隨著電子工業(yè)日新月異的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的應(yīng)用已越來(lái)越普遍。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA(Eleetronic Design Automation)已成為不可逆轉(zhuǎn)的潮流。Protel就是一套建立在PC環(huán)境下的EDA開發(fā)工具。自1991年以來(lái)Protel已經(jīng)成為廣大電路設(shè)計(jì)人員的首選設(shè)計(jì)軟件。

Protel 99SE是Protel Technology公司于2000年推出的基于Windows平臺(tái)的第六代產(chǎn)品，其主要的功能模塊包括電路元件設(shè)計(jì)、電路原理圖設(shè)計(jì)、印制電路板設(shè)計(jì)、封裝元件設(shè)計(jì)、電路仿真等。本文主要闡述了Protel軟件在電子時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 Protel軟件的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其流程

Protel軟件具有強(qiáng)大的電路仿真能力，能實(shí)現(xiàn)模/數(shù)混合信號(hào)的仿真分析，能提供連續(xù)的模擬信號(hào)和離散的數(shù)字信號(hào)的仿真，并且可以分析電路各方面的性能，如電路的交直流特性、溫度漂移、噪聲、失真、容差、最壞情況等特性。Protel為每種分析類型都提供了一組設(shè)置參數(shù)，通過(guò)設(shè)置對(duì)話框可方便地設(shè)置所需的各種參數(shù)。Protel提供了20多個(gè)模擬和數(shù)字器件仿真元件庫(kù)，共包含6000多個(gè)常用元器件。同時(shí)，Protel提供了一個(gè)開放的庫(kù)維護(hù)環(huán)境，用戶可以方便地修改原有器件模型，也可以創(chuàng)建新器件模型。

1.1 電路設(shè)計(jì)及原理圖設(shè)計(jì)流程

電路設(shè)計(jì)是指實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)際的電子產(chǎn)品從構(gòu)思設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)到物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過(guò)程。原理圖設(shè)計(jì)主要是繪制一張正確和完美的電路原理圖，繪制電路原理圖是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。電路原理圖設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

圖1 電路原理圖設(shè)計(jì)流程圖

1.2 印制電路板設(shè)計(jì)及其流程

印制電路板設(shè)計(jì)是從電路原理圖變成一個(gè)具體產(chǎn)品的重要步驟，印制電路板與實(shí)際的產(chǎn)品直接相關(guān)。因此，印制電路板設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)中最重要和關(guān)鍵的一步。通常印制電路板的設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 印制電路板圖設(shè)計(jì)流程圖

2 Protel電路設(shè)計(jì)及其實(shí)例

下面主要是以單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)明Protel 99SE在電路設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。

2.1 電路原理圖設(shè)計(jì)

電路原理圖設(shè)計(jì)最基本的要求是正確性，其次是布局合理，最后再是正確性和在布局合理的前提下力求美觀性以及可讀性。

根據(jù)上述電路原理圖設(shè)計(jì)流程，單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

(1)設(shè)置原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境。設(shè)計(jì)環(huán)境是繪制原理圖的前期工作，在原理圖繪制之前，應(yīng)該把設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)置好。工作環(huán)境設(shè)置是使用菜單Design/Options和Tool/Preferences進(jìn)行，畫原理圖環(huán)境的設(shè)置主要包括圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格、模板設(shè)置等。

(2)放置元件。將電氣和電子元件放到圖紙上。一般情況下元件的原理圖符號(hào)在元件庫(kù)中都可以找到，只需要將元件庫(kù)中的元件從庫(kù)中取出，放置在圖上。由于元件種類繁多，分別放在不同的元件庫(kù)中，所以在使用過(guò)程之中，應(yīng)該了解各個(gè)元件庫(kù)中元件的類型。

(3)原理圖布線。元件一旦放置在原理圖之后，就需要用導(dǎo)線將元件連接起來(lái)，連接時(shí)一定要符合電氣規(guī)則。在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了使得圖形清晰，可以使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接。

(4)編輯與調(diào)整。編輯元件的屬性，這些屬性包括元件名、參數(shù)、封裝圖等。調(diào)整元件和導(dǎo)線的位置等操作。同時(shí)要在必要的地方加上電路的標(biāo)注以及說(shuō)明。

(5)檢查原理圖。使用Protel 99SE的電氣規(guī)則檢查功能，檢查原理圖的連接是否合理與正確，給出檢查報(bào)告。若有錯(cuò)誤就需要根據(jù)錯(cuò)誤情況進(jìn)行改正。

(6)生成網(wǎng)絡(luò)表。生成原理圖的網(wǎng)絡(luò)表，所謂網(wǎng)絡(luò)表就是元件名、元件封裝、參數(shù)及元件之間的連接表，通過(guò)該表可以確認(rèn)各個(gè)元件和它們之間的連接關(guān)系。

(7)打印輸出。打印輸出原理圖。

經(jīng)過(guò)以上步驟，即完成了單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)。單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路相對(duì)比較簡(jiǎn)單，其中包含單片機(jī)、單片機(jī)工作所需的晶振電路、上電自動(dòng)復(fù)位及手工復(fù)位電路、單片機(jī)工作所需要的電源電路以及編程接口等。繪制完成的單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

圖3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖

2.2 印制電路板設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)的最終目的是為了設(shè)計(jì)出電子產(chǎn)品，而電子產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)以及電路功能是通過(guò)印制電路板來(lái)實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)用Protel 99SE進(jìn)行印制電路板設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

