电路原理图设计.doc

电路原理图设计原理图设计是电路设计的基础,只有在设计好原理图的基础上才可以进行印刷电路板的设计和电路仿真等。本章具体介绍了如何设计电路原理图、编辑修改原理图。通过本章的学习,把握原理图设计的过程和技巧。 .1 电路原理图设计流程原理图的设计流程如图3-1所示 . 。 图 3-1 原理图设计流程 原理图具体设计步骤： ( 1 )新建原理图文件。在进人S 设计系统之前,首先要构思好原理图,即必需知道所设计的项目需要哪些电路来完成,然后用 ProelXP 来画出电路原理图。 ( 2）设置工作环境。依据实际电路的简单程度来设置图纸的大小。在电路设计的整个过程中，图纸的大小都可以不断地调整,设置合适的图纸大小是完成原理图设计的第一步。（3 ）放置元件。从元件库中选取元件，布置到图纸的合适位置,并对元件的名称、封装进行定义和设定,依据元件之间的走线等联系对元件在工作平面上的位置进行调整和修改使得原理图美观而且易懂。 (4 )原理图的布线。依据实际电路的需要，利用 SC供应的各种工具、指令进行布线，将工作平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一幅完整的电路原理图。 （ 5 ）建立网络表。完成上面的步骤以后，可以看到一张完整的电路原理图了，但是要完成电路板的设计,就需要生成一个网络表文件。网络表是电路板和电路原理图之间的重要纽带。( )原理图的电气检查。当完成原理图布线后,需要设置项目选项来编译当前项目，利用 Prol XP 供应的错误检查报告修改原理图。 ( ）编译和调整。假如原理图已通过电气检查,那么原理图的设计就完成了。这是对于一般电路设计而言，尤其是较大的项目，通常需要对电路的多次修改才能够通过电气检查。 （8)存盘和报表输出: Pro DP 供应了利用各种报表工具生成的报表（如网络表、元件清单等),同时可以对设计好的原理图和各种报表进行存盘和输出打印,为印刷板电路的设计做好预备 。3. 原理图的设计方法和步骤 为了更直观地说明电路原理图的设计方法和步骤,下面就以图3 - 所示的简洁 5 定时器电路图为例，介绍电路原理图的设计方法和步骤。图 2 55电路原理图 . 创建一个新项目 电路设计主要包括原理图设计和 PB 设计。首先创建一个新项目，然后在项目中添加原理图文件和 C文件,创建一个新项目方法:单击设计管理窗口底部的Fi 按钮，弹出如图3 所示面板。 Ne子面板中单击 Bak Proct ( CB）选项，将弹出 rocts 工作面板。 建立了一个新的项目后，执行菜单命令ie/SavPojt s,将新项目重命名为“myPoj1 rPC ”,保存该项目到合适位置,如图3。图 F 面板 图 4 保存项目对话框 3.2.2 创建一张新的原理图图纸 执行菜单命令 w / Scemati 创建一张新的原理图文件。 可以看到Shet Schc的原理图文件,同时原理图文件夹自动添加到项目中。 执行菜单命令 FlSave ，将新原理图文件保存在用户指定的位置。同时可以转变原理图文件名为 . Soc。此时看到一张空白电路图纸，打开原理图图纸设置对话框。 对于本例而言, 没有特殊要求,只需要设置成 A4图纸就可以了。单击原理图设置对话框的OK按钮页面设置完成。原理图工作环境接受默认设置即可。 23查找元件 Potel XP库供应了大量元件的原理图符号,在绘制一副原理图之前,必需知道每个元件对应的库。对于55电路原理图的每个元件应当在哪个库呢？可以接受什么方法找到元件的原理图符号呢？ 利用 PrtDXP供应的搜寻功能来完成查找元件,操作步骤如下: (1 ) 设计界面的下方有一排按钮,单击ibrie (库)按钮,弹出如图 5 所示的库对话框。(2)单击图 对话框中的 rc按钮,弹出如图3 6所示的库搜寻对话框，利用此对话框可以找到元件 555 在哪个库中。( )在p 选项区域中确认设置为Lias n Pah ,单击 Pat 右边的打开图标按钮,找到安装的 PoelDX 库的文件夹路径,如 ： PogramFisAium Librry。同时确认Inldubdiretorie 复选项被选定。