第2章 电路板制作基础

使用Protel DXP的目的不单是设计出供人看的电路原理图，更重要的是，使用Protel DXP可以设计出能供工厂实际加工的印制电路板（PCB），这也是使用Protel DXP进行电路系统设计的最终目的。有了PCB，众多的电子元器件才有了“立足之地”，而各个电子元器件之间复杂的电气连接，也是通过PCB上印制的线路来实现的。所以，PCB设计具有极其重要的作用。然而，任何电路的PCB设计都是从一个个最基本的电子元器件的编辑开始的，只要掌握了元器件的编辑方法，PCB的设计就很容易实现了。

本章知识要点：

● Protel DXP元件初识

● 原理图元件的放置与编辑

● 非电气绘图工具的使用

● 印制电路板（PCB）元件的放置与编辑

● 常用元件与封装一览表

2.1 Protel DXP元件初识

元件是构成电路的基本单元，使用Protel DXP设计电路原理图和印制电路板，都离不开元件的编辑。所以，熟练应用Protel DXP进行电路设计的首要条件是正确认识元器件，而在实际电路设计中，最重要的就是认识元器件的原理图符号和封装符号。

1.元件的原理图符号

元件的原理图符号主要在绘制电路原理图时使用，其意义是代表二维空间内元器件引脚的电气分布关系。具体地说，就是表明该元件和电路其他元件的电气连接关系是通过哪个引脚实现的。同一元器件的原理图符号可以不同，但必须保证原理图符号所包含的引脚间的电气分布关系是正确的。例如，图2-1所示即为电阻的两种原理图符号。

2.元件的封装符号

元件的封装符号主要在设计印制电路板时使用，其目的是为元件在印制电路板上预留适当的焊盘，使元件可以焊接固定并和其他元件建立电气连接关系。

电子元件封装的基本意义是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和散热等作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。因为元件最终要焊接在印制电路板（PCB）上才能使用，在印制电路板中，元件的封装符号通常表现为一组焊盘、丝印层上的边框和元件的说明文字。焊盘是封装中最重要的组成部分，通过焊接的方法固定元件的引脚。所以元件的封装符号（实际上是焊盘的排列与间距，见图2-2）必须和元件的实际形状与尺寸一致，否则将导致电子元件无法在印制电路板上安装。简言之，元件的封装符号就是表示实际元件在电路板上的形状、位置和尺寸的符号，即元件的实际大小。图2-2为几种电容器的封装符号。

注意：在Protel DXP软件中，元件的封装主要是指元件的实际尺寸，所以应用时只要尺寸相同的元件完全可以用同一个元件的封装，而不管其原理图符号是否相同。例如，图2-3所示的电容与晶振两个元件的原理图符号不同，但由于11.059 2MHz晶振两引脚间距（5.08mm）与某一型号的电容引脚间距相同，所以该晶振的封装符号也可以使用与之对应的电容的封装符号。

3.常用元件及其封装一览表

初学者往往对元件的封装及其相应尺寸不够熟悉，在设计印制电路板时往往不知道如何指定元件的封装，担心指定的封装不能使元件恰好安装上去。为使大家能够对常用元件及其封装有一个更清晰的认识，以便于完成后续电路原理图和印制电路板的设计，现将常用元件及其封装列于表2-1中。

在创建了项目文档和原理图文档并对运行参数设置后，就要在图纸上放置元件。实践表明，能否快速找到所需元器件的原理图符号并将其合理地放置，是决定电路图绘制效率和质量的重要因素，也是初学者必须掌握的重要技能。下面介绍如何对电路元件进行放置和编辑。

2.2 原理图元件的放置与编辑

利用Protel DXP设计电路图所用的绝大多数常用元件都在其自带的元件库中，要使用这些元件，必须先将其所在的元件库加载到系统。

2.2.1 实例2：元件库的加载与移除

1.实例要求

掌握常用的元件库加载方法。本例要求加载三个元件库。

① Miscellaneous Devices：包含电容、电阻、二极管、三极管、变压器等常用电子元件。

② Miscellaneous Connectors：包含单排插头、双排插头、RS-232接口等电气连接元件。

③ Philips Microcontroller 8-Bit：包含Philip公司生产的各种类型8位单片机。

2.边学边用

（1）创建工作环境

元件库的加载必须在一定的工作环境中才能进行，这个环境需要建立一个项目并创建相应的电路原理图文档。

① 新建项目。

选择菜单命令【File】→【New】→【PCB Project】，创建一个空白项目文件“PCB_Project1.PrjPCB”，将其保存并命名为“Place_Part.PrjPCB”。

