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电气制图及CAD2012-2(原理图设计)_图文

2 电路原理图设计

主要内容
2.1 电路原理图概念及绘制规则

电气制图及CAD
主讲 吴益飞 南京理工大学自动化学院
E-mail :wuyifei0911@163.com
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2.2 绘制原理图 2.3 利用画图工具添加说明性图形和文字 2.4 元件自动编号 2.5 原理图的电气检查 2.6 元件电气图形符号编辑与创建 2.7 绘制原理图的方法总结
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2.1 电路原理图概念及绘制规则
1. 电路原理图概念 所谓电原理图编辑就是使用电子元器件的电气图形符号以及绘制 电原理图所需的导线、总线等绘图工具来描述电路系统中各元器 件之间的连接关系,所使用的是一种符号化、图形化的语言。 2. 电原理图编辑器(SCH)的操作步骤 电原理图编辑器(SCH)的操作步骤 (1) 设置SCH编辑器的工作参数(不是必须,可以采用系统缺 省的参数工作,尤其是初学者,可以先不修改系统工作参 数)。
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(2) 选择图纸幅面、标题栏式样、图纸放置方向等(对于初学 者来说也可以先采用缺省设置)。 (3) 放大绘图区,直到绘图区呈现大小适中的栅格线为止。 (4) 在工作区内放置元器件:先放置核心元件的电气图形符 号,再放置电路中剩余元件的电气图形符号。 (5) 调整元件位置。 (6) 修改、调整元件的标号、型号及其字体大小、位置等。 (7) 连线、放置电气节点、网络标号以及I/O端口。

开始

环境设置

(8) 放置电源及地线符号。 (9) 运行电气设计规则检查(ERC),找出原理图中可能存在的 缺陷。 (10) 加注释信息。
存盘 放置、调整元件

放置、调整布线

原理图设计简化步骤

(11) 生成网络表文件(或直接执行PCB更新命令,自动产生一 个同名的PCB文件)。 (12) 打印。
整体编辑

输出报表

输出打印
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2.2 绘制原理图
2.2.1 元件电气图形符号库及管理 1. 元件库概念及Protel99 SE元件电气图形符号库的认识 2. 从元件库列表中选择当前库文件 3. 元件库的装入与取消 4. 确定元件所在库

2.2.2 放置元件 1. 放置元件的操作过程
(1) 选择待放置元件所在的电气图形库作为当前使用的元件库。 (2) 在元件电气图形库列表窗口内,找出并单击Miscellaneous Devices.lib文件,使它成为当前元件电气图形库。 (3) 在元件列表内找出并单击所需的元件。 (4) 放置元件。

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2. 调整元件位置和方向
如果感到图中元件的位置、方向不合理,可通过如下方式调整: 方法一:将鼠标移到待调整的元件上,单击鼠标左键,选定目标 元件,被选定的元件的四周将出现一个虚线框。 方法二:将鼠标移到目标元件上,按下鼠标左键不放,然后直接 移动鼠标(或通过空格、X、Y键也能迅速移动或调整元件的方 向),当元件调整到位后,松开左键即可。

3. 删除多余的元件
当需要删除图中的某一个或某几个元件时,可通过如下方式实现: 方法一:将鼠标移到需要删除的元件上,单击鼠标左键,选定需要 删除的目标元件,然后再按Del键。 方法二:执行“Edit”(编辑)菜单下的“Delete”命令,然后将光标 移到待删除的元件上,单击鼠标左键即可迅速删除光标下的元件, 然后单击鼠标右键退出删除状态(执行了Protel99SE中的某一命令 后,一般需要通过单击鼠标右键或按Esc键退出)。 方法三:当需要删除某一矩形区域内的多个元件时,最好单击“主工 具”栏内的“标记”工具,然后将光标移到待删除区的左上角,单击鼠 标左键,移动光标到删除区右下角,单击鼠标左键,标记待删除的 元件;然后执行“Edit”菜单下的“Clear”命令。
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4. 修改元件选项属性——序号、封装形式、型号或大小
1) 在放置元件操作过程中修改 在放置元件操作过程中,单击 “Place”按钮将元件从元件图 形库中拖出后,没有单击鼠标左键前,元件一直处于激活状态, 这时按下键盘上的Tab键,即可调出元件属性设置窗. 2) 激活后修改 3) 修改、调整元件序号/型号(大小)