（ 4)在 eahCrei (搜寻标准）选项区域中可以使用 Na、 Desripton 、 Melype 、 del ame 组合来说明要搜寻的元件,例如要搜寻和 55 元件相关的可以在Nme文本框中键入 555* 。图3 库对话框 图 6 库搜寻对话框（5 )单击 earh按钮开头搜寻,查找结果会显示在Reslt 对话框中，如图 3 7 所示。 图 3 搜寻结果对话框 可以看到很多匹配搜寻标准的芯片型号,选择一款适合的元件原理图符号和封装。这里选择元件 N555P ,属于 aog Tir irit ItLb 库。能否找到所需要的元件关键在于输入的规章设置是否正确,一般尽量使用通配符以扩大搜寻范围。 ( 6 )单击 nstllLrar按钮， Aalog Timr Cut. IntLib 库就添加到当前项目中。在当前项目中就可以取用该库中的全部元件。在完成了对一个元件的查找后,可以依据 5电路原理图的要求,依次找到其他元件所属元件库，见表 1所示。表 1 5 原理图的元件列表 元件名称 元件库 元件符号 元件属性 555PIA Tier rcut.Ini U1 E5PCAcelneouseves.IntLb 1 CAP Micelae eice.IntLib C2 0.1u RS Misellneous Deces.IntLib 2k RES MiscelaeuecsInLbR 0kISimuatio SorcesInti IC10v VPUE Slton Soces. IntLbV1 VPSE 注：在 Pote P中,电阻元件单位默认以 k 代表 ，电容元件单位默认以 u 代替 。 3.2. 添加或删除元件库 已经介绍了当不知道元件在哪个库中,如何查找并把元件库添加到项目中的问题，当知道元件所属的库时，可以直接添加库到设计项目中,添加元件库的步骤如下:( )在如图 3 所示对话框中单击Librries按钮，弹出如图 8所示对话框，其中 Odrd isof Instaldibrries 列表框中主要说明当前项目中安装了哪些元件库。(2 ）添加元件库。单击 d Lbrary 按钮,将弹出查找文件夹对话框,选择安装 Prtel P元件库的路径。然后依据项目需要打算安装哪些库就可以了。例如本例中安装了 Micelanes DveInLb 、 Ilog Tir icuit.IntLb 等。在当前元件库列表中选中一个库文件,单击 MOE UP 按钮可以使该库在列表中的位置上以一位， MOVE DWN 相反。元件库在列表中的位置影响了元件的搜寻速度,通常是将常用元件库放在较高位置,以便对其先进行搜寻。图 8 添加、删除元件库 ( 3 ）删除元件库。当添加了不需要的元件库时,可以选中不需要的库,然后单击 Rmove 按钮就可以删除不需要的库。.2.5 在原理图中放置元件 在当前项目中添加了元件库后,就要在原理图中放置元件，下面以放置NE55 为例，说明放置元件的步骤如下： (1）执行菜单命令 View / Fi Dcumet ,或者在图纸上右击鼠标，在弹出的快捷菜单中选择 Fit Docun选项,使原理图图纸显示在整个窗口中。可以按 Page Do和 Page Up 键缩小和放大图纸视图。或者右击鼠标，在弹出的快捷菜单中选择 Zm i和 Zom u 选项同样可以缩小和放大图纸视图。 （ 2 ）在元件库列表下拉菜单中选择 TIAnog Timer iruitntLib 使之成为当前库，同时库中的元件列表显示在库的下方,找到元件NE555P 。( 3）使用过滤器快速定位需要的元件，默认通配符（ * )列出当前库中的全部元件，也可以在过滤器栏键人N55P， N55P 显示出来避开了在当前库很多元件中查找的困难。 （ 4 )选中EP选项，单击 lace NE55 按钮或双击元件名,光标变成十字形,光标上悬浮着一个555 芯片的轮廓,按下 Tab 键,将弹出 Cment roeies （元件属性）对话框进行元件的属性编辑,如图 3 - 9 所示。在 esgnaor 框中键人 U1 作为元件符号。可以看到元件的CB 封装为右下方的 Ftpint 一栏设置 Dp- D 1l 。 图 39元件属性对话框 (5)在当前窗口移动光标到原理图中放置元件的合适位置,单击鼠标把 E55P 放置在原理图上。