武漢理工大學《protel實訓》報告書 PAGE21《protel實訓》報告題目：基于protel多路電源電路的設計專業班級：電子1001學生姓名：指導教師：曠海蘭武漢理工大學信息工程學院2012年12月Protel實訓任務書學生姓名：專業班級：電子1001指導教師：曠海蘭工作單位：信息工程學院題目:基于protel多路電源電路的設計主要目的就是對學生進行protel軟件的操作訓練，通過訓練，使學生能夠掌握protel軟件的基本使用方法，能夠使用protel繪制簡單電路的原理圖和PCB版圖，提高學生的動手能力。初始條件計算機；OfficeWord軟件；PROTEL軟件內容和要求1、學習PROTEL軟件。2、設計一個多路電源電路，繪制電路的原理圖和PCB版圖，要求圖紙繪制清晰、布線合理、符合繪圖規范。3、對所設計電路的基本原理進行分析；4、查閱至少6篇參考文獻，按《武漢理工大學課程設計工作規范》要求撰寫報告書，全文用A4紙打印。時間安排1、2012年12月10日集中，作基礎強化訓練具體實施計劃與報告格式要求的說明；學生查閱相關資料，學習電路的工作原理。2、2012年12月13、2012年12月12日至2012年12月14日，采用protel進行相關電路圖的繪制。4、2012年12月15日上交成果及報告，進行答辯。指導教師簽名：年月日系主任（或責任教師）簽名：年月日目錄摘要 4Abstract 51緒論 72軟件簡介 83設計內容及要求 93.1設計目的及主要任務 93.1.1設計目的 93.1.2設計任務及主要技術指標 93.2設計要求 93.3設計思路 104單元電路原理圖的設計與分析 114.1整流電路 114.2濾波電路 114.3穩壓電路 124.4總電路原理圖的設計 135元件封裝及PCB板制作 145.1元件封裝 145.2PCB板制作 145.3生成網絡表 145.4設置PCB設計環境 155.5布置零件封裝位置 156電路板相關操作和規則 166.1布線相關規則 166.2自動布線 177心得與體會 18參考文獻 19附錄 20相關電路及制作圖像 20摘要隨著計算機軟硬件技術的飛速發展，集成電路被廣泛應用，電路越來越復雜，集成電路越來越高，加之元器件層出不窮，使得越來越多的工作已經無法依靠手工來完成。計算機廣泛應用恰恰解決了這個問題，并且大大提高了工作效率。因此，計算機輔助電路板設計已經成為電路板設計制作的必然趨勢。Protel系列軟件早期版本用于設計pcb,后來增加了繪制電路原理圖的功能，再后來又增加了電路仿真功能和可編程器件開發功能。主要有原理圖設計系統、印制電路板設計系統兩大部分組成。由于電子技術的特性電子設備對電源電路的要求就是能夠提供持續穩定、滿足負載要求的電能而且通常情況下都要求提供穩定的直流電能。提供這種穩定的直流電能的電源就是直流穩壓電源。直流穩壓電源在電源技術中占有十分重要的地位。本文主要介紹了以PCB板制作多功能輸出直流穩壓電源電路板的基本過程，以及制作的整體思路和在制作的過程應注意的地方，本PCB板涉及到了元件原理圖繪制、元件原理圖和元件封裝圖之間、原理圖管腳和元件封裝圖焊盤之間的關系、設計環境的顏色的變化、PCB板層的設置方法與電路板尺寸的確定方法及對象屬性的編輯方法。關鍵詞：直流，濾波，集成穩壓器，；原理圖制作；PCB板設計AbstractWiththerapiddevelopmentofcomputersoftwareandhardwaretechnology,integratedcircuitiswidelyused,circuitmoreandmorecomplex,integratedcircuitmoreandmorehigh,togetherwithcomponentsemergeinendlessly,moreandmoreworkhasbeenunabletodependonhandtofinish.Thecomputeriswidelyusedonthesolvedtheproblem,andgreatlyimprovetheworkingefficiency.Therefore,thecomputerauxiliarycircuitboarddesignhasbecomeaninevitabletrendofcircuitboarddesign.ThispapermainlyintroducesthePCBboardmakeLM3914carvoltagedisplaycircuitboard,andmakethebasicprocessoftheoveralldesignideasandshouldbepaidattentiontointheprocessofmakingtheplace,thePCBinvolvedcomponentsprinciplechartdrawingandcomponentsprinciplechartandcomponentspackagediagram,principlediagrambetweenthefeetandcomponentspackagediagramoftherelationshipbetweenthepad,designoftheenvironmentcolorchanges,PCBlayerofthesettingmethodandcircuitboardofthesizeofthedeterminingmethod,andobjectattributeeditorialmethod.Keywords:concurrent,filter,regulator,Principlechartproduction;PCBdesign1緒論很多電子設備，家用電器都需要直流電源供電，其中除了少量的低功耗、便攜式的一些設備選用干電池外，絕大多數電子設備正常工作需要直流供電，而常用的電源—市電視220V或380V的交流電，因此需要把交流電變成直流電。例如在我們學校的大多數集成運算放大器都需要加規定的直流偏置才能正常工作。所以直流穩壓電源對于我們的學習來說十分重要。本文作為電子專業的學生，學會幾種電路設計軟件是十分必要的，科技的發展步伐越來越快，一些簡單的數字元件是不能滿足發展的需求的，為滿足社會的發展需求，集成電路應運而生，從小規模集成電路到超大規模集成電路，使單個芯片的功能越來越高，對于一個設計方案的衡量通常是以使用芯片的數目和價格達到最少作為技術、經濟的最佳指標。因此，為了跟上時代的步伐，鞏固所學的理論知識，學校給予了大力支持。為能夠把理論與實踐相結合，達到學以致用目的，在學期末安排了Protel軟件的強化訓練，增強了學生解決實際問題的能力，強化了學生的動手能力。Protel則是Protel系列設計電路尤其是PCB印刷電路制作中很實用的一款。具有自動布線，自動布局，進行邏輯檢測、邏輯模擬等強大功能。這些功能可以幫助電子工程師們提高電路板布線進程，設計更加精密復雜的電路板。2軟件簡介本次設計以Protel為軟件平臺Protel是完全一體化電子產品開發系統的一個新版本，也是世界第一款也是唯一一種完整的板級設計解決方案。Protel是業界首例將設計流程、集成化PCB設計、可編程器件（如FPGA）設計和基于處理器設計的嵌入式軟件開發功能整合在一起的產品，一種同時進行PCB和FPGA設計以及嵌入式設計的解決方案，具有將設計方案從概念轉變為最終成品所需的全部功能。Protel提供了唯一一款統一的應用方案，其綜合電子產品一體化開發所需的所有必須技術和功能。Protel在單一設計環境中集成板級和FPGA系統設計、基于FPGA和分立處理器的嵌入式軟件開發以及PCB版圖設計、編輯和制造。并集成了現代設計數據管理功能,使得Protel成為電子產品開發的完整解決方案－一個既滿足當前，也滿足未來開發需求的解決方案。Altium創新電子設計平臺，形成了一個完整的一體化電子設計環境，以全新的方式創建和推出智能型關聯電子產品。ProtelWinter09則具有電路板設計和制造功能，具有自動布線，自動布局，進行邏輯檢測、邏輯模擬等強大功能。3設計內容及要求3.1設計目的及主要任務3.1.1設計目的（1）學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經驗，掌握Protel系列軟件設計原理圖、制作PCB板圖的基本方法。（2）學會電路設計的基本方法，培養綜合設計與調試能力，學會直流穩壓電源的設計方法和性能指標測試方法。（3）培養實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。3.1.2設計任務及主要技術指標