② 新建原理图文档。

创建一个原理图文档并将其命名为“sheet1.SchDoc”后保存，图纸尺寸采用默认。

（2）打开元件库管理浏览器

由于Protel DXP支持众多厂商的数万种元器件，这些元器件按照生产厂商和类别分别保存在不同的元器件库内。因此，在使用某种元器件时，必须先加载该元器件所在的库文件。所以还需要知道元件符号在哪一个元件库中，并装载该元件库，这需要借助于元件库管理浏览器。

有三种方法可以打开元件库管理浏览器：

① 执行菜单命令【Design】→【Browse Library】，如图2-4（a）所示；

② 执行选择屏幕右下角工作区面板的【System】→【Libraries】命令，如图2-4（b）所示；

③ 直接单击工具栏的浏览元件库按钮。

打开后的元件管理浏览器如图2-5所示，可以看到元件管理浏览器分为以下几个部分。

● ：该按钮提供挂卸元件库的功能。在添加某元件之前，必须确定该元件库已经被挂上系统。至于如何挂卸元件库，稍后再作介绍。

● ：该按钮提供搜索元件的功能。

● ：该按钮提供放置元件的功能。在下面的元件组合列表框里，选中要用的元件，则该元件的名称将出现在本按钮上；单击本按钮后，该元件将出现在光标上，随光标而移动，直到移动到原理图的适当位置后，单击鼠标左键，即可将元件放置于该处。

● Components：该单选项的功能是将元件库管理浏览器切换为元件原理图的管理选项卡，以进行元件原理图符号的选取操作。在绘制电路原理图时，通常选取本选项。

● Footprints：该单选项的功能是将元件库管理浏览器切换为元件封装图的管理选项卡，以进行元件封装符号的选取操作。在绘制印制电路板（PCB）时，通常选取本选项。

● Models：该复选项的功能为是否显示元件的封装，若选中则显示元件的封装，若不选则不显示元件的封装。通常选中该复选框，使用户在选择元件时，可以同时了解其封装。

● 元件库下拉列表框：其功能是列出已经挂到系统的元件库，当通过其右端的下拉箭头选中某一元件库时，该元件库的元件名称及原理图符号、封装符号将分别显示在下面的元件组合列表框、元件图符号预览区域和元件封装图符号预览区域。

● 元件属性说明列表框：其功能是说明所选元件的封装名称、信号分析模型和电路仿真模型。

图2-5表明，Protel DXP把元件的原理图符号和封装符号集成在一起，这也是Protel DXP与Protel 99 SE最大的区别之一。这种人性化设计为电路系统的设计带来了极大方便。

（3）加载/移除元件库

有两种方法可以实现元件库的加载或移除：

① 单击元件库管理浏览器面板（图2-5左上端）中的按钮，弹出如图2-6所示的【Available Libraries】（可用元件库）对话框；

② 执行菜单命令【Design】→【Add/Remove Library…】，同样可弹出如图2-6所示的【Available Libraries】（可用元件库）对话框。

打开【Available Libraries】对话框后，单击该对话框下的（安装）按钮，弹出如图2-7所示的“打开”对话框。

Protel DXP所提供的元件库在软件安装目录下的“Altium 2004\Library”文件夹里，进入要添加库的子目录，找到要添加的元件库后，双击即可将该元件库加载到系统。

本例所用的元件序号、元件描述、元件库名、元件参数和封装名列于表2-2。根据表2-2，本例需要加载三个元件库“Miscellaneous Devices”、“Miscellaneous Connectors”和“Philips Microcontroller 8-Bit”，这三个元件库的添加方法如下。

● “Miscellaneous Devices”的添加：在“Library”文件夹下直接找到库文件“Miscellaneous Devices”后双击。

● “Miscellaneous Connectors”的添加：在“Library”文件夹下直接找到库文件“Miscellaneous Connectors”后双击。

● “Philips Microcontroller 8-Bit”的添加：在“Library\Philips”文件夹下直接找到库文件“Philips Microcontroller 8-Bit”后双击。

加载完毕后，单击图2-6所示对话框右下端的（关闭）按钮，即可完成所需元件库的加载。此时，单击“元件库下拉列表框”右端的下拉箭头，可看到刚才加载的三个元件库，如图2-8所示。

