基于PROTEUS軟件的數(shù)字電壓表印刷電路板設(shè)計(jì)
摘要： PROTEUS7.5嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺(tái)主要包括強(qiáng)大的ISIS原理布圖工具、PROSPICE混合模型SPICE仿真,、以及ARES PCB設(shè)計(jì)等三個(gè)功能模塊,。其中ARES(Advanced RouTIng and EditingSoftware)是用于PCB設(shè)計(jì)的后端工具模塊，它與ISIS．EXE相結(jié)合,，可以將設(shè)計(jì)調(diào)試好的原理圖電路方便地變成印刷電路板版圖,，其設(shè)計(jì)結(jié)果可以生成光繪機(jī)需要的Gerber恪式版圖設(shè)計(jì)文件。
Abstract：
Key words :
PROTEUS7.5嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺(tái)主要包括強(qiáng)大的ISIS原理布圖工具,、PROSPICE混合模型SPICE仿真,、以及ARES PCB設(shè)計(jì)等三個(gè)功能模塊。其中ARES(Advanced RouTIng and EditingSoftware)是用于PCB設(shè)計(jì)的后端工具模塊,，它與ISIS．EXE相結(jié)合,，可以將設(shè)計(jì)調(diào)試好的原理圖電路方便地變成印刷電路板版圖，其設(shè)計(jì)結(jié)果可以生成光繪機(jī)需要的Gerber恪式版圖設(shè)計(jì)文件,。
與其它同類的Layout設(shè)計(jì)工具相比較,，該工具最具特色的功能：一是在PROTEUS 7.5版本中提供了基于形狀的布線器，且具有四種操作模式,。其高效的撤銷和重新自動(dòng)布線功能可快速布置出符合用戶要求且較完美的板圖,，從而為用戶節(jié)省大量時(shí)間：二是PROTEUS 7.5中擁有2000多種IPC7351標(biāo)準(zhǔn)的PCB封裝，同時(shí)在最大規(guī)格為20米的板內(nèi),，布置分辨率為10納米,，元件以及其他器件能夠以0.1度旋轉(zhuǎn)；三是能夠?yàn)榇蛴C(jī),、繪圖儀,、貼片儀等設(shè)計(jì)多種格式的輸出文件，包括GERBER格式和智能水平最高的ODB++格式,。
1 用 PROTEUS設(shè)計(jì)PCB的一般步驟
在PROTEUS中,，由于有前端的ISIS原理布圖工具和PROSPICE混合模型SPICE仿真工具的支持，故其可以真正實(shí)現(xiàn)從原理圖布局到實(shí)時(shí)仿真,、調(diào)試,，再到PCB的一體化設(shè)計(jì)，十分方便和快捷，其設(shè)計(jì)流程圖和圖1所示,。圖中,，PCB設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段主要完成原理圖的繪制和對(duì)電路的仿真驗(yàn)證與測(cè)試。在網(wǎng)表文件加載后,，還需對(duì)PCB板的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,，包括層數(shù)、線距,、線寬等,。檢錯(cuò)環(huán)節(jié)提供有CRC和 DRC兩種檢錯(cuò)方式，并結(jié)合3D效果圖和鉆孔圖等逐層檢測(cè)工具,，可以完全達(dá)到檢錯(cuò)目的,。
2 PCB板圖設(shè)計(jì)
本文以數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行印刷電路板的設(shè)計(jì),，介紹使用PROTEUS來設(shè)計(jì)其印刷電路板的一般設(shè)計(jì)步驟與注意事項(xiàng),。
2.1 繪制原理圖
首先，可利用 PROTEUS7.5的ISIS原理圖布圖工具繪制出如圖2所示的電路圖,。此圖的主要功能是完成數(shù)字電壓表的顯示,。包括晶振電路、復(fù)位電路,、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和四位數(shù)碼管電壓顯示電路等,。對(duì)于少數(shù)布圖工具中沒有的原理圖，應(yīng)在ISIS環(huán)境下進(jìn)行手工繪制,，其方法與封裝的畫法基本相同,。
2.2 PROTEUS文件導(dǎo)入(網(wǎng)表輸入)
導(dǎo)入文件前，首先需在PROTEUS ISIS環(huán)境中確定原理圖中每個(gè)器件的封裝形式,，方法是右擊元器件，在彈出的下拉菜單中點(diǎn)擊“Edit Properties”對(duì)話框,，然后在圖3所示的彈出框中單擊圖3中所示的“?”,，然后再進(jìn)入“Pick Packages”圖4所示的對(duì)話框，以修改或選擇適合自己設(shè)計(jì)的封裝,。也可在圖3對(duì)話框的下方打勾選選項(xiàng),，以對(duì)元器件的封裝信息等進(jìn)行文本輸入。