(1)啟動(dòng)Protel 99SE，進(jìn)入印制電路板設(shè)計(jì)環(huán)境。

(2)電路板框架設(shè)計(jì)。印制電路板設(shè)計(jì)之前，首先對(duì)電路板有一個(gè)初步的規(guī)劃，如電路板的邊框尺寸，采用幾層電路板，是單面板還是雙面板，各元器件采用何種封裝形式及其安裝位置等。根據(jù)設(shè)計(jì)的電路在Keep Out Imyet繪制電路板的尺寸為寬7617mil，高4466mil。電路板定義為雙面板。電路板的尺寸是設(shè)計(jì)電路板首先需要考慮的因素，一般來(lái)說(shuō)電路板的外形尺寸與產(chǎn)品的外殼設(shè)計(jì)配套。在有可能的情況下長(zhǎng)寬的比例設(shè)計(jì)為4：3或者3：2。

(3)參數(shù)設(shè)置。主要設(shè)置元器件的布置參數(shù)、板層參數(shù)、布線參數(shù)等。一般某些參數(shù)可用其默認(rèn)值，參數(shù)設(shè)置是印制電路板設(shè)計(jì)中非常重要的步驟，執(zhí)行菜單命令Design/Rules，左鍵單擊Routing按鈕，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在規(guī)則類(RulesClasses)中設(shè)置參數(shù)。選擇Routing Imy-er。選擇Width Constraint，對(duì)地線線寬進(jìn)行設(shè)置：左鍵單擊Add按鈕，進(jìn)入線寬規(guī)則設(shè)置界面，首先在Rule Scope區(qū)域的Filter Kind選擇框中選擇Net，然后在Net下拉框中選擇GND，再在Rule Attributes區(qū)域?qū)inimum width、Maximum width和Preferred三個(gè)輸入框的線寬設(shè)置為50mil;電源線寬的設(shè)置在Net下拉框中選擇VCC，其他與地線線寬設(shè)置相同;整板線寬設(shè)置：在FilterKind選擇框中選擇Whole Board，然后將Minimum width、Maximum width和Preferred三個(gè)輸入框的線寬設(shè)置為20mil。

(4)調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表及添加元件封裝。網(wǎng)絡(luò)表是指導(dǎo)印制電路板自動(dòng)布線的規(guī)則，也是電路原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)與印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)的中間載體。對(duì)于裝入的每個(gè)元器件必須有正確的外形封裝，才能保證電路板布線的順利進(jìn)行。執(zhí)行菜單命令Design/Add/Remove Library，在“添加/刪除元件庫(kù)”對(duì)話框中選取所有元件所對(duì)應(yīng)的元件封裝庫(kù)，然后執(zhí)行菜單Design/Load Nets命令，然后在彈出的窗口中單擊“Browse”按鈕，再在彈出的窗口中選擇電路原理圖設(shè)計(jì)生成的網(wǎng)絡(luò)表文件(擴(kuò)展名為Net)，如果沒(méi)有錯(cuò)誤，單擊“Execute”按鈕。若出現(xiàn)錯(cuò)誤提示，需要更改錯(cuò)誤，直到所有錯(cuò)誤都修改正確。

(5)布置元件。Protel 99SE既可以對(duì)元器件進(jìn)行自動(dòng)布局，亦可讓用戶手工布局。布局是布線非常關(guān)鍵的一步，為了使布局更加合理、美觀，多數(shù)設(shè)計(jì)者都采用手工布局方式。有時(shí)候用戶在條件不太嚴(yán)格的情況下，為了提高布線效率，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)布局。

(6)自動(dòng)布線。Protel 99SE采用世界最先進(jìn)的無(wú)網(wǎng)絡(luò)、基于形狀的對(duì)角線自動(dòng)布線技術(shù)。執(zhí)行菜單命令A(yù)uto Routing/All，并在彈出的窗口中單擊Route all按鈕，程序即對(duì)印制電路板進(jìn)行自動(dòng)布線。只要設(shè)置有關(guān)參數(shù)得當(dāng)，元件布局合理，自動(dòng)布線的成功率幾乎是100%。

(7)手工調(diào)整。自動(dòng)布線結(jié)束后，可能存在一些令人不滿意的地方，可以手工調(diào)整，把電路板設(shè)計(jì)得盡善盡美。最后保存文件并打印輸出印制電路板(PCB)圖如圖4所示。

圖4 設(shè)置完成的電子時(shí)鐘PCB圖

Protel 99SE支持將所設(shè)計(jì)完成的PCB轉(zhuǎn)換為3D效果圖，以此來(lái)檢查電路板布局以及走線等各方面的情況。以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并做出相應(yīng)的修改。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板3D效果圖如圖5所示。

圖5 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板3D效果圖

經(jīng)過(guò)印制板加工企業(yè)的制作，最終完成的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板如圖6所示。

 圖6 制作完成的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板

3 結(jié)論

隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品的復(fù)雜度以及集成度都有了飛速的提升。在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，電路設(shè)計(jì)軟件的使用也越來(lái)越廣泛。Protel 99SE能夠提供從電路原理圖繪制、網(wǎng)絡(luò)表生成以及電路板設(shè)計(jì)的完整過(guò)程，憑借其強(qiáng)大的功能，極大地提高了產(chǎn)品的可靠性，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本，是當(dāng)今最為流行的計(jì)算機(jī)輔助電子電路設(shè)計(jì)軟件，今后很長(zhǎng)一段時(shí)間仍將如此。