按 PagDo 和Paep键缩小和放大元件便于观看元件放置的位置是否合适,按空格键使元件旋转,每按一下旋转 9 来调整元件放置的合适位置方向。 ( 6)放置完元件后，右击鼠标或者按 E 键退出元件放置状态,光标恢复为标准箭头。 下面放置两个电阻、两个电容、脉冲电压源( VPULE )和静态电压源（I）,其步骤如下: （ 1 ）电阻元件在Msellanus Deice.ILi 中,在库对话框选中 sclaeousevesInib 作为当前库。 ( )在库对话框的过滤器一栏中键人 Re,将在元件列表中显示相关元件。选中s 元件,然后单击 Pce 按钮,此时电阻悬浮在光标上,按 Tb 键，在打开的“元件属性”对话框中设置元件符号和元件属性的值，在 sina 文本框中键人1,单击 OK按钮完成电阻R的属性设置。 （） 移动光标到电路图中合适位置，单击鼠标完成电阻 R 的放置。 （ )同时移动光标到另一位置，单击鼠标放置元件 R2 ,系统自动增加元件序号。 ( ）在过滤器栏中键人 Cp ,放置电容 、 C 的方法与放置电阻的方法相同。 (6) 在库对话框中选中Smuaton Sures.I 作为当前库,在过滤栏中键人 Vpulse ，在元件列表中显示脉冲电压源符号,单击Pace 按钮使元件处于选取状态，打开元件属性对话框,在 Dsignar中键人V即可。（ 7)在过滤栏中键人. I ，元件列表中显示静态电压源符号,与脉冲电压源选取相像。( 8)已经放置完全部的元件,单击右键退出元件放置模式,此时图纸上已经有了全部的元件,如图3 1 所示。 图 0元件选取完成后的图纸3.2.6设置元件属性双击相应的元件打开ompnnPrortes 对话框， Comonn Popries 对话框(图 )的设置: . roptis （元件属性)选项区域设置 元件属性设置主要包括元件标识和命令栏的设置等,分别介绍如下: eignato (元件标识)的设置:在 sinao 文本框中键入元件标识,如 U 、 R 等。 esgnaor 文本框右边的 Visib 复选项是设置元件标识在原理图上是否可见，假如选定 Vsibe复选项,则元件标识U 消灭在原理图上,假如不选中,则元件序号被隐蔽。 Comment （命令栏）的设置：单击命令栏下拉按钮，弹出图3 所示对话框，其中lass指元件类别，可以看出555 属于模拟器件; Manufactrer是指制作厂商； Pushishd 是指元件出厂时间; Pshisd 是指销售厂商；Subc是指子类,例如 N5P是模拟器件中的定时器这种子类元件。 Comet 命令栏右边的 Visbl复选项是设置Cment 的命令在图纸上是否可见，假如选中Vible 选 项,则 men 的内容会消灭在原理图图纸上。在元件属性对话框的右边可以看到与 Commnt 命令栏的对应关系,如图3 12所示。 Add 、 Remove 、 Edi 、 Add asRul 按钮是实现对 Cmmet 参数的编译,在一般状况下,没有必要对元件属性进行编译。 图3 1 Comn 的下拉菜单 图 1omme参数设置 LiaryRef (元件样本)设置：依据放置元件的名称系统自动供应,不允许更改。例如 E55P 在元件库的样本名为NE5 。 Library (元件库)设置:例如 E555P 在 TI AnalogTeCiruit. Itib 库中。 Dscriptio （元件描述）、Une i ( I符号)、Sudsgn 设置:一般接受默认设置，不作任何修改。 Grhi （元件图形属性)选项区域设置 rpical 选项主要包括元件在原理图中位置、方向等属性设置,分别介绍如下: Lcato （元件定位)设置:主要设置元件在原理图中的坐标位置,一般不需要设置,通过移动鼠标找到合适的位置即可。Oientaio （元件方向）设置：主要设置元件的翻转,转变元件的方向。 Mirrre（镜像)设置:选中 Mirored，元件翻转80 。 Showiden i （显示隐蔽引脚）:N5P 不存在隐蔽的引脚，但是 器件一般隐蔽了元件的电源和地的引脚。例如非门 74LS04等门电路的原理图符号就省略了电源和接地引脚。 一般状况下,对元件属性设置只需要设置元件标识和 Comnt参数即可,其他接受默认设置。 