隨著電子工業(yè)日新月異的發(fā)展,，大規(guī)模集成電路的應用已越來越普遍,。電子設計自動化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Protel已經(jīng)成為廣大電路設計人員的首選設計軟件,。

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

1 Protel軟件的設計特點及其流程

        Protel軟件具有強大的電路仿真能力,，能實現(xiàn)模/數(shù)混合信號的仿真分析，能提供連續(xù)的模擬信號和離散的數(shù)字信號的仿真,，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置參數(shù)，通過設置對話框可方便地設 置所需的各種參數(shù),。Protel提供了20多個模擬和數(shù)字器件仿真元件庫,，共包含6000多個常用元器件。同時,，Protel提供了一個開放的庫維護環(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 電路設計及原理圖設計流程

       電路設計是指實現(xiàn)一個實際的電子產(chǎn)品從構思設計,、電路設計到物理結構設計的全過程。原理圖設計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電路設計的基礎,。電路原理圖設計流程圖如圖1所示。

圖1 電路原理圖設計流程圖

1.2 印制電路板設計及其流程

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

圖2 印制電路板圖設計流程圖

2 Protel電路設計及其實例

       下面主要是以單片機最小系統(tǒng)的設計來說明Protel 99SE在電路設計中的具體應用,。

2.1 電路原理圖設計

       電路原理圖設計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)上述電路原理圖設計流程，單片機最小系統(tǒng)原理圖設計過程如下：

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

       (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在元件庫中都可以找到，只需要將元件庫中的元件從庫中取出,，放置在圖上,。由于元件種類繁多，分別放在不同的元件庫中,，所以在使用過程之中,，應該了解各個元件庫中元件的類型。

       (3)原理圖布線,。元件一旦放置在原理圖之后,，就需要用導線將元件連接起來，連接時一定要符合電氣規(guī)則,。在結構化設計的時候,，為了使得圖形清晰，可以使用網(wǎng)絡標號連接,。

       (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)整元件和導線的位置等操作,。同時要在必要的地方加上電路的標注以及說明,。

       (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,，給出檢查報告,。若有錯誤就需要根據(jù)錯誤情況進行改正,。

       (6)生成網(wǎng)絡表,。生成原理圖的網(wǎng)絡表，所謂網(wǎng)絡表就是元件名,、元件封裝,、參數(shù)及元件之間的連接表，通過該表可以確認各個元件和它們之間的連接關系,。

       (7)打印輸出,。打印輸出原理圖。

       經(jīng)過以上步驟,，即完成了單片機最小系統(tǒng)原理圖的設計,。單片機最小系統(tǒng)的電路相對比較簡單，其中包含單片機,、單片機工作所需的晶振電路,、上電自動復位及手工復位電路、單片機工作所需要的電源電路以及編程接口等,。繪制完成的單片機最小系統(tǒng)原理圖如圖3所示,。

圖3 單片機最小系統(tǒng)電路原理圖

2.2 印制電路板設計

       電路設計的最終目的是為了設計出電子產(chǎn)品，而電子產(chǎn)品的物理結構以及電路功能是通過印制電路板來實現(xiàn)的,。應用Protel 99SE進行印制電路板設計過程如下：

       (1)啟動Protel 99SE,，進入印制電路板設計環(huán)境。

       (2)電路板框架設計,。印制電路板設計之前,，首先對電路板有一個初步的規(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)設計的電路在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,。電路板的尺寸是設計電路板首先需要考慮的因素,，一般來說電路板的 外形尺寸與產(chǎn)品的外殼設計配套。在有可能的情況下長寬的比例設計為4：3或者3：2,。

       (3)參數(shù)設置,。主要設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)可用其默認值,，參數(shù)設置是印制電路板設計中非常重要的步驟，執(zhí)行菜 單命令Design/Rules,，左鍵單擊Routing按鈕,，根據(jù)設計要求，在規(guī)則類(RulesClasses)中設置參數(shù),。選擇Routing Imy-er,。選擇Width Constraint，對地線線寬進行設置：左鍵單擊Add按鈕,，進入線寬規(guī)則設置界面,，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三個輸入框的線寬設置為50mil;電源線寬的設置在Net下拉框中選擇VCC，其他與地線線寬設置相同;整板線寬設置： 在FilterKind選擇框中選擇Whole Board,，然后將Minimum width,、Maximum width和Preferred三個輸入框的線寬設置為20mil。

       (4)調(diào)入網(wǎng)絡表及添加元件封裝,。網(wǎng)絡表是指導印制電路板自動布線的規(guī)則,，也是電路原理圖設計系統(tǒng)與印制電路板設計系統(tǒng)的中間載體。對于裝入的每個 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行,。執(zhí)行菜單命令Design/Add/Remove Library，在“添加/刪除元件庫”對話框中選取所有元件所對應的元件封裝庫,，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計生成的網(wǎng)絡表文件(擴展名為Net),，如果沒有錯誤,，單 擊“Execute”按鈕。若出現(xiàn)錯誤提示,，需要更改錯誤,，直到所有錯誤都修改正確。

       (5)布置元件,。Protel 99SE既可以對元器件進行自動布局,，亦可讓用戶手工布局。布局是布線非常關鍵的一步,，為了使布局更加合理,、美觀，多數(shù)設計者都采用手工布局方式。有時候用戶在條件不太嚴格的情況下,，為了提高布線效率,，可以實現(xiàn)自動布局。

       (6)自動布線,。Protel 99SE采用世界最先進的無網(wǎng)絡,、基于形狀的對角線自動布線技術。執(zhí)行菜單命令Auto Routing/All,，并在彈出的窗口中單擊Route all按鈕,，程序即對印制電路板進行自動布線,。只要設置有關參數(shù)得當,，元件布局合理，自動布線的成功率幾乎是100%,。

       (7)手工調(diào)整,。自動布線結束后，可能存在一些令人不滿意的地方,，可以手工調(diào)整,，把電路板設計得盡善盡美。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 設置完成的電子時鐘PCB圖

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

圖5 單片機最小系統(tǒng)電路板3D效果圖

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

 圖6 制作完成的單片機最小系統(tǒng)電路板

3 結論

       隨著現(xiàn)代電子信息技術的快速發(fā)展,，電子產(chǎn)品的復雜度以及集成度都有了飛速的提升。在電子產(chǎn)品設計過程中,，電路設計軟件的使用也越來越廣泛,。 Protel 99SE能夠提供從電路原理圖繪制、網(wǎng)絡表生成以及電路板設計的完整過程,，憑借其強大的功能,，極大地提高了產(chǎn)品的可靠性，縮短了設計周期,，降低了設計成 本,，是當今最為流行的計算機輔助電子電路設計軟件，今后很長一段時間仍將如此,。