《电子线路CAD实验指导书》.docx
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《电子线路CAD实验指导书》
电子线路CAD实验指导书
王文强
二零零八年一月
目录
实验一认识Protel99SE1
实验二原理图的环境设置3
实验三绘制原理图
(1)5
实验四绘制原理图
(2)7
实验五绘制原理图(3)10
实验六元器件图形符号的编辑12
实验七绘制层次原理图16
实验八PCB设计基础——电子元件的封装17
实验九PCB设计基础——PCB板规划及PCB编辑环境参数20
实验十PCB布局布线及打印出图22
实验十一双面PCB设计25
实验一认识Protel99SE
一、实验目的
1、掌握Protel99SE的基本操作,主要包括软件的启动,以及文件和文件夹的建立、打开、删除、改名、复制、粘贴等操作;
2、认识Protel99的编辑界面,了解各个工具栏的作用;
二、实验内容与步骤
1、启动Protel99SE,在E盘建立名为(班级+姓名)的文件夹,再在文件夹中建立名为Exam的文件夹,然后在此文件夹中建立名为Ex1.ddb的设计数据库文件(文件类型为MSAccessDatabase)。
2、在上题数据库中建立一个名为poweramp(功率放大器电路)的原理图文件(SchematicDocument)、一个名为poweramp的印刷电路板文件(PCBDocument),并打开。
3、在Ex1.ddb新建一个名为Ex1的文件夹,将poweramp.sch和poweramp.pcb复制Ex1中。
4、更改poweramp.sch的名字为poweramp2.sch。
5、删除poweramp2.sch。
三、思考及补充练习
1、文件poweramp2.sch还能恢复吗?
试做。
如何永久删除文件?
实验二原理图的环境设置
一、实验目的
1、观察原理图编辑器窗口的组成;
2、学习如何选择图纸类型、尺寸、底色、标题等;
3、设置SCH的工作环境。
二、实验内容与步骤
1、启动Protel99SE,在E盘建立名为Exam的文件夹,并在文件夹中建立名为Ex1.ddb设计数据库文件,新建原理图文件,命名为LX1.sch。
打开后观察窗口:
主工具栏、设计文件管理器标签、原理图编辑器标签、设计文件管理器窗口、画图工具条、画线工具条及原理图编辑区
2、设置图纸大小为A4,水平放置,工作区颜色25,边框颜色11。
3、在Ex1.ddb中创建原理图文件,命名为LX2.sch。
自定义图纸大小:
宽度为850、高度为450,垂直放置,工作区颜色为126号色。
网格设置:
SnapOn为5mil,Visible为10mil。
字体设置:
系统字体为仿宋体、字号为8,字形为斜体。
可视网格为点状,设置重复操作次数为60次。
4、在原理图文件LX2.sch中,练习打开/关闭MainTools(主工具栏)、WiringTools(布线工具栏)、DrawingTools(绘图工具栏)、PowerObjects(电源及接地工具栏)、DigitalObjects(常用器件工具栏)、SimulationSources(信号仿真源工具栏)、PLDToolbar(PLD工具栏),利用菜单命令和键盘功能键放大及缩小原理图。
5、在原理图文件LX2.sch中,练习打开/关闭“自动放置电气节点”功能,禁止/允许任意角度连线功能。
三、思考及练习
1、试验最适合自己的原理图环境设置;
2、如何“最适合自己的原理图环境设置”设置成模板文件。
实验三绘制原理图
(1)
一、实验目的
1、熟悉原理图绘制工具;
2、掌握画原理图基本操作,完整绘制原理图的方法;
3、熟悉并逐渐记忆常用元器件所在的元器件库。
二、实验内容与步骤
[练习1]在原理图中放置:
阻值10k的电阻、容值为10μF的电解电容、型号为1N4148的二极管、型号为2N2222三极管、单刀单掷开关和2脚连接器,注意修改元器件属性。
[练习2]在练习1的基础上,练习:
(1)选择10k电阻,复制并粘贴该电阻,然后取消选择;
(2)删除二极管,并用恢复按钮将二极管恢复;
(3)删除三极管;
(4)删除电容,然后粘贴该电容;
(5)用鼠标选择几个元件,然后删除这些被选择的元件;
(6)将该电路图存盘。
[练习3]试关闭和使能电气捕捉栅格,观察电气栅格在连线时具有的作用。
[练习4]试关闭和使能电气连接点,观察画"丁"字连线时的区别。
[练习5]放置网络标记,试更改字型和字号,并连续放置D1-D9九个网络标签。
[练习6]选取电源和地线工具,试更改它们的形状和标记。
[练习7]按照下图画一个共发射极放大电路,电路中的所有元件都取自集总参数元器件库(MiscellaneousDevices.ddb/MiscellaneousDevices.lib)。
(1)要求图纸尺寸为A4,去掉标题栏,关闭显示栅格,使能捕捉栅格和电气栅格,使能自动连接点;
(2)画完电路后,要按照图中元件参数逐个设置元件属性,但是元件要自动编号,并进行电气规则检查;
(3)最后形成该电路的网络表。
三、思考及练习
1、线段(line)和导线(wire)有什么区别?