3.2. 放置电源和接地符号5电路图有一个 1V 电源和一个接地符号,下面以接地符号为例,说明放置电源和接地符号的基本操作步骤。放置接地符号的基本操作步骤：( 1 )执行菜单命令 Vwoolrs / owrojct ，将弹出如图 3 13所示的 PowerOect (电源符号图标)对话框。 ( 2 )在图 3一中有几种接地符号,依据需要选择，这里选择如图 一 1 所示的接地符号。 图3 13 电源符号图标 图 3 14 接地符号（ 3 )选中接地符号,消灭十字光标,同时间标上悬浮着接地符号的轮廓,此时按a 键，消灭 PoerPot （接地符号属性)对话框,如图3一 15 所示,这里需要留意网络名称是否正确。单击K 按钮完成网络名称设置。315 接地符号属性对话框 (4 ）移动光标到图纸上合适的位置单击鼠标,接地符号就显示在图纸上。电源放置与接地放置基本相同。3. 绘制原理图 1.绘制导线 元件放置在工作面板上并调整好各个元件的位置后,接下来的工作是对原理图进行布线。对原理图布线的步骤如下: （ 1 )为了使原理图图纸有很好的视图效果,可以使用以下三种方法,执行菜单命令 Ve itll Objs ;其次种在原理图图纸上右击鼠标,在弹出的菜单中选择 Fit Al Ojects 选项；第三种是使用热键（ , )。(2 ）执行主菜单命令 Place ire ，进人绘制导线状态,并绘制原理图上的全部导线。 以连接 R1 与NE5P 第七脚之间的连线为例，把十字形光标放在 R1的引脚上,把光标移动到合适的位置时，一个红色的星形连接标志消灭在光标处,这表明光标在元件的一个电气连接点上。 ( 3)单击鼠标固定第一个导线点，移动鼠标会看到一根导线从固定点处沿鼠标的方向移动。假如需要转折,在转折处单击鼠标确定导线的位置,每转折一次都需要单击鼠标一次。 ( ）移动鼠标到E55P 第七脚,中间有一个转折点,单击鼠标,当移动到 NE55 第七脚时,光标又变成红色的星形连接标志，单击鼠标完成了 与 E5P 第七脚之间的连接。 （ 5 ）时间标仍旧是十字形，表明仍是处于画线模式,可以连续画完全部的连接线。 ( 6 ）连接完全部的连线后,右击鼠标退出画线模式，光标恢复为箭头外形。 2 . Nt ndt abel （网络与网络名称) 彼此连接在一起的一组元件引脚称为网络( t ）。 例如 55 电路图中的 N555P的第七脚、第六脚、 R1、 是连在一起的称为一个网络。网络名称实际上是一个电气连接点，具有相同网络名称的电气连接表明是连在一起的。网络名称主要用于层次原理图电路和多重式电路中的各个模块之间的连接。也就是说定义网络名称的用途是将两个和两个以上没有相互连接的网络，命名相同的网络名称,使它们在电气含义上属于同一网络。在印刷电路板布线时格外重要。在连接线路比较远或线路走线简单时,使用网络名称代替实际走线使电路图简化。 在55 电路图中,由于走线比较简洁，所以没有必要 图 3 6 网络名称属性对话框 放置网络名称。全部使用导线实现了线路的连接,但是可以看到 NE55 的第六脚和第七脚的连线就比较远,使用网络名称的方法可以代替这段导线,下面以此为例介绍如何放置网络名称： 依据第2 章介绍的方法放置网络名称并打开 et Lael （网络名称属性)对话框,如图 3 16所示。这里仅在 Prprie选项区域的 Ne 文本框中键人 55 _6 ，其他接受默认设置即可。 移动光标到 NE55P 的第六脚，单击鼠标完成第一个网络名称设置。移动光标到 R 和 C1 与 N555P的第7 脚连接点处,按ab 键定义网络名称为 E555P_6。完成了利用网络名称代替一段导线,使视图更加美观。现在一副完整的 55 电路原理图已经完成了，执行菜单命令 Fle/ae保存文件。 3. 设置项目选项 项目选项包括错误检查规章、连接矩阵、比较设置、 E 启动、输出路径和网络选项以及用户指定的任何项目规章。 当项目被编译时,详尽的设计和电气规章将应用于设计验证。例如一个 PB 文件，项目比较器允许用户找出源文件和目标文件之间的差别,并在相互之间进行更新。 全部与项目相关的操作，如错误检查、比较文件和 ECO 启动均在 OptiosFor Proje 对话框中设置。 