菜单【查看】/【工具栏】/【配线】，打开如图1.22所示的配线工具栏，工具栏上有Vcc和接地符号。

图1.22 配线工具栏

方法二：通过实用工具栏放置电源和接地符号。如果实用工具栏没有打开，可以单击菜单【查看】/【工具栏】/【实用工具】，打开如图1.23所示的实用工具栏，工具栏上有接地下拉菜单，具有多种电源端口。

方法三：通过菜单【放置】/【电源端口】命令放置电源和接地符号，但一次只能放置一个符号。

电源的图形符号形式可以灵活更改，双击放置好的电源符号，会弹出“电源端口”对话框，如图1.24所示，通过下拉列表可以选择不同风格的电源图形符号，从而改变电源图形符号颜色和网络名称等。

图1.23 实用工具栏

图1.24“电源端口”对话框

在实际绘图工程中，需要将以上各种方法灵活运用。

五、端口的放置

设计电路原理图时，一个电路与其他电路的连接可以通过实际导线连接，也可以通过具有相同名称的输入/输出点（I/O端口）连接。绘制端口主要有两种方法。

方法一：单击配线工具栏中的图标。

方法二：单击菜单【放置】/【端口】命令。

执行上述命令，会出现一个可以随光标移动的浮动条状端口，在单击鼠标放置端口前，按下【Tab】键，可以弹出如图1.25所示的“端口属性”对话框，输入端口名称“ui”，选择I/O类型为“Input”，单击【确认】按钮，移动光标至合适的位置，单击鼠标左键，水平移动鼠标，可以发现端口的长短随鼠标的移动发生变化，选择一个长度合适的位置，再次单击鼠标左键，则完成端口的放置，右击退出端口放置。

图1.25“端口属性”对话框

常用的端口属性设置包含以下几项。

排列：用于设定端口名称在端口符号中的位置，可以设定成Left、Right和Center 3种。

文本色：用于设定端口内文字的颜色。

风格：用于设定端口的外形，可以通过下拉菜单改变，系统默认的是Left&Right。

长度：设定端口长度。

填充色：设定端口的填充颜色。

边缘色：设定端口的边框颜色。

I/O类型：用于设定端口的电气特性，有Unspecified（未确定型）、Output（输出型）、Input（输入型）和Bidirection（双向型）4种。

将端口与图中电容C1用导线相连，则二级放大器原理图就绘制完成了，绘制好的电路原理图如图1.26所示。

图1.26 绘制好的二级放大器电路原理图

1.3 项目相关知识

1.3.1 知识点一：电子线路CAD概述

Protel是几种CAD软件中的一种，最开始的版本是TANGO软件包，后来发展为Protel for DOS、Protel for Windows、Protel98、Protel99/Protel99se、Protel DXP和Altium Designer x.x，随着版本的不断升级，Protel的功能越来越强大，成为电路板设计的最佳助手。

Protel DXP是Altium公司新一代的板级电路设计系统，采用优化的设计浏览器，通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，提供了全新的设计解决方案，使用户可以轻松地进行各种复杂电路板的设计。Protel具有以下特点：

（1）通过工程管理的方式，将原理图编辑、电路仿真、PCB设计及打印功能有机地结合在一起，提供了一个集成开发环境。

（2）提供了混合电路仿真功能，为验证原理图中某些功能模块的正确与否提供了方便。

（3）提供了丰富的原理图元件库和PCB封装库，并且为设计新的元器件提供了封装向导程序，简化了封装设计过程。

（4）提供了层次原理图设计方法，支持“自上向下”的设计思想，使大型电路设计的工组开发方式成为可能。

（5）提供了强大的查错功能。原理图中的ERC（电气法则检查）工具和PCB的DRC（设计规则检查）工具能够帮助设计者迅速地查出和改正错误。

（6）全面兼容Protel以前版本的设计文件，并提供了OrCAD格式文件的转换功能。

（7）提供了全新的FPGA等设计的功能。

1.3.2 知识点二：Protel电子线路的设计流程

利用Protel进行电子线路设计的一般流程如下：

（1）新建原理图文件。启动Protel软件，新建一个PCB项目文件，并在其中添加原理图文件。

（2）设置图纸参数。根据需要设置图纸尺寸、方向、标题栏外观及网络参数大小等。

（3）加载元件库。将需要用到的元件库加载到Protel中，以便查找和选取库中的元件。

（4）放置元件。将需要的元件从元件库中取出并放置到图纸上，然后编辑元件属性，调整元件位置，使其分布整齐、合理。

（5）原理图布线。用具有电气意义的导线、网络标签等将各个元件的引脚连接起来，使各元件之间具有电气连接关系。

（6）电气检查与修改。利用ProtelDXP提供的各种校验工具，依据设定的电气规则对原理图进行检查，并根据检查结果对原理图进行调整和修改。

（7）生成各种报表。当完成编译检查后，可以生成网络表、元件清单和元件交叉引用等报表。

（8）保存原理图并打印输出。保存设计好的原理图文件，并通过打印机或绘图仪将其输出为纸质文档。

1.3.3 知识点三：元件库与元件查找

绘制原理图需要用到各种元件，这些元件被分门别类地放置在各种元件库中，因此，绘制原理图文件前首先要分析原理图中所用到的元件属于哪个元件库，然后将其添加到Protel DXP的当前元件库列表中。

Protel DXP的元件库有3类：原理图元件库SchLib、PCB引脚封装库PCBLib、集成元件库IntLib。其中，集成元件库既包含原理图元件库，又包含PCB引脚封装库，并且库中原理图元件相应的引脚封装包含在PCB引脚封装库中。

系统默认情况下，已经载入了两个常用的元件库，分别是常用元件杂项集成库——Miscellaneous Devices.IntLib和常用接插件杂项集成库——Miscellaneous Connectors.IntLib。一般来说，电阻、电容、二极管、晶体管等位于Miscellaneous Devices.IntLib中，常用的接插件等位于Miscellaneous Connectors.IntLib中，如果需要使用其他元件，则要载入相应的元件库。

初学Protel DXP 经常遇到的问题是：不知道元件放在哪个库中。表1.2为常用元件的中英文名称，按照表1.2所示，打开元件库控制面板，如图1.27所示，选择好相应的元件库后，输入“dyp*”，即可在列表中看到相应的元件，通过添加通配符“*”，可以扩大选择范围。

表1.2 常用元件的中英文名称

有些时候，系统加载的元件库里没有所需要的元件，如绘制555电路时，系统预加载的元件库中没有555元件，这时，单击元件库控制面板的【查找】按钮，打开“元件库查找”对话框，如图1.28所示，输入关键词“555”，选择“路径中的库”，单击【查找】按钮，此时元件库控制面板中将出现查找555元件的动态过程，查找结束后，会显示查找到的116个与555相关的元件，如图1.29所示。在列表中选择所需的SA555D，双击鼠标，弹出“Confirm”对话框，如图1.30所示，该对话框表明TIAnalog Timer Circuit.IntLib当前无效，询问是否安装它，

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