【Attributes】选项卡中的内容较为常用,它包括以下选项。 (1)Lib Ref:在元件库中定义的元件名称,不会显示在绘图页 中。 (2)Footprint:封装形式,应该输入该元件在PCB库里的名称。 (3)Designator:流水序号。 (4)Part Type:显示在绘图页中的元件名称,默认值与元件库中 名称“Lib Ref”一致。 (5)Sheet Path:成为绘图页元件时,定义下层绘图页的路径。 (6)Part:定义子元件序号,如与门电路的第一个逻辑门为1,第 二个为2等。

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(7)Selection:切换选取状态。 (8)Hidden Pins:是否显示元件的隐藏引脚。 (9)Hidden Fields:是否显示“Part Fields 1-8”、“Part Fields 9-16”选项卡中的元件数据栏。 (10)Field Name:是否显示元件的数据栏名称。 属性,随后出现对应的Part Designator对话框。 在元件的某一属性上双击鼠标左键,则会打开一个针对该属性的 对话框。如在文字“U?”上双击,由于这是Designator流水序号

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2.2.3 连线操作
完成元件放置及位置调整操作后,就可以开始连线,放置电气 节点、电源及地线符号等操作。 在Protel99 SE原理图编辑器中,原理图绘制工具,如导线、总 线、总线分支、电气节点、网络标号等均集中存放在“画线”工 具(Wiring Tools)中(如下图所示)

利用网络标号实现电气连接

在电路图中,有些本该连接的元件之间是悬空的,取而 带之的是有标号的引出线段,这实际上是一种利用网络 标号实现电气连接的方法。网络标号实际意义就是一个 电气节点,具有相同网络标号的元件引脚、导线、电源 及接地符号等具有电气意义的图件,在电气关系上是连 接在一起的。

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2.2.4 放置电气节点
单击画线工具中 “放 置 电 气 节 点 ” 工具,将光标移 到 “导 线 与 导 线 ” 或“导线与元件引 C1 脚 ” 的 “ T” 形 或 10 μ “十”字交叉点 上,单击鼠标左 键即可放置表示 导线与导线(包 括元件引脚)相 连的电气节点, 如图右所示。
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R1 47 k 电气节点 + R2 20 k
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R3 2.7 k +

C2 10 μ

Q1 NPN R4 + C3 10 μ 1k R5 82

R6 4.7 k

放置电气节点
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2.2.5 放置电源和地线 进入对应元件选项属性 单击画线工具中的 电源/地线工具, 然 后 按 下 Tab 键 , 调出电源/地线选 项属性设置窗口, 如右图所示。 设置窗,然后单击“Pin Hidden”复选框,显示芯 片隐藏的引脚,再单击 “OK”按钮退出,这样也 可以迅速了解到相应芯 片的电源、地线引脚名 称,如右图所示。
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2.2.6 总线、总线分支、网络标号工具的使用

1. 放置总线(Place Bus)
例 如 在 如 图 237 所 示 的 电 路 中,当需要将 IC1的P20~P26 引脚分别与IC3 的A8~A14相连 时,除了平行 导线外,也可 以使用总线、 总线分支以及 标号来描述它 们彼此的连接 关系。
图2-37 用导线连接的原理图
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当原理图中含有集成电路芯片时,常用“总线” 代替数条平行的导线,以减少连线占用的图纸 面积。但“总线”毕竟只是一种示意性连线,通 过总线连接的元件引脚电气上并不相连,还需 要使用 “总线分支”、“标号”作进一步的说明。

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2. 放置总线分支(Place Bus Entry
画总线与画导线的操作过 程完全相同: 单击画线工具栏的放置总 线(Place Bus)工具,将 光标移到总线的起点并单 击鼠标左键(固定起 点),移动光标到转弯处 单击(固定转折点),移 动光标到总线终点并单击 (固定终点),然后再单 击鼠标右键结束该总线 (与画导线类似,此时仍 处于画总线状态,可继续 画总线,不需要画总线 时,可再单击鼠标右键退 出),如图2-38所示。
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使用“总线”来描述元件连 接关系时,一般还需要 “ 总 线 分 支 ( Place Bus Entry)”连接元件引脚或 导线。放置总线分支 ( Place Bus Entry ) 的 操作过程如下: 单击画线工具栏的放置总 线 分 支 ( Place Bus Entry)工具,总线分支 即附在光标上,如图2-39 所示,通过空格、X或Y键 调整总线分支方向后,移 动光标到需要放置总线分 支的元件引脚或导线的端 点,再单击鼠标左键固 定。
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图2-38 绘制一条总线后的结果
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图2-39 处于激活状态的总线分支
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3. 放置网络标号(Place Net Label)
与总线配合使用 的总线分支往往 需要多个,不断 重复“移动光标→ 单击”操作就可以 连续放置多个总 线分支,当所需 的总线分支放置 完毕后,再单击 鼠标右键,退出 总线分支放置状 态,操作结果如 图2-4所示。
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总线、总线分支毕竟只是一种示意性的连线,元件引脚之间的 电气连接关系并没有建立,还需要通过网络标号(Net Label) 来描述两条线段或线段与元件引脚,即两电气节点之间的连接 关系。在导线或引脚端点放置两个相同的网络标号后,导线与 导线(或元件引脚)之间就建立了电气连接关系。原理图中具 有相同网络标号的电气节点均认为电气上相连,这样可以使用 网络标号代替实际的连线。
图2-4 用总线和总线分支实现元件引脚间的连接
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2.3 利用画图工具添加说明性图形和文字 画图工具,如直线 ( Line ) 、 多 边 形 (Polygon)、椭圆弧 ( Arcs ) Elliptical 、 椭 圆