（1）要求設計制作一個多路輸出直流穩壓電源，可將220V交流電轉換為多路輸出直流穩壓電源

（2）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數與元件選擇，并畫出總體電路原理圖。

（3）安裝調試并按規定格式寫出課程設計報告書。3.2設計要求（1）使用Protel系列軟件繪制多功能輸出直流穩壓電源電路原理圖。（2）使用Protel系列軟件對多功能輸出直流穩壓電源電路進行檢查調試，生成電路PCB版圖。3.3設計思路變壓電路變壓電路整流電路濾波電路電源指示部分220V交流輸入穩壓電路直流電壓輸出變壓電路：將交流電網220V的電壓變味所需要的電壓值。整流電路：將交流電壓變成脈動的直流電壓。濾波電路：由于經過整流的脈動直流電壓還含有較大的紋波，因此需要設計濾波電路加以濾除。穩壓電路：在電網電壓波動、負載和溫度變化時，依然維持輸出直流電壓穩定。電源指示；顯示當前的電路通斷情況，方便了解電源當前的工作狀況。4單元電路原理圖的設計與分析4.1整流電路橋式整流電路的優點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正、負半周內都有電流供給負載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導體整流電路中得到了頗為廣泛的4.2濾波電路濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯電容器C，或與負載串聯電感器L，以及由電容、電感組合而成的各種復式濾波電路。4.3穩壓電路 濾波以后雖然紋波因數大大減小,但輸出電壓還不夠穩定,主要是當負載電流或電網波動時,輸出電壓會隨之發生變化，為此還需要加穩壓措施。穩壓電路的作用是當外界因素（電網電壓、負載、環境溫度）等發生變化時，使輸出直流電壓不受影響，而維持穩定的輸出。穩壓電路一般采用集成穩壓器和一些外圍元件組成，采用集成穩壓器設計的電源具有性能穩定、結構簡單等優點。4.4總電路原理圖的設計5元件封裝及PCB板制作5.1元件封裝零件封裝是指實際零件焊接到電路板時所指示的外觀和焊點的位置。是純粹的空間概念.因此不同的元件可共用同一零件封裝，同種元件也可有不同的零件封裝。像電阻，有傳統的針插式，這種元件體積較大，電路板必須鉆孔才能安置元件，完成鉆孔后，插入元件，再過錫爐或噴錫（也可手焊），成本較高，較新的設計都是采用體積小的表面貼片式元件（SMD）這種元件不必鉆孔，用鋼膜將半熔狀錫膏倒入電路板，再把SMD元件放上，即可焊接在電路板上了[2]。5.2PCB板制作印制電路板，又稱印刷電路板、印刷電路板，簡稱印制板，英文簡稱PCB(printedcircuitboard)或PWB(printedwiringboard)，以絕緣板為基材，切成一定尺寸，其上至少附有一個導電圖形，并布有孔（如元件孔、緊固孔、金屬化孔等），用來代替以往裝置電子元器件的底盤，并實現電子元器件之間的相互連接。由于這種板是采用電子印刷術制作的，故被稱為“印刷”電路板。習慣稱“印制線路板”為“印制電路”是不確切的，因為在印制板上并沒有“印制元件”而僅有布線。它是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體。5.3生成網絡表1)利用原理圖設計工具繪制原理圖，并且生成對應的網絡表。當然，有些特殊情況下，如電路版比較簡單，已經有了網絡表等情況下也可以不進行原理圖的設計，直接進入PCB設計系統，在PCB設計系統中，可以直接取用零件封裝，人工生成網絡表。2)手工更改網絡表將一些元件的固定用腳等原理圖上沒有的焊盤定義到與它相通的網絡上，沒任何物理連接的可定義到地或保護地等。將一些原理圖和PCB封裝庫中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和PCB封裝庫中的一致，特別是二、三極管等。5.4設置PCB設計環境1）進入PCB系統后的第一步就是設置PCB設計環境，包括設置格點大小和類型，光標類型，版層參數，布線參數等等。大多數參數都可以用系統默認值，而且這些參數經過設置之后，符合個人的習慣，以后無須再去修改。