2、怎样实现局部电路的整体移动?
3、元件被选中之后会呈整体黄色,如何去除?
4、网上下载二极管1N4148、三极管2N2222的datasheet,了解其使用方法和使用环境。
实验四绘制原理图
(2)
一、实验目的
1、熟悉绘制原理图工具;
2、掌握绘制原理图基本操作,进一步提高正确绘制原理图的能力。
二、实验内容与步骤
一种稳压电源电路如图1所示,对电路的说明如下。
图1稳压电源的原理图
1.直流稳压电源的作用及组成
电子设备都需要稳定的直流电源。
功率较小的直流电源大多数都是将50Hz的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。
整流电路用来将交流电压交换为单项脉动的直流电压;滤波电路用来滤除整流后单向脉冲电压中的交流成分,变成平滑的直流电压;稳压电路的作用是当输入交流电压波动时、负载和温度变化时,维持输出直流电压的稳定。
小功率直流电源有电压变压器、整流、滤波电路和稳压电路组成。
随着人们对电的要求水平的提高,对直流电源的主要要求是输入电压变化以及负载变化时,输出电压应保持稳定,即使直流的电压调整及输出电阻越小越好,同时也要求纹波电压要小。
2.电路工作原理
220v市电经变压器输出9v交流,经桥式整流,大电容滤波得到9v电压,再加一个0.1uf小电容滤除电源中的高频分量。
考虑到制作过程中电源空载使得电容放电,可在输出电容并上1KW大功率电阻,另外还要给7805供电来获得5v电压,万一输出短路,大电容会使稳压块由于反电流冲击而破坏,加一个二极管可使反向电流流向输入端,从而起到保护作用。
3.整流部分
此实验的整流部分主要采用桥式电路,即由四个二极管交叉而成。
但使用二极管时应注意以下问题:
1)最大整流电路If指二极管长期运行允许通过的最大正向平均电流。
若使用时超过此值,有可能烧坏二极管。
2)最高反向工作电压Urm指允许施加在二极管两端的最大方向电压通常为击穿电压的一半。
3)反向电流Ir指二极管未击穿时的反向电流值。
其值会随温度的升高而急剧增加,其值越小,二极管的单向导电性越好。
但是反向电流值会随温度的上升而显著增加。
4)最高工作频率fm指保证二极管单向导电时的最高导电频率。
当工作频率超过其限度时,二极管的单向导电性能就会变差。
桥式整流电路相当于理想二极管,即正偏时导通,电压降为零,相当于理想开关闭合;反偏时截止,电流为零,相当于理想开关断开。
整流电路包括单向半波整流电路和桥式整流电路。
半波整流电路结构简单,使用元件少,但整流效率低,输出电压脉动大。
因此,它只适用于要求不高的场合。
为了克服半波整流的缺点,常采用桥式整流电路。
4.滤波部分
整流电路将交流电变为脉动直流电,但其中含有大量的交流成分(称为纹波电压)。
为了获得平滑的直流电压,应在整流电路的后面加接滤波电路,以滤去交流部分。
此电路采用的是电容滤波电路,即在桥式整流电路输出端与负载之间并联一个大电容。
原理如下:
在整流电路采用电容滤波后使二极管得到的时间缩短,由于电容C充电的瞬时电流较大,形成了浪涌电流,容易损坏二极管,故在选择二极管时,必须留有足够的电流裕量,以免烧坏。
5.稳压部分
稳压器采用LM7805系列即输出电压值5伏,属于三段固定输出集成稳压,两边输入输出中间接地。
为了防止电流或电压过大用二极管并联稳压器,当电流、电压过大时二极管起到开关作用对其进行保护。
[练习1]试画出它的原理图。
[练习2]画好图后:
(1)请进行电气规则检查(选择Tools/ERC菜单)。
(2)请做元件表(选择Report/BillofMaterial或Edit/ExporttoSpread菜单)
(3)请做网络表(选择Design/CreateNetList)
三、思考及练习
1、上网下载1N4007的资料(datasheet),指出1N4007所能承受的最高电压、工作温度等环境要求。
2、上网下载LM7805的资料(datasheet),指出LM7805的使用方法。
并确定输入电压的范围,以及允许的最大电流是多少。
3、图1中,C1~C4、D5、D6的作用分别是什么?