如果不需要某一元件库，在图2-6所示的【Available Libraries】对话框中选中该元件库后，单击该对话框下的（卸载）按钮，即可将该元件库从系统中卸载。

2.2.2 实例3：元件的放置、移动和属性编辑

绘制原理图时的主要工作之一就是放置所需的元件符号并将其移动到适当位置和进行属性编辑。

1.实例要求

掌握表2-2所列常用元件的放置与编辑方法。

2.放置效果

本例要求将一个由单片机控制的简易音乐播放电路所用元件放置到图纸上，并编辑这些元件的属性。各元件的放置效果见图2-9。

3.边学边用

元件库加载完毕后，即可在原理图工作环境中放置和编辑元件。下面先以一个电阻元件为例，来说明一般元件的放置与编辑方法。

（1）元件的放置与属性设置

在图2-5所示窗口的“元件库下拉列表框”中用鼠标左键单击“Miscellaneous Devices”元件库名，则该库内的所有元件都将出现在元件组合列表框中。因为元件较多，为快速查找到要添加的电阻元件，可在“筛选下拉列表框”输入电阻的描述“Res2”，则在“元件组合列表框”、“元件原理图符号预览区”、“元件属性说明列表框”和“元件封装符号预览区”分别出现电阻元件的元件描述、原理图符号、属性说明及封装符号，如图2-10所示。

找到电阻元件后，先选中该元件名，再单击图2-10右上角的按钮，或直接用鼠标左键双击电阻的元件名“Res2”，即可看到一个浮动的电阻随着光标一起移动。当元件处于浮动状态时，可对元件作如下编辑。

① 旋转。

● 每按一次“Space”键，元件逆时针旋转90°。

● 每按一次“X”键，元件左、右对调。

● 每按一次“Y”键，元件上、下对调。

② 属性设置。

按“Tab”键可弹出如图2-11所示的元件属性设置对话框。然后根据图2-11的提示，分别将电阻元件的序号、参数、放置角度和封装设置为R1、10k、0 Degrees和AXIAL-0.4。设置完毕后单击【OK】按钮关闭元件属性设置对话框。

③ 移动。

处于浮动状态的元件可随着光标一起移动，此时，移动鼠标将元件移到原理图上的适当位置后，单击左键，即可将元件定位到原理图上。

电阻R1放置好后，可用同样的方法放置电阻R2，其放置的大致位置和属性设置可参考图2-9与表2-2。

（2）其他元件的放置与编辑

① 晶振的放置与编辑。

需特别说明的是晶振的放置。在我国市场上，常配合单片机使用的11.0592 MHz晶振的两个引脚间距为5.08mm，而Protel DXP默认的晶振封装“BCY-W2/D3.1”的焊盘间距为3.1mm，显然是不能满足元件的安装要求的。由表2-1可知，无极性电容元件的封装“RAD-0.2”的焊盘间距为5.08mm，所以该晶振的封装可以采用电容的封装“RAD-0.2”。其设置方法如下：

先在图2-5所示的元件库浏览管理器的筛选下拉列表框中输入“XTAL”并选中晶振元件后，打开其属性设置对话框，如图2-12所示。可以看到系统默认的晶振封装为“BCY-W2/D3.1”，为重新设置其封装，可单击该封装下端的按钮，此时系统弹出如

图2-13所示的添加新模型对话框；选中“Footprint”（封装）后，单击【OK】按钮，则系统弹出图2-14所示的印制电路板（PCB）封装对话框，单击“Footprint Model”框内的按钮可以打开图2-15所示的浏览元件库对话框，按照图示方法选中封装“RAD-0.2”后，连续单击各个对话框的【OK】按钮即可完成元件封装的重新设置。

② 其他元件的放置与编辑。

按照相同的方法添加无极性电容、电解电容、三极管、蜂鸣器、单片机和连接器。各元件的属性和放置大体位置参见表2-2和图2-9。

（3）元件的位置调整

每个元件最初都是大体放置的，在绘制原理图时，需要用导线对各元件建立电气连接。为了使所绘制的原理图清晰、美观，必须对元件的位置进行调整。

① 元件的移动。

在Protel DXP中，元件的移动可通过相应的菜单命令完成。当选中元件后，执行菜单命令【Edit】→【Move】，系统弹出图2-16所示下拉菜单。

除了使用菜单命令移动元件外，实际绘图中最常用的方法是直接使用鼠标移动元件。

● 移动单个未选中元件：将光标指向需要移动的元件，按下鼠标左键不放，此时光标会自动滑到元件的电气节点上。拖动鼠标，元件随之一起移动，到达合适的位置后，释放鼠标左键，元件即被移动到当前位置。

