任务1 初识PCB编辑器 1．了解印制电路板的结构。 2．理解元件封装、焊盘、飞线、铜膜导线和过孔等PCB板设计制作术语。 3．熟悉Protel 99 SE中PCB设计的菜单栏、工具栏。 4．熟悉PCB板层和栅格设置，以及电路板画图环境设置。

1．创建新PCB文件，打开及保存PCB文件。

通过创建PCB文件，以及对PCB板层和栅格、电路板画图环境设置，熟悉Protel 99 SE中PCB设计的菜单栏、工具栏；理解PCB板设计制作术语。

一、电路板的结构 1．单面板

2．双面板

3．多层板

二、 PCB板的设计制作术语 设计好的单层电路板

1．元件封装（Footprint） 将元件焊接到制好的电路板上，必须依靠元件封装来保证取用元件的引脚和印制电路板上的焊点一致。元件封装就是元件的外形和引脚分布图。 （1）元件封装的分类 元件的封装形式可以分两大类，即针脚式元件封装和STM（表面粘着式）元件封装。

1）针脚式元件封装 针脚式元件封装焊盘的板层设置

部分针脚式元件封装外形

2）STM（表面粘着式）元件封装 STM元件封装焊盘的板层设置 STM元件封装焊盘的板层设置

（2）元件封装的名称 元件封装的名称一般为“元件类型+焊盘间距（焊点数）+元件外形尺寸”。可以根据元件封装编号来判别元件封装的规格。如AXIAL0.4表示两焊点间的距离为0.4英寸，即400 mil(约等于10 mm)。

2. 焊盘（Pad） 电路板与元件之间是通过焊盘连接起来的。Protel 99 SE在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘，如圆形（Round）、方形（Rectangle）、八角形(Octagonal)焊盘等。

3．飞线与铜膜导线（Interactive Route） 飞线示意图 铜膜导线示意图

4．过孔（Via）

三、菜单选项含义说明 1. PCB编辑环境下菜单栏 Design：设计菜单。主要包括布线的预处理设置和操作。 Tools：工具菜单。主要包括设计完PCB图后的一些后处理操作。 Auto Route：自动布线菜单。主要包括自动布线设置和各种自动布线操作。

2. 布线工具栏

3. 图层堆栈管理器对话框

4. Document Options 对话框中的Layers选项卡

在Layers选项卡中可以对正在使用的板层进行设置。板层的增减可以在Layer Stack Manager对话框中操作。 Signal Layers：信号层。 信号层用于放置元件和布线。 信号层

Mechanical Layers：机械层。 在设计时，最多允许有16个机械层。机械层主要用于放置电路板的边框和标注尺寸。 Internal Planes：内层。 内层平面主要用于电源和地线。 Mechanical Layers：机械层。 在设计时，最多允许有16个机械层。机械层主要用于放置电路板的边框和标注尺寸。 Masks：掩膜层。 Top/Bottom Solder：阻焊层。 内层 机械层 掩膜层

Top/Bottom Paste：锡膏层。 锡膏层有两层，用于把表面贴装元件（SMD）粘贴到电路板上。 Silkscreen：丝印层。 丝印层有两层（Top/ Bottom Overlay）。主要用于绘制元器件的外形轮廓、字符串标注等文字说明和图形说明。 Other：其他工作层面。 丝印层 其他工作层面

Keepout：禁止布线层。 该层用于定义电路板框，即有效放置元件和布线的区域。 Multi layer：穿透层或多层。 该层代表所有的信号层，在它上面放置的元件会自动地放到所有的信号层上，所以可以通过Multi layer，将焊盘或穿透式过孔快速地放置到所有的信号层上。 Drill guide/drawing：钻孔层。 钻孔层用于标识钻孔的位置和尺寸类型。

System：系统设置。 DRC Errors：利用设计规则检查错误，并把错误位置高亮度显示。 Connection：显示网络拉线。 Pad Holes：设置是否显示焊盘钻孔。 Via Holes：设置是否显示过孔的钻孔。 Visible Grid1：设置是否显示第一组可视栅格。 Visible Grid2：设置是否显示第二组可视栅格。

