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《PCB设计与制作》 学习项目7:电路图的综合设计 任务7-1： A/D转换电路图的综合设计
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学习目标 掌握各种直插、贴片元件封装的绘制、双面PCB版图的设置
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Altium Designer 简介 Altium Designer 基于一个软件集成平台 ， 把为电子产品开发提供完整环境所需的工具全部整合一个应用软件中。 Altium Designer 包含所有设计任务所需的工具 ： 原理图、电路仿真、信号完整分析、 PCB 设计等。 另外可对 Altium Designer 工作环境加以定制 ， 以满足用户的各种不同需求。 完全兼容rotel98/Protel99/Protel99se， 并提供对 Protel99se 下创建的DDB文件导入功能。
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Altium Designer的体系结构 可编程逻辑器件 电路仿真 Altium Designer 原理图设计 组件 自动布线
PCB设计组件 Altium Designer
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Altium Designer的文件组成
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Altium Designer的文件组成 Library、PCB、SCH保存库文件。 Altium Designer自带的例子文件。
Examples Help Library、PCB、SCH保存库文件。 Altium Designer自带的例子文件。 保存Altium Designer的帮助文件。
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Altium Designer的文件类型 文档扩展名 类型说明 .PrjPCB PCB项目/工程文件 . SchDoc 原理图文件
.Schlib/.SCHLIB 原理图库文件 .PcbDoc 印制电路板文件 .PcbLib/.PCBLIB Pcb封装库文件 .intLib 集合库
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以STC15单片机最小系统的PCB板的设计过程为例
从原理图到PCB图到PCB板的转化过程 以STC15单片机最小系统的PCB板的设计过程为例
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PCB线路图
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STC15单片机最小系统PCB板正面实物图
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电路板设计的基本步骤 1 2 3 原理图的设计 印制电路板（PCB）的设计 编译原理图、 导入信息到PCB
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Altium Designer功能介绍 ⒈原理图设计系统（SCH）： ⒉印制电路板设计系统（PCB）：
主要包括原理图编辑器和 原理图模型库编辑器两部分 功能主要是绘制电路原理图，并为以后的PCB设计做准备 ⒉印制电路板设计系统（PCB）： 主要包括PCB图编辑器和 封装模型库编辑器两部分 功能主要是绘制PCB图，及生产印制电路板的各种文件
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原理图设计系统的特点 分层次组织的设计环境 方便易用的连线工具 强大的编辑功能 准确的设计检验 强大的元件及元件库的组织功能
与印制电路板设计系统的紧密连接
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PCB设计系统的特点 丰富的设计法则 易用的编辑环境 轻松的交互性手动布线 简便的封装形式的编辑及组织 高智能的基于形状的自动布线功能
万无一失的设计效验
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Altium Designer的主操作界面
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二、画简单的电源整流滤波电路板入门 本例的特点是电路简单，元器件的类型少，只有4种类型共7个元件； 本例是教会学生掌握画原理图和PCB的基本流程，不涉及画元件和封装的步骤，相对来说比较容易实现； 本例的难点是原理图元件的引脚和PCB封装的焊盘相互间的一一对应关系，由于封装的概念与实物尺寸相关，必须建立起对封装来源于实物尺寸的概念。
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电路画图任务——（1）原理图
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电路画图任务——（2）PCB图
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1、启动Altium Designer软件 方法一： 双击桌面快捷方式 方法二：
开始-》所有程序-》Altium Designer Release 10>图标
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软件启动后的初始界面
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2、创建PCB工程——新建工程 方法：点选“文件 -> 新的-> 工程 -> PCB 工程”
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3、给工程添加新的原理图文件 方法：右键指向工程面板的”PCB Project1.PrjPCB”工程，点选“给工程添加新的\Schematic”
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4、给工程添加新的PCB文件 方法：右键指向工程面板的”PCB Project1.PrjPCB”工程，点选“给工程添加新的\PCB”
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5、保存工程 方法：右键指向工程面板的”PCB Project1.PrjPCB”工程，点选“保存工程”。
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在弹出的窗口选择保存PCB文件的路径 提示：请新建文件夹（新建文件夹按钮见红色方框标注）并重新命名（本例命名为RectFilter），然后双击文件夹。
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给PCB文件重新命名 提示：给PCB文件重新命名为RectFilter，然后点选“保存”。
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继续弹出窗口，选择保存原理图文件的路径 提示：将原理图文件保存在保存PCB文件的文件夹中，原理图文件也重新命名为RectFilter，然后点选“保存” 。