● 移动单个选中元件：当元件处于选中状态时，将鼠标放到元件上，则鼠标变成“十”字光标，按下鼠标左键不放，即可将元件拖动到指定位置。

● 移动多个元件：要移动多个元件，首先应将这些元件全部选中，然后在其中任意一个元件上按下鼠标左键并拖动，到适当位置后，松开左键即可将所选中的元件移动到当前位置。

② 元件的旋转。

● 单个元件的旋转：用鼠标左键单击元件并按住不放，此时，按下“Space”、“X”和“Y”键可实现元件的旋转，各键的旋转功能同前。

● 多个元件的旋转：用鼠标将多个元件选中后，用鼠标左键单击其中任意一个元件并按住不放，再按下“Space”、“X”和“Y”键可将选中元件旋转。

（4）元件的属性修改

当对已放置的元件进行属性修改时，可采用三种方法：

① 直接用鼠标左键双击元件，在弹出的元件属性对话框内修改；

② 先用鼠标右键单击元件，在弹出的菜单项中选择“Properties”（属性），再在弹出的元件属性对话框内修改；

③ 直接双击元件要修改的属性。例如，要将图2-9中的电阻R1的参数“10k”修改为“4.7k”，可用鼠标直接双击参数“10k”，系统弹出图2-17所示的【Parameter Properties】（参数属性）对话框，在“Value”下的框内直接输入“4.7k”即可。

（5）撤销元件的选择

要撤销元件的选择，可采用两种常用方法：

① 用鼠标左键单击原理图的空白处；

② 执行菜单命令【Edit】→【DeSelect】→【All】，即撤销所有元件的选择。

2.2.3 实例4：元件的复制、粘贴、排列和删除

在使用Protel DXP绘制原理图时还要经常用到元件的复制、粘贴和删除。

1.实例要求

掌握元件的复制、粘贴、排列和删除等常用编辑方法。

2.边学边用

下面以图2-18中的二极管为例，说明元件的复制、粘贴、排列和删除方法。

（1）元件的复制

首先选中二极管，再执行菜单命令【Edit】→【Copy】，鼠标将变成“十”字出现在工作窗口中。移动鼠标到选中的二极管上，单击鼠标左键，即可完成所选元件的复制。此时，复制的内容保存在Windows的剪贴板中。

（2）元件的粘贴

在对元件复制的操作完成之后，可以执行粘贴操作。执行菜单命令【Edit】→【Paste】，鼠标将变成“十”字并附带着复制的对象，将其移动到适当位置，单击左键，即可将复制的元件放到原理图上，完成粘贴过程。按【Ctrl+V】快捷键可同样完成粘贴操作。

当粘贴第一个元件后，如果继续执行菜单命令【Edit】→【Paste】，或按【Ctrl+V】快捷键，仍可继续进行元件的粘贴。本例对二极管的粘贴效果如图2-19（a）所示。

（3）元件的排列

当图纸上有较多元件时，常需要对元件进行各种排列操作。

① 左对齐。

首先用鼠标框选的方法，或先按住“Shift”键再用左键依次单击各个二极管，使图2-19

（a）中的4个二极管均处于选中状态。然后，执行菜单命令【Edit】→【Align】→【Align Left】（编辑→对齐→左对齐），即可出现图2-19（b）所示的二极管对齐效果。

② 元件垂直均匀分布。

首先选中图2-19（b）所示的4个二极管，然后执行菜单命令【Edit】→【Align】→【Distribute Vertically】（编辑→对齐→垂直均布），即可出现图2-19（c）所示的垂直均布效果。

其他排列效果与此类似，读者可自行练习。

（4）元件的删除

当图纸中的某个元件不需要时，可采用如下方法进行删除。

① 单个元件的删除。

首先用鼠标单击元件，当元件周围出现图2-20所示的4个小方块后，按“Delete”键可将其删除；或执行菜单命令【Edit】→【Delete】，也可将元件删除。

② 多个元件的删除。

首先用鼠标选中待删除的多个元件，然后按“Delete”键，将其删除；或执行菜单命令【Edit】→【Delete】，将其删除。

2.2.4 实例5：元件库浏览器的切换

Protel DXP的元件库管理浏览器有3个单选项，其中Components元件原理图的管理选项卡模式和Footprints元件封装图的管理选项卡模式是常用选项。