实验五绘制原理图(3)
一、实验目的
1、熟悉画原理图工具;
2、掌握画原理图基本操作,绘制原理图。
二、实验内容与步骤
[练习1]试画出原理图(课本P96图2-96)。
[练习2]画好图后:
(1)请进行电气规则检查(选择Tools/ERC菜单)。
(2)请做元件表(选择Report/BillofMaterial或Edit/ExporttoSpread菜单)
(3)请做网络表(选择Design/CreateNetlist)
三、思考及练习
1、图2-96中,为什么同时需要两个VoltageRegulator?
7812和7805分别起什么作用?
2、U201(74LS05)共有多少个管脚?
含几组非门?
如何将这几组按照ABC…排列?
3、U202(DS75492)起什么作用?
其VCC和GND分别位于第几管脚?
4、试确定R201~R202的阻值范围。
5、复位电路中电容C105和电阻R101的大小如何确定?
6、存储器27256和6264是什么类型的存储器?
容量分别是多大?
7、74LS373起什么作用?
详述之。
8、AT89S51(8051结构)共有几种封装?
分别有多少个管脚(pin)?
分别用于什么场合?
9、8031如何选择27256和6264的工作状态?
实验六元器件图形符号的编辑
一、实验目的
1、练习利用元件库编辑器来生成元件;
2、练习DrawingTools工具栏的使用;
3、练习编辑和创建自己的元件库。
二、实验内容与步骤:
[练习1]试建立Ex1.lib元件库,并画出图1中所示元器件。
图1常用元器件图形符号
[练习2]在Ex1.lib中,按要求制作如图2所示集成芯片CD4060,注意编辑管脚属性(如表1所示)。
表1CD4060管脚说明
引脚编号
引脚名称
电气特性
显示状态
1
Q12
Output
显示
2
Q13
Output
显示
3
Q14
Output
显示
4
Q6
Output
显示
5
Q5
Output
显示
6
Q7
Output
显示
7
Q4
Output
显示
8
GND
Power
显示
9
CPO
Input
显示
10
CPO
Input
显示
11
CPI
Input
显示
12
R
Input
显示
13
Q9
Output
显示
14
Q8
Output
显示
15
Q10
Output
显示
16
VCC
Power
显示
[练习3]在Ex1.lib中,按要求制作如图3所示集成芯片SN75492,要求两管脚(GND)和(VSS)设置成隐藏。
三、思考及练习
1、查阅CD4001、CD4013、CD4069的资料,说明它们的功能。
2、CD4069是一个6输入反相器。
绘制电路图,放置CD4069时,如何将这6组区别开来?
相对应的,在设计元器件图形符号时,需要注意什么?
3、管脚的电气特性分别有几种?
分别代表什么意义?
相应的,在绘制原理图时,如果管脚的电气特性是Input,需要注意什么?
是其它类型的电气特性呢?
4、如何把管脚的显示属性设置成隐藏?
设置成隐藏以后,在绘制原理图时,隐藏管脚如何连接?
实验七绘制层次原理图
一、实验目的
1、继续熟悉画原理图基本操作,绘制原理图;
2、掌握层次原理图的绘制方法。
二、实验内容与步骤
[练习1]按照层次原理图的方式画出原理图(课本P96图2-96)。
分别包括以下几个部分:
CPU(包括复位电路和振荡电路)、电源部分、存储器部分、显示部分。
[练习2]画好图后:
(1)请进行电气规则检查(选择Tools/ERC菜单)。
(2)请做元件表(选择Report/BillofMaterial或Edit/ExporttoSpread菜单)。
(3)请做网络表(选择Design/CreateNetlist)。
三、思考及练习
1、本实验中,在进行电气规则检查、生成元件表、以及创建网络表时,与上机操作5有何区别?
实验八PCB设计基础——电子元件的封装
一、实验目的
1、熟悉Protel软件的PCB编辑环境;
2、了解PCB的类型;
3、认识PCB的工作层、导线、导孔、过孔、丝印等;
4、了解常用元器件的封装形式。
二、实验内容与步骤
[练习1]练习打开及关闭MainToolbar(主工具栏)、PlacementTool(放置工具栏)、ComponentPlacement(元件位置调整工具栏)、FindSelections(查找选择工具栏)。
[练习2]加载PCBFootprints.lib封装库,并从中选择电阻封装(AXIAL0.4),电容封装(RAD0.1和RB.2/.4),二极管封装(Diode0.4)、三极管封装(To-126、TO-3),连接器封装(SIP2),可变电阻封装(VR1),石英晶体封装(XTAL1),集成电路元件封装(DIP16),把这些封装放置到电路板图上。
[练习3]写出图1所示封装的名称(尺寸无所谓)及所在封装库的文件名。
[练习4]对前面上机操作3,4,5几个实验绘制的原理图添加元件封装
三、思考及练习
1、举出放置元件封装通常可以采用的几种方法。
2、不同的元件可以有相同的封装,同一个元件也可以有不同的封装。
试阐述你对元件封装概念的理解。
实验九PCB设计基础——PCB板规划及PCB编辑环境参数
一、实验目的
1、练习PCB板的规划;
2、PCB编辑环境参数的设置;
3、认识PCB板的层(layer)。
二、实验内容与步骤
[练习1]使用PCB创建向导规划如下形状的双面电路板(电路板尺寸、属性采用缺省值)
图1PCB板外形
[练习2]定义一块宽为1800mil,长为2000mil的单层电路板,要求在禁止布线层和机械层画出板子的电气边界和物理边界,在机械层标注尺寸。
[练习3]设置度量单位为公制,设置水平、垂直捕捉栅格和水平,垂直元件栅格依次为20mil,20mil,25mil,25mil,电器栅格为10mil。
设置旋转角度为30度,设置底层丝印层的颜色为100号色,设置尺寸线为“简单显示”,其余为“精细显示”,设置显示焊盘网络名称和焊点序号。
[练习4]设置只显示当前板层。
三、思考及练习
1、PCB板设计中,常用的板层有哪些?