(Ellipses)、毕兹曲 线(Bezier)等均存放 在 “ 画 图 ” 工 具 ( Drawing Tools ) 栏
图2-5 用网络标号指示电气连接关系
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图2-6 画图工具

内(如图2-6所示)
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2.4 元件自动编号

2.5 原理图的电气检查 在编辑原理图过程中,对于只有少量分立元件的简单电路,通过 浏览就能看出电路中存在的问题,但对于一个较复杂的电路设计 项目,靠人工查找电路编辑过程中的错误就没那么容易了。 下面介绍电气法测试的操作过程和结果: (1) 执行“Tools”菜单下的“ERC…”命令 (2) 在如图2-10所示的对话框内,单击“测试项目”列表框内各选 项前的复选框,允许或禁止相应的检测项,选择要测试的项目。 其中各测试项目及选项含义已注明在如图2-10所示的窗口内. (3) 设置了检测项目后,单击“OK”按钮,Protel99SE原理图编辑 器还会启动文本编辑器,显示检测报告文件(.ERC)内容.
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在放置元件操作过程中,如果没有在元件属性设置窗口 内指定元件序号,Protel99将使用元件序号的缺省设 置,如用“U?”作为集成电路芯片的元件序号,用“R?”作 为电阻元件序号,用“C?”作为电容元件序号,用“L?”作 为电感元件序号,用“D?”作为二极管类元件序号,用 “Q?”作为三极管类元件序号。

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在电气法测试结果中可能包含两类错误,其中“Warning” 是警告性错误(提醒操作者注意);而“Error”是致命性错 误,必须认真分析,根据出错原因对原理图进行相应的修 改。 在设计文件管理器窗口内,单击相应的原理图文件,将发 现有问题的位置均放置了一个红色标记。 (4) 必要时,可在如图2-10所示的电气法测试规则设置窗内, 单击“Rule Matrix”标签,如图2-11所示,对检查规则作更细 致的设置。不过,一般并不需要用户重新设置这些检查规则, 因此这里不作详细介绍。
图2-10 电气法测试规则设置窗
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2.6 元件电气图形符号编辑与创建 在原理图编辑过程中,由于下列原因之一,可能需要修改已有元 件的电气图形符号或创建新元件的电气图形符号: (1)在Protel99SE元件电气图形符号库文件中找不到所需元件的 电气图形符号。 (2) 元 件 图 形 符 号 不 符 合 要 求 , 例 如 分 立 元 件 电 气 图 形 库 Miscellaneous.lib 中 二 极 管 、 三 极 管 的 电 气 图 形 符 号 与 GB 4728-85标准不一致。 (3)元件电气图形符号库内引脚编号与PCB封装库内元件引脚编 号不一致。 (4)元件电气图形符号尺寸偏大,如引脚太长,占用图纸面积 多,不利于绘制元件数目多的原理图。
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图2-11 修改电气法测试规则
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启动元件图形符号编辑器

1.启动 2.操作界面 元件电气图形 符号编辑器窗 口操作界面如 图2-12所示。
图2-13 元件属性描述 图2-12 元件图形符号编辑器窗口
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举例:制作74HC541

2.7 绘制原理图的方法总结

原理图的绘制并不复杂,主要是要学会熟练运 用,要熟悉工具栏上的按钮和元件库的一些常用 元件。 这里要着重提出的是关于画面的管理问题。 在前面的内容中没有做特别的介绍,而关于画面 的管理对于整个绘制过程又是非常重要的。 另外,还要注意原理图文件的管理!(保存、导 入、导出、备份等)
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