全部的项目输出，如网络名称、仿真器、文件打印、集合和输出报表均在 OuttsForroects对话框中设置。 执行菜单命令 Projec/ jct Optins，打开 OPtions for Proet (规章检查设置）对话框,如图 3 17 所示。 接下来，对规章检查设置对话框中各个选项卡进行相应的介绍： Error Reorting (错误报告)选项卡 rReportin 用于报告原理图设计的错误，主要涉及下面几个方面: Vioatons Acaed w Bue （总线错误检查报告)、 VioaiosAsocate with Cmpoents （元件错误检查报告)、Vioaios sociated with Documen (文件错误检查报告)、 ViolatsAsciated h Wh Ne (网络错误检查报告）、 VilatnsssociatwtOhes （其他错误检查报告)、 ioatns ssatd with raers（参数错误检查报告)。对每一种错误都设置相应的报告类型,例如选中 Bsinces ot of rge,单击其后的 FatalError按钮，会弹出错误报告类型的下拉列表。一般接受默认设置不需要对错误报告类型进行修改。图3 1 规章检查设置对话框 Connctio trx (连接矩阵）选项卡在规章检查设置对话框中单击Cnnetionatix 标签，将弹出 oneon arx选项卡，如图3 1所示。图3 18 ConctonMarix选项卡 连接矩阵标签显示的是错误类型的严格性。这将在设计中运行“错误报告”检查电气连接如引脚间的连接、元件和图纸的输人。连接矩阵给出了原理图中不同类型的连接点以及是否被允许的图表描述。 假如横坐标和纵坐标交叉点为红色,则当横坐标代表的引脚和纵坐标代表的引脚相连接时,将消灭 Fata Eror信息。 假如横坐标和纵坐标交叉点为橙色，则当横坐标代表的引脚和纵坐标代表的引脚相连接时，将消灭 ror信息。假如横坐标和纵坐标交叉点为黄色，则当横坐标代表的引脚和纵坐标代表的引脚相连接时，将消灭Wanig 信息。 假如横坐标和纵坐标交叉点为绿色，则当横坐标代表的引脚和纵坐标代表的引脚相连接时，将不消灭错误或警告信息。 例如在矩阵图的横向找到 tut Pn ,从列向找到 Oen Collctr P ,在相交处是绿色的方块。当项目被编译时，这个绿色方块表示在原理图中从一个Otpu Pin连接到 OeCllectrPin 时将启动一个错误条件。假如想修改连接矩阵的错误检查报告类型,比如想转变 Passve Pn (电阻、电容和连接器)和Uncoeced 的错误检查,可以实行下述步骤: (1 )在纵坐标找到Passve Ps ，在横坐标找到Unonneced ,系统默认为绿色，表示当项目被编译时,在原理图上发觉未连接的assie ns 不会显示错误信息。 ( 2 )单击相交处的方块,直到变成黄色,这样当编译项目时和发觉未连接的PssivePns时就给出警告信息。 (3 ）单击 Se ToDefult按钮,可以恢复到系统默认设置。 Compaat （比较器)选项卡在规章检查设置对话框中单击 Compraor 标签,将弹出 Comparat选项卡如图 3- 19 所示。 图 3 - Comparator 选项卡 Coro 选项卡用于设置当一个项目被编译时给出文件之间的不同和忽视彼此的不同。在一般电路设计中不需要将一些表示原理图设计等级的特性之间的不同显示出来,所以在Difree AssociatedWihCompnts单元找到 aged Rm Defnitio、 xtr mDefnitons 和 xtraCmnntslse ,在这些选项右边的Mode下拉列表选择gor Differeces。这样原理图设计等级特性之间的不同就被忽视。对不同的项目可能设置会有所不同,但是一般接受默认设置。单击 Set T Deau 一按钮,可以恢复到系统默认设置。ECGeneratio(电气更改命令)选项卡在规章检查设置对话框中单击 ECO eneao标签，将弹出 EOGnraon 选项卡,如图 3 20 所示。 