试列举,并叙述其作用。
2、使用PCB创建向导规划电路板时,每一个步骤的意义。
3、考虑如何将PCB板设计成单层板(即顶层只放元件,不布线)。
实验十PCB布局布线及打印出图
一、实验目的
1、练习PCB中元件的布局方法和规则;
2、练习PCB中元件的布线(自动布线及手工布线);
3、PCB板的打印。
二、实验内容与步骤
1、稳压电路如图所示,试设计该电路的电路板。
设计要求:
(1)按电路图1画出原理图电路,元件参数见参数表图2。
设置好封装形式,创建网络表。
(2)设计电路板大小为50×30mm(机械层“宽×高”尺寸),使用单层电路板,在电路板中网络地(GND)的线宽选50mil,netj1-1与netj1-2线宽选50mil,电源网络(VCC)的线宽选40mil,其余线宽均采用15mil,见图3,最小安全间距为15mil。
(3)加载网络表,手动布局。
先自动布线,见自动布线参考电路板图4,再手工调整,见手工调整布线参考电路板图5。
(4)在电路板上铺铜,要求栅格为30mil,铜膜线宽度为8mil,铺铜层为底层,铺铜网线形式为45度,使用八角形状环绕焊盘。
(5)电路板设计完成后应进行DRC检测,并根据报告的错误提示进行调整,直到无错误为止。
表1元器件参数表
自动布线参考电路
手动调整后:
2.试打印PCB板(多层)。
3.试打印PCB板的顶层(Toplayer),要求带焊盘、过孔、元件轮廓。
4.试打印PCB板的丝印层及禁止布线层。
三、思考及练习
1、单面板中是否可以使用过孔?
2、在PCB设计中,电源线和接地线的宽度通常超过信号线,为什么?
。
3、在PCB设计中,必要时会放置大面积的覆铜走线,为什么?
实验十一双面PCB设计
一、实验目的
1、练习PCB中元件的布局方法和规则;
2、练习PCB中元件的布线;
二、实验内容与步骤
将课本图2-96(待编辑的电路图)设计成双面印刷电路板。
要求如下:
1、按电路图2-96画出原理图电路。
2、设置好封装形式。
总体上采用直插式封装,具体如下:
(1)IC采用相应的DIP封装;
(2)电阻采用AXAIL0.4,无极性电容采用RAD0.2,有极性电容采用RB.2/.4,二极管采用DIODE-0.4,发光二极管用RB.2/.4代替;
(3)其它的封装用以前实验中所用的型式;
3、创建网络表。
通过网络表检查判断原理图是否正确。
4、利用向导创建PCB并设置PCB设计环境。
双面电路板尺寸:
100mm×80mm(机械层4)。
5、加载网络表。
可适当修改封装。
6、手动布局。
将元件拖放到PCB板中,要求排列整齐,以走线方便为原则;原则上元件只放到顶层,但不禁止在底层放置元件;电源引入点靠PCB板边缘放置。
7、布线规则设置。
主要包括:
(1)安全间距不小于15mil;
(2)导线宽度:
与电源有关的导线参考值为40mil,地线参考值为50mil,其余线参考值为15mil,最大值和最小值根据参考值设定;
(3)其它设置默认即可。
8、自动布线。
9、手工调整布线。
需要调整的地方包括:
拐弯太多;局部区域走线太密;过孔太多等。
10、布线后的进一步处理。
(1)对所有焊盘和过孔补泪滴;
(2)在电路板上铺铜,要求栅格为30mil,铜膜线宽度为8mil,铺铜层为底层,铺铜网线形式为45度,使用八角形状环绕焊盘,连接到网络GND。
11、电路板设计完成后进行DRC检测,并根据报告的错误提示进行调整,直到无错误为止。
三、思考及练习
1、补泪滴的作用?
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