1.实例要求

掌握元件库管理浏览器中元件原理图和元件封装管理模式的切换方法。

2.边学边用

（1）打开元件库管理浏览器

① 执行菜单命令【Design】→【Browse Library】，如图2-4（a）所示；

② 执行屏幕右下角工作区面板的【System】→【Libraries】命令，如图2-4（b）所示；

③ 直接单击工具栏中的浏览元件库按钮。

以上三种方法都可以打开元件库管理浏览器，如图2-21所示。

（2）元件库管理浏览器的模式切换

直接单击元件库管理浏览器窗口[图2-21（a）]中的按钮，将弹出如图2-22所示窗口，在此窗口可以查看当前的元件库管理浏览器模式或切换选项卡。

在元件库管理浏览器窗口[图2-21（b）]中直接单击“Components”或“Footprints”，可在元件原理图和元件封装的管理模式中切换。

2.3 PCB文件的编辑

在Protel DXP电路设计过程中原理图的电气连接更为直接，但PCB图才是电路设计的最终目的。

2.3.1 实例6：PCB文件的创建与移除

1.实例要求

掌握PCB文件的创建与移除。

2.边学边用

（1）创建PCB文件

① 执行菜单命令【File】→【New】→【PCB】，如图2-23（a）所示；

② 选择工作区面板底部的“Files”标签，在打开目录中的“New from template”单元，单击“PCB Board Wizard”，通过PCB向导创建PCB文件，如图2-23（b）所示。

（2）移除PCB文件

① 选择PCB文件。在Projects项目标签目录下，选择要移除的PCB文件。

② 删除PCB文件。如图2-24所示执行命令【Remove from Project】，在弹出的如图2-25所示窗口中单击【Yes】按钮，将指定PCB文件从当前工程项目列表中删除，如图2-26所示，关闭文件后将不再显示。

2.3.2 实例7：简单的PCB设计

1.实例要求

通过简单实例演示PCB图的设计流程。

2.边学边用

（1）创建工作环境

创建一个空白项目文件“PCB_Test.PrjPCB”，然后执行菜单命令【File】→【New】→【Schematic】和【File】→【New】→【PCB】，创建一个原理图文档和一个PCB图文档，并将其分别命名为“Sheet1.SchDoc”和“PCB1.PcbDoc”后保存。

执行菜单命令【Design】→【Document Options】，如图2-27所示，弹出如图2-28所示“Document Options”对话框，根据对话框的列举项目，用户可以修改原理图文档的相应参数，如设置网格大小、图纸大小等。

（2）生成原理图

① 执行菜单命令【Design】→【Browse Library】；

② 执行屏幕右下角工作区面板的【System】→【Libraries】命令；

③ 直接单击工具栏中的浏览元件库按钮。

打开元件库管理浏览器后，放置元件并编辑元件属性，图2-29是绘制完成后的电路原理图。

（3）生成网络表文件

原理图绘制完成后，在进行PCB设计之前，应先执行菜单命令【Reports】→【Report Single Pin Nets】对原理图进行电气检查，生成相应的检查结果文件“PCB_Test.REP”，如图2-30（a）、（b）所示。检查无误后，在原理图界面下执行命令【Design】→【Netlist For Project】→【Protel】生成相应的网络表，如图2-31所示。

（4）PCB文件设计

生成原理图网络表后，执行菜单命令【Design】→【Import Changes From PCB_Test.PrjPCB】，在弹出的“Engineering Change Order”窗口中先后执行命令【Validate Changes】和【Execute Changes】，导入元件。具体的操作如图2-32所示。

元件导入后，先后执行菜单命令【Tools】→【Component Placemen】和【Auto Route】→【All】，对其进行自动布局和自动布线操作，图2-33是最终的PCB布线图。

2.4 思考与练习

1.Protel DXP是如何放置元件的？怎样移动元件呢？动手设置一下原理图元件的属性。

2.动手试一试对元件进行选择、复制、粘贴和删除操作，看看有什么样的体会。

3.参照书中的介绍对三极管进行封装，并练习放置和编辑。

4.参照书中的讲解对数码管进行封装。