图 3 0 ECOGrlrao 选项卡通过在比较器中找到原理图的不同，当执行电气更改命令后,COrin 显示更改类型具体说明。主要用于原理图的更新时显示更新的内容与以前文件的不同。 O(Enineeig Cnge Order ) neaio 主要设置与元件、网络和参数相关的转变，对于每种变换都可以通过 Mde 列表框的下拉列表中选择 nrt Chge ders （检查电气更改命令)还是 oeDiffees (忽视不同）。 单击 Se To Defts按钮,可以恢复到系统默认设置。 Optons（选项）选项卡在规章检查设置对话框中单击 Opos标签,将弹出 Opos 选项卡，图 3 21所示。 utu path (输出路径）区域：可以设置各种报表的输出路径。默认的路径是系统在当前项目文档所在文件夹内创建。对于文件路径的选择主要考虑用户是期望设置单独的文件夹保存全部的设计项目,还是为每个项目中设置一个文件夹。图 21Oon选项卡 Ouput Opton区域:有四个复选项设置输出文件。nutut aer coie （编译后输出文件)、 metapfolder （时间信息文件夹)、 rcive roetdo-n (存档项目文件)、 Us separeolder fo eac tut ty(对每个输出类型使用独立的文件夹)。 Ntl Oins 区域:有两个复选项分别为 Allow prsto am Nets 和 Allow Shet ntristoNeNes。 Allw porto ameets 表示允许用系统所产生的网络名来代替与输人输出端口相关联的网络名。假如所设计的项目只是简洁的原理图文档，不包含层次关系,可以选择此项。Allow heetresto ame Nets表示允许用系统所产生的网络名来代替与子图入口相关联的网络名。该项为系统默认设置选项。 3. 编译项目编译项目就是在设计文档中检查原理图的电气规章错误。执行菜单命令 Projet ompile PCB Prjec ,系统开头编译 Myprct1 PrjPB。当项目被编译时,在项目选项中设置的错误检查都会被启动，同时弹出 Messag 窗口显示错误信息。假如原理图绘制正确，将不会弹出Mssa 窗口。 下面以 Myprct. rjPCB 的 55 原理图为例，删除NE555P 的第四脚与电源连接的导线,并说明如何设置项目选项和编译项目,其步骤如下: (1) 假如正确绘制555原理图，执行菜单命令 Pojet/Copie PB oject ，将不会弹出 Mes 窗口。( ）选中 N55的第四脚与电源连接的导线,然后删除这段导线。 ( 3)然后再执行菜单命令 Prject/Cmpi PCBProjet ,将弹出错误检查报告，如图 3 2 所示。图3 2 错误检查报告 ( )通过错误报告中叙述的错误类型可以修改在原理图的错误。在 Messae 对话框中单击一个错误,打开 ComieErrr 对话框,如图 3 - 23 所示。同时在 ileErr 对话框显示错误的具体信息。从 CmilEror 对话框中单击错误跳转到原理图的违反对象进行检查或修改。此时修改对象高亮显示,电路图上的其他元件和导线模糊。修改完成后,可以单击图纸有下方的Cea按钮，清除图纸的模糊状态。 图 3 - Compil Error 对话框 (5) 修改完成后,重新编译项目,直至不再显示错误为止。保存项目文件,为 PCB文件设计作好预备。 小 结 本章围绕绘制一幅 55原理图开放对电路设计流程的具体分析,尽管 5原理图格外简洁,但是读者不妨依据本节介绍的具体操作步骤，另找一份比较简单的原理图试着绘制自己的第一张原理图，就能基本上领悟原理图设计的基本方法和技巧。 习题1.了解 ProlXP集成库的概念。 2 .通过在原理图库文件中查找元件(如ADC3)生疏元件库管理器的打开方式以及如何搜寻元件、添加删除元件等。 3 打开ProtelDX 供应的例子(如 Anaog Amfer. chdoc ），在同一张原理图图纸上的其他地方重新绘制 U71的简洁放大电路。达到生疏元件库的管理和娴熟 使用绘图工具栏的目的。 4 打开 Pt DP 供应的例子(如 Anlog Aplifie schd ),依据 . 节介绍的具体操作方法实现对原理图中元件的选取、删除等操作。