2）規劃電路版，主要是確定電路版的邊框，包括電路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上適當大小的焊盤。對于3mm的螺絲可用6.5~8mm的外徑和3.2~3.5mm內徑的焊盤對于標準板可從其它板或PCBizard中調入。3）在繪制電路版地邊框前，一定要將當前層設置成KeepOut層，即禁止布線層。5.5布置零件封裝位置Protel99可以進行自動布局,也可以進行手動布局。如果進行自動布局，運行"Tools"下面的"AutoPlace",用這個命令，你需要有足夠的耐心。布線的關鍵是布局，多數設計者采用手動布局的形式。用鼠標選中一個元件，按住鼠標左鍵不放，拖住這個元件到達目的地，放開左鍵，將該元件固定。Protel99在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局選項包含自動選擇和自動對齊。使用自動選擇方式可以很快地收集相似封裝的元件，然后旋轉、展開和整理成組，就可以移動到板上所需位置上了。當簡易的布局完成后，使用自動對齊方式整齊地展開或縮緊一組封裝相似的元件。6電路板相關操作和規則6.1布線相關規則自動布線過程一般分為以下幾個步驟：網絡分類，便于對不同的網絡設置不同的布線設計規則，提高設計效率。設置布線設計規劃，對不同的網絡根據其不同的要求與特點，設置不同的布線設計規劃。設置自動布線的參數和方案。運行自動布線。自動布線之設計要點包括:（1）略微改變設置，試用多種路徑布線。（2）保持基本規則不變，試用不同之布線層、不同之印制線和間隔寬度以及不同線寬、同類型之過孔如盲孔、埋孔等，觀察這些因素對設計結果有何影響。（3）讓布線工具對那些默認之網絡根據需要進行處理。（4）信號越不重要，自動布線工具對其布線之自由度就越大。對于連線的要求：（1）線長：銅膜線應盡可能短，在高頻電路中更應該如此。銅膜線之不拐彎處應為圓角或斜角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高之情況下會影響電氣性能。當雙面板布線時，兩面之導線應該相互垂直、斜交或彎曲走線，避免相互平行，以減少寄生電容。（2）線寬：銅膜線之寬度應以能滿足電氣特性要求而又便于生產為準則，它之最小值取決于流過它之電流，但是一般不宜小于0.2mm。只要板面積足夠大，銅膜線寬度和間距最好選擇0.3mm。一般情況下，1~1.5mm之線寬，允許流過2A之電流。例如地線和電源線最好選用大于1mm之線寬。在集成電路座焊盤之間走兩根線時，焊盤直徑為50mil，線寬和線間距都是10mil，當焊盤之間走一根線時，焊盤直徑為64mil，線寬和線間距都為12mil。（3）線間距：相鄰銅膜線之間之間距應該滿足電氣安全要求，同時為了便于生產，間距應該越寬越好。最小間距至少能夠承受所加電壓之峰值。在布線密度低之情況下，間距應該盡可能之大。（4）屏蔽與接地：銅膜線之公共地線應該盡可能放在電路板之邊緣部分。在電路板上應該盡可能多地保留銅箔做地線，這樣可以使屏蔽能力增強。另外地線之形狀最好作成環路或網格狀。多層電路板由于采用內層做電源和地線專用層，因而可以起到更好之屏蔽作用效果。6.2自動布線1）點擊菜單命令AutoRoute/Setup對自動布線功能進行設置選中除了AddTestpoints以外的所有項，特別是選中其中的LockAllPre-Route選項，RoutingGrid可選1mil等。自動布線開始前PROTEL會給你一個推薦值可不去理它或改為它的推薦值，此值越小板越容易100%布通，但布線難度和所花時間越大。2）點擊菜單命令AutoRoute/All開始自動布線假如不能完全布通則可手工繼續完成或UNDO一次（千萬不要用撤消全部布線功能，它會刪除所有的預布線和自由焊盤、過孔）后調整一下布局或布線規則，再重新布線。完成后做一次DRC，有錯則改正。布局和布線過程中，若發現原理圖有錯則應及時更新原理圖和網絡表，手工更改網絡表（同第一步），并重裝網絡表后再布。3）對布線進行手工初步調整需加粗的地線、電源線、功率輸出線等加粗，某幾根繞得太多的線重布一下，消除部分不必要的過孔，再次用VIEW3D功能察看實際效果。手工調整中可選Tools-Density