5. Document Options对话框中的Options选项卡

Grids设置区：捕获栅格尺寸设置。 Snap X：指光标在X方向移动的最小间隔。 Snap Y：指光标在Y方向移动的最小间隔。 Component X：元件放置捕获栅格。指放置元件时，元件在X方向移动的最小间隔。 Component Y：元件放置捕获栅格。指放置元件时，元件在Y方向移动的最小间隔。

Electrical Grid设置区：电气栅格设置。 电气栅格的作用是在移动或放置元器件时，当元件与周围电气实体的距离在电气栅格的设置范围内时，元件和电气实体会互相吸住。 Range：设置吸引距离。 Visible Kind：可视栅格。在该选项里可以选择栅格的样式（Lines/Dots） Measurement Unit：设定度量单位。 度量单位选择

6. Preferences对话框中的Options选项卡

（1）Editing options区域 Online DRC：在线电气规则检查。 Snap To Center：选择对象时，使光标自动滑到所选对象的参考位置。 Extend Selection：选择对象时不撤销已选择的对象。 Remove Duplicates：自动删除重叠对象。 Confirm Global Edit：全局编辑时，出现需要确认的对话框。 Protect Locked Objects：保护被锁定对象。

（2）Autopan options区域 Disable：不采用自动移动方式。 Re-Center：当光标触到边缘时，以光标位置为中心显示。 Fixed Size Jump：以Step Size设定的固定距离移动。

Shift Accelerate：按Shift Step Size设定的距离加速移动。 Shift Decelerate：按Shift Step Size设定的距离减速移动。 Ballistic：跳跃式移动。 Adaptive：自适应。 Speed输入栏用于设置移动速度；Mils/Sec（英里/秒）和Pixels/Sec（点/秒）为速度单位选项。

本区域用于设置交互布线中的避免障碍和推挤布线方式。 （3）Polygon Repour 区域 本区域用于设置交互布线中的避免障碍和推挤布线方式。 Never：从不提示。 Threshold：当原形对象超出一定范围时提示。 Always：总是提示。 Threshold栏可进行原形数量设置。 Repour 下拉框

（4）Other 区域 Rotation Step：设置旋转角度。 Undo/Redo：设置撤销或恢复操作的次数，注意次数越多，占用内存越多。 Cursor Type：设置光标类型。

（5）Interactive routing 区域 本区域用于设置交互布线模式。 Ignore Obstacle：忽略障碍物走线。 Avoid Obstacle：躲避障碍物走线。 Push Obstacle：推开障碍物走线。 Mode下拉框

7. Preferences对话框中的Display选项卡

（1）Display options区域 Convert Special String：显示特殊文字代表的内容。 Highlight in Full：将选取的对象高亮显示。 Use Net Color For Highlight：高亮显示选取的网络。 Redraw Layer：切换板层时，最后画当前板层，使当前层盖住其他板层。 Single Layer Mode：只显示当前层。 Transparent Layer：所有层都透明显示。

（2）Show 区域 Pad Nets：焊盘所在的网络。 Pad Numbers：焊盘号。 Via Nets：过孔所在的网络。 Test Points：实验点。 Origin Marker：原点标记。 Status Info：状态信息。

（3）Draft thresholds区域 该区域用于设置草图显示的阈值。 Tracks：设置铜膜线的显示阈值。 Strings：设置字符串的显示阈值。

（4）Layer Drawing Order 按钮 层面绘制顺序对话框

8. Preferences对话框中的Colors选项卡

单击Default Colors按钮，可以将系统颜色设置为系统默认的颜色。 单击Classic Colors按钮，可以将系统颜色设置为经典的颜色。 单击工作层面后面的颜色框，即可弹出工作层面颜色设置对话框。 工作层面颜色设置对话框

9. 显示模式设置选项卡

10. 属性默认值设置选项卡

11. 信号完整性分析设置选项卡

然后输入元件编号前缀（Designator Prefix），单击OK按钮即可。 Add按钮：该按钮用于增加元件类型。 选择元件类型（Component Type）,共有七种类型可供选择：BJT（双极性晶体管）、Capactitor(电容)、Connector(连接器)、Diode(二极管)、IC（集成电路）、Inductor(电感)和Resistor(电阻)。 然后输入元件编号前缀（Designator Prefix），单击OK按钮即可。 元件类型选择对话框