對(duì)于封裝庫中沒有的封裝或不適合自己設(shè)計(jì)的封裝,，可在ARES環(huán)境下進(jìn)行手工繪制,。如圖2所示電路中的四位數(shù)碼管，只要點(diǎn)擊右上角的圖標(biāo),，即可進(jìn)入ARES操作環(huán)境,。其繪制方法如下：
(1)放置焊盤
(2)分配引腳標(biāo)號(hào)
在焊盤放置完畢后，應(yīng)對(duì)焊盤每個(gè)引腳進(jìn)行標(biāo)號(hào)。方法是右擊各個(gè)焊盤,，在彈出的菜單中根據(jù)原理圖填寫引腳標(biāo)號(hào),，填好后應(yīng)和原理圖一一對(duì)應(yīng)，否則,，在編譯網(wǎng)表文件時(shí)將無法加載,。
(3) 添加元件外邊框
利用2D畫圖工具中的圖標(biāo)，并根據(jù)四位數(shù)碼管的實(shí)際大小加一個(gè)外邊框,，如此便完成了四位數(shù)碼管封裝的設(shè)計(jì),。其圖形如圖8所示。
(4)封裝保存
在工作界面用右鍵拖動(dòng)選擇整個(gè)封裝,，執(zhí)行 Library->Make Package命令,，并在彈出保存對(duì)話框填寫圖9所示信息。其中“New Package Name” 為新封裝名稱,；“Package Category”為封裝類別,；“Package Typ”為封裝類型；“PackageSub-Category”為封裝子類別,，最后單擊OK,，這樣，就把此四位數(shù)碼管封裝保存到了USERPKG(用戶自建封裝庫)庫中,。
加載好所有元件的封裝后,，到 Tools->NetlistCompilier，打開Netlist Compiler設(shè)置對(duì)話框,，保持默認(rèn)設(shè)置并保存,，然后單擊CLOSE，即可生成網(wǎng)表文件,。其次選擇工具菜單欄的“Tools”項(xiàng),，在彈出的下拉菜單中點(diǎn)擊“Neflist to ARES”，便可進(jìn)入ARES工作界面,。
2.3 印制電路板布局與調(diào)整
在PCB輪廓線內(nèi)放置元件封裝時(shí),，哪些元件應(yīng)該彼此相鄰、哪些元件應(yīng)該放置得相對(duì)遠(yuǎn)一些,，元件與元件之間的距離保持多大等等,，都屬于印刷板的布局問題。布局是否達(dá)到最佳狀態(tài),，直接關(guān)系到印刷板整體的電磁兼容性能和造價(jià),，最佳布局會(huì)使接下來的布局線更為容易和有效。
使用自動(dòng)布局(Auto Placer),，首先應(yīng)保證電路板具有邊界,?？牲c(diǎn)擊左側(cè)工具箱中的“2DGraphics Box Mode”按鈕，從窗口的左下角下拉列表框“Board Edge”中選擇Board Edge,，然后在工作窗口中畫一個(gè)適合自己PCB板的矩形(此矩形大小可二次調(diào)整),，邊框大小可利用左邊的測(cè)量按鈕進(jìn)行測(cè)量。其次選擇工具菜單欄的 “Tools”項(xiàng),，點(diǎn)擊“Auto Placer”菜單項(xiàng),，并在彈出的窗口中設(shè)置好相關(guān)屬性后，點(diǎn)OK按鈕,。其效果圖如圖10所示,。
若使用手動(dòng)調(diào)整(Density Bar)則可在自動(dòng)布局完畢后，單擊左側(cè)工具欄的光標(biāo)按鈕,，此后即可移動(dòng)元件,，使其達(dá)到一定的布局要求。
2.4 電路板的布線與調(diào)整
(1) 參數(shù)設(shè)置
在布局完成后,，可以先布一些特殊的線,，如電源線、地線,、在PCB板角上作定位孔等,。也可以在布線完成后進(jìn)行這些工作。在布線之前,，需對(duì)電路板的相關(guān)參數(shù)和層數(shù)進(jìn)行設(shè)置,。可以執(zhí)行Tools->Design Rule Manager命令,，并在彈出的對(duì)話框中進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置,，具體如圖11所示。另外,，勾選“”可對(duì)制版過程中的DRC錯(cuò)誤(DRC是一種側(cè)重于物理錯(cuò)誤設(shè)計(jì)規(guī)則檢查)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),，以方便制版。而單擊“”按鈕則可在彈出的窗口中對(duì)面板層數(shù),、過孔類型,、線距類型等進(jìn)行設(shè)置，基層數(shù)設(shè)定如圖12所示,。