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继续弹出窗口，选择保存PCB工程的路径 提示：将PCB工程保存在保存PCB文件和原理图的文件夹中，PCB工程也重新命名为RectFilter，然后点选“保存”。
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工程面板中已含有创建好的工程及两个文件
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6、画原理图——放置元件 方法：（1）在工程面板上双击原理图文件图标，进入原理图编辑窗口；（2）点库面板Miscellaneous Devices库中选择“Diode IN4007”元件，双击之。
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在原理图窗口出现1N4007的二极管元件 注意：在 元件处于 悬浮状态 下按下鼠 标左键即 可旋转元 件，按下 鼠标右键 表示退出！
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如图放置4个二极管1N4007
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继续打开库面板，在Miscellaneous Devices库中选择Cap Pol2元件，双击之
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在电容元件处于悬浮状态下按Tab键，修改元件说明
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继续打开库面板，选择Miscellaneous Connectors元件库下面的Header 2元件，双击之
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所有元件已经放置完毕
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在画图工具栏中选择导线连接电路元件
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对电路元件进行统一编号的操作步骤 方法：主菜单栏点选“工具\标注所有器件”。
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在弹出的小窗口中选择“YES”
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电路图所有元件已经标注完毕
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方法：主菜单栏点选“设计\Import Changes From RectFilter.PrjPcb”。
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将弹出“工程更改命令”对话框，单击“生效更改”按钮
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如果执行成功，将在检测栏中显示“√”，错误为“×”，无错则点“执行更改”，有错应返回原理图修改！
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“执行更改”完毕，单击“关闭”按钮，打开PCB文件，可以看到由原理图生成的PCB元件已位于板边框外面！
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按住器件的棕色框，将所有元器件移至PCB作图区（黑色区域），然后点一下棕色框，点“Delete”键删除
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已经可以在下图所示窗口进行PCB的布局和布线
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一般根据原理图上走线最近原则进行PCB布局
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在PCB编辑窗口鼠标右键点选“交互式布线”
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（1）在“板层栏”将板层切换到“Bottom Layer“，然后在PCB编辑窗口用鼠标左键在封装P1-2焊盘上点一下，拉出一根导线
8、导线线宽的设置 （1）在“板层栏”将板层切换到“Bottom Layer“，然后在PCB编辑窗口用鼠标左键在封装P1-2焊盘上点一下，拉出一根导线
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（2）在未按下鼠标键前按下Tab键，即进行“导线属性”编辑
如下图所示，点“编辑宽度规则”。
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（3）在红框所示区域将Prefered Width修改为40mil，Max Width Width改为80mil。点“确定”返回“导线属性”编辑界面。
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（4）在“User prefered Width”栏将导线宽度设置为40mil
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将布局好的元件焊盘相同网络标号用导线连接（每连好 一根导线，作为指示作用的“飞线”即自动消失！
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切换板层到KeepOut（电气禁止布线层），主菜单上点选“放置\走线），给元件和导线外面画一个矩阵框！
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在主菜单上点选“编辑\原点\放置”
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放置原点的目的是方便在机械层画电路板边框线
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切换板层到Mechanical 4（机械层4），主菜单上点选“放置\走线），给元件和导线外面画一个矩形框！禁止布线层和机械层4所画的矩形框可以重叠，也可以机械层4的矩形框略大于禁止布线层次的矩形框！
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9、将电路板按所画PCB物理尺寸剪裁 方法：主菜单栏点选“设计\板子形状\重新定义板形状”。
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在PCB编辑窗口出现大的十字光标，同时PCB图颜色变为灰度，用光标在矩形边框上再画一次，点右键则完成操作！
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最后完成的PCB图如下所示 请记住：本例目的只是让学生掌握PCB操作基本步骤，并不意味着这块PCB有加工的价值：
（1）本例器件过少，电路过于简单，从成本和制作精力而言并无加工意义； （2）因为采用软件自带封装，未经验证，但可以肯定C1这个封装是不合适的！还可以在PCB图上重新修改封装！ 最后完成的PCB图如下所示
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总结：原理图上的元件和PCB图上的封装的关系