Remove 按钮：用于删除选择元件的前缀字符。 Edit按钮：编辑元件编号的前缀字符。 Protel 99 SE的特色是具有漂亮的界面和丰富多彩的工作环境，但是要掌握这些环境的设置是需要下一番功夫的，建议读者改变一下各种设置，看看设置结果如何，以增强设计环境设置的能力。

1.简述印制电路板的基本结构以及各个层面的作用。 2.建立设计数据库文件，并建立电路板文件，设置第一显示栅格为10 mil, 第二显示栅格为500 mil；设置捕捉栅格X方向为5 mil，Y方向为5 mil；设置电气栅格的范围为4 mil。

3.如何利用菜单命令设置PCB的工作参数？ 4.试举例说明常见的元件封装类型。 5.试举例说明电路板中的设计对象。 6.单击Default Colors按钮或单击Classic Colors按钮，观察系统颜色的变化。

任务2 单级放大电路的PCB设计 1.掌握直接定义电路板的方法。 2.熟练掌握手工放置元件封装。 3.熟练掌握手工调整元件布局。 4.熟练掌握手工布线的方法。 5.掌握PCB文件的保存。

设计要求： 1．手工放置元件封装。 2．使用单层电路板。 3．电源、地线的铜膜线宽度为20 mil。 4．一般布线的宽度为10 mil。 5．手工连接铜膜线。

传统的手工布线制作印制电路板的方法既耗时又费力。但它作为制作印制电路板的基础技能，也是必须掌握的。本节通过制作单级放大电路的电路板，学习手工设计电路板必需的各种设计对象的放置、编辑和各种菜单命令的使用。

一、印制电路板的设计流程 印制电路板的设计流程图

1.准备电路原理图和网络表 2.规划印制电路板 3.设置参数 4.加载网络表和元件封装 5.元件布局 6.自动布线 7.手工调整 8.DRC检查 9.保存及打印输出

二、菜单选项含义说明 1. Browse Libraries对话框

2. 特殊粘贴对话框 Paste on current layer：粘贴在当前层。 Keep net name：保留网络标号。 Duplicate designator：复制元件序号。 Add to component class：加入到元件类。

3. 阵列粘贴参数设置

4. 元件属性对话框的Properties选项卡

5. 元件属性对话框的Designator选项卡

6. 元件属性对话框的Comment选项卡

7. Protel 99 SE为用户提供的选择图件方式的菜单栏

8. 对齐方式指定窗口

9. 铜膜导线的属性对话框

1．建立电路板文件，并在其中定义一块长200 mm，宽100 mm的单层电路板，要求在禁止布线层和机械层画出电路板板框，在机械层标注尺寸。 2．调入Miscellaneous.lib封装库，并从中选择电阻封装（AXIAL-0.3）、二极管封装（Diode-0.4）、连接器封装（Power-4和Sip-4）、电容封装（RAD-0.1和RB2/.4）、可变电阻封装（VR-1）和石英晶体封装（XTAL-1），把这些封装放置到电路板图上。

3． 调入PCB Footprint.lib封装库，并从中选择三极管封装（TO-46、TO-92和TO-220），并把它们放置到电路板图上。 4．练习阵列粘贴，将8个电阻封装按照圆形排列粘贴到电路板图上。

5．试设计题图所示的电路的电路板。设计要求： （1）使用单层电路板。 （2）电源地线铜膜线的宽度为50 mil。 （3）一般布线的宽度为25 mil。 （4）手工放置元件封装。 （5）手工连接铜膜线。 （6）布线时考虑只能单层走线。