PROTEUS的自動(dòng)布線功能極其強(qiáng)大，尤其在PROTEUS 7.3以上版本中,，由于其改變了老版本中基于網(wǎng)格的布線器,，而變?yōu)榛趲缀涡螤畹牟季€器。其此布線算法和新的減少?zèng)_突的方法相結(jié)合,，使得布通率和布線效率大為提高,，因而在各種PCB設(shè)計(jì)工具中極具特色。ARES擁有完全自動(dòng)布線，腳本化布線,，交互布線和運(yùn)行外部ELEC-TRA四種操作模式,。
(3) 手工調(diào)整
在進(jìn)行手工調(diào)整前，可單擊圖示按鈕
,，然后沿飛線提示開始布線,。同時(shí)在適當(dāng)位置雙擊可添加過孔，到達(dá)目標(biāo)引腳后單擊即可完成手工布線,。修改時(shí),，右擊導(dǎo)線，便可出現(xiàn)一些快捷方式,，因而十分方便操作,。
,，然后沿飛線提示開始布線,。同時(shí)在適當(dāng)位置雙擊可添加過孔，到達(dá)目標(biāo)引腳后單擊即可完成手工布線,。修改時(shí),，右擊導(dǎo)線，便可出現(xiàn)一些快捷方式,，因而十分方便操作,。
(4)CRC規(guī)則檢查
選擇Tools菜單項(xiàng)后，單擊 ConnecTIvityChecker子菜單,，系統(tǒng)便開始對(duì)PCB板的連通性錯(cuò)誤進(jìn)行檢查,。若界面右下角出現(xiàn)“0 CRC violations found．，則”說明無錯(cuò)誤,。但若出現(xiàn)如“1CRC violations found．”所示界面并彈出Errors窗口,，則說明有飛線，此時(shí)則需手動(dòng)修改,。
2.5 添加焊盤及3D預(yù)覽
一般 PCB在送去加工前,，應(yīng)首先通過執(zhí)行Output->3D Visualization對(duì)PCB進(jìn)行整體預(yù)覽，如圖13所示,。當(dāng)然,，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，也可以隨時(shí)打開3D窗口,，以對(duì)電路板設(shè)計(jì)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察,，從而保證對(duì)所設(shè)計(jì)的電路板有個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，也可對(duì)電路中元件布局及時(shí)進(jìn)行調(diào)整,。使PCB設(shè)計(jì)盡可能達(dá)到比較完美的布局,、布線效果。
2.6 文件保存與輸出
完成必要的設(shè)計(jì)整理工作后,?？蓤?zhí)行 Output->Set Output Area選項(xiàng)選定輸出區(qū)域。然后單擊“Output”菜單,，就可輸出不同格式和用途的設(shè)計(jì)文件,。根據(jù)實(shí)際情況，選擇輸出文件類型,。
3 注意事項(xiàng)
用PROTEUS7.5制作印制電路板的注意事項(xiàng)如下：
(1)在元器件的布局方面,，應(yīng)該把相互有關(guān)的元件盡量放得近一些,，電源線、地線的布置應(yīng)根據(jù)電流大小適當(dāng)加粗,，信號(hào)線較之略細(xì)一些,。頂層、底層的走線方向應(yīng)垂直走線,，以方便檢錯(cuò),；
(2)雖然 PROTEUS7.5提供了自動(dòng)布局功能，但對(duì)大多數(shù)的設(shè)計(jì)來說,，效果并不理想,，故不推薦使用。布線方面的首要原則是保證布線的布通率,，移動(dòng)器件時(shí)要注意飛線的連接,，故應(yīng)把有連線關(guān)系的器件放在一起。
(3)在為元器件加載封裝時(shí),，應(yīng)確保所有元器件均用于PCB制版,。在彈出的窗口中，一項(xiàng)一般不可勾選,。除此之外,，電壓表、探針,、信號(hào)源等模擬器件,，也不可用于PCB制版。
4 結(jié)束語
在電子設(shè)計(jì)中,，利用 PROTEUS設(shè)計(jì)印刷電路板是一種方便,、易行的方法。PROTEUS主菜單的應(yīng)用同其他的Windows環(huán)境下的應(yīng)用程序一樣,，因而用戶使用不會(huì)感到有什么困難,。同時(shí)，該軟件具有的兩種操作環(huán)境使文件很方便傳輸,，且不會(huì)出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤,，因而可使PCB的設(shè)計(jì)與制作變得極為方便、快捷和美觀,。
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