1.掌握利用同步器装入网络表和元件封装的方法。 2.掌握双面板的手工布线方法。 3.熟悉PCB板图文件的打印。

设计如图所示的自激多谐振荡器电路的电路板。

设计要求： 1．使用双层电路板。 2．自动装入元件封装。 3．电源、地线的铜膜线宽度为25 mil。 4．一般布线的宽度为12 mil。 5．手工连接铜膜线。

对于较复杂的电路，采用单层板布线很困难而且布通率不高，因此通常采用双层板。本任务通过自激多谐振荡器电路板的设计，介绍双层板手工布线的一些操作方法。

菜单选项含义说明 1. Update Design对话框

2. 尺寸标注属性编辑对话框

3. PCB打印属性设置对话框

4.打印输出特性

1．振荡分频电路如题图所示，试设计该电路的电路板。

设计要求如下： （1）使用双层电路板。 （2）电源地线的铜膜线宽度为25 mil。 （3）一般布线的宽度为20 mil。 （4）手工连接铜膜线。

2．晶闸管电路如题图所示，试设计该电路的电路板。

设计要求如下： （1）使用双层电路板。 （2）电源地线的铜膜线宽度为25 mil。 （3）一般布线的宽度为20 mil。 （4）手工连接铜膜线。

3．计数译码电路如题图所示，试设计该电路的电路板。

设计要求如下： （1）使用双层电路板。 （2）电源地线的铜膜线宽度为25 mil。 （3）一般布线的宽度为10 mil。 （4）手工连接铜膜线。

任务4 稳压电源电路的PCB设计 1.掌握使用向导定义电路板的方法。 2.掌握元件的手工预布局。 3.掌握元件的自动布局。 4.熟练掌握布线规则的设置方法。 5.掌握设计规则检查。 6.掌握补泪滴、包地和敷铜的方法。

设计如图所示稳压电源电路的电路板。

设计要求如下： 1．使用双层电路板。 2．自动装入元件封装。 3．电源、地线的铜膜线宽度为20 mil。 4．一般布线的宽度为10 mil。 5．自动布线。

本任务通过稳压电源电路的电路板设计，介绍相关元件的自动布局，自动布线规则的设定，以及自动布线的实现等。

菜单选项含义说明 1. 电路板基本信息窗口

2. 信号层设定对话框

3. 走线及过孔尺寸设置对话框

4. 网络表编辑器窗口

5. 成组布局方式下的元件自动布局对话框

6. 统计布局方式下的元件自动布局对话框

7. 设计规则设置对话框

8. 新增安全间距规则对话框

9. 设置布线的拐角模式

10. 布线转角模式设置对话框

11. 设置布线工作层面

12. 布线层设置对话框

13. 设置布线优先级

14. 布线优先级设置对话框

15.设置布线拓扑结构

16. 设置布线拓扑结构对话框

17. 设置过孔形式

18. 过孔设置对话框

19. SMD元件焊盘瓶颈设置对话框 Scope栏：显示规则的适用范围。默认范围是整版（Board）。 Neck栏：显示最小间距。

20.设置布线宽度

21. 设置走线线宽对话框

22.自动布线器参数设置对话框

23. 设计规则检查对话框

24.Teardrop Options对话框

（1）General区域 All Pads：对所有焊盘进行补泪滴。 All Vias：对所有过孔进行补泪滴。 Selected Objects Only：对所有选中的对象补泪滴。 （2）Action区域 Add：添加泪滴。 Remove：删除泪滴。

（3）Teardrop Style区域 Arc：添加圆弧形泪滴。 Track：添加直线形的泪滴。 圆弧形泪滴 直线形泪滴

25. 敷铜设置对话框

（1）Net Options区域 Connect to Net ：设置连接的网络。单击右边的下拉式按钮，可以选择电路板上的所有网络名称，一般将敷铜连接到接地的网络上。如果不选，则下面的两个选项不起作用。

Pour Over Same Net：选中本项，表示在敷铜的时候，如果敷铜遇到的导线就在敷铜连接的网络上时，敷铜直接将导线掩盖过去。 Remove Dead Copper：选中本项，去死铜。去死铜是指如果某一块铜膜无法连接到指定的网络，则删除它。

（2）Hatching Style区域 90-Degree Hatch：采用90°线敷铜。 45-Degree Hatch：采用45°线敷铜。 Vertical Hatch：采用垂直线敷铜。 Horizontal Hatch：采用水平线敷铜。 No Hatch：采用中空敷铜，即对每条导线和焊点包上屏蔽线。

（3）Plane Settings区域 Grid Size：设定敷铜线的格点间距。 Track Width：设定敷铜线的线宽。 Layer：设定敷铜所在的层面。 LockPrimitives项：锁定敷铜。如果不设定此项，那么敷铜线将被看作导线来处理，除非有特殊需要，否则均应选中该项。

（4）Surround Pads With区域 Octagons：采用八角形围绕方式。 Arcs：采用圆弧围绕方式。 （5）Minimum Primitive Size区域 本区域的功能是敷铜线的最短限制。 Length：用于设置敷铜线的最短限制。

试设计如题图所示原理图的电路板。

任务5 CPLD1016E实验板的设计 1.了解元件封装的分类。 2.掌握元件封装库编辑器的使用方法。 3.熟练掌握制作元件封装的基本操作方法和常用技巧。 4.掌握具有自建元件封装的电路板的设计。

设计如图所示的 CPLD1016E实验板。

设计要求如下： （1）使用双面板。 （2）采用插针式元件。 （3）一般铜膜线走线宽度10 mil，电源地线的铜膜线宽度为20 mil。 （4）自动布线。

要想把实际元件焊接到印制电路板上，就必须保证元件引脚和印制电路板上的焊盘一一对应，并且焊盘间的距离也要和元件引脚之间的距离一致。因此在设计印制电路板时，不仅要知道元件的名称、型号，还要知道元件的封装形式。本任务电路需要自己制作开关、按钮和可编程逻辑器件1016E的封装。

一、元件封装的分类 1．分立元件封装 分立元件封装出现得较早，种类也比较多，有电阻器、电容器、二极管、三极管、继电器、接口和接插座等。 2．IC封装 集成电路封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。

二、PCB元件库绘图工具及命令介绍 PCB元件库绘图工具栏

三、元件封装库管理器

1．Components区域 Mask输入框：使用通配符快速筛选元件。在该框中输入要查询的字符后，在封装列表框中将显示封装名称中包含键入字符的所有封装。一般不输入或输入“*”用以列出当前库中的所有封装。

按钮：选择上一个元件封装。 按钮：选择第一个元件封装。 按钮：选择下一个元件封装。 按钮：选择最后一个元件封装。 按钮：重命名编辑区中元件封装。 按钮：删除已选择的元件封装。 按钮：把选择的元件封装放到电路板编辑器中。 按钮：启动元件封装向导。

按钮：用修改的元件封装更新电路板图。 按钮：编辑焊盘属性。 按钮：从焊盘列表中选择一个焊盘，然后跳至电路板图中的焊盘。 2. Current Layer区域 该区域有一个下拉式可选框和一个颜色框，可以用来修改或设置元件封装各层的颜色。

四、元件封装的菜单管理

1．发光二极管的SCH元件，试绘制出其对应的元件封装，如题图所示。两个焊盘的X-Size和Y-Size都为60 mil，Hole Size为30 mil，阳极的焊盘为方形，编号为A，阴极的焊盘为圆形，编号为K，外形轮廓为圆形，半径为120 mil，并绘出发光指示。

2．NPN型三极管的SCH元件，其对应元件封装选择TO-5，如题图所示。由于在实际焊接时，TO-5的焊盘1对应发射极，焊盘2对应基极，焊盘3对应集电极，它们之间存在引脚的极性不对应问题。修改TO-5的焊盘编号，使它们之间保持一致，并重命名为TO-5A。

3．试设计如题图所示，与CPLD1032E实验电路板配套的开关和按钮电路的电路板。

要求如下： （1）使用双面板。 （2）采用插针式元件。 （3）焊盘之间允许走二根铜膜线。 （4）最小铜膜线走线宽度为10 mil，电源地线的铜膜线宽度为20 mil。 （5）自动布线。

4. 试设计如题图所示电源电路的电路板。

要求如下： （1）使用双面板。 （2）采用插针式元件。 （3）焊盘之间允许走一根铜膜线。 （4）最小铜膜线走线宽度为12 mil，电源地线的铜膜线宽度为25 mil。

本练习中需要自己创建元件BRIDGE2和CN-4，元件封装CN4、4-POWER、SR78和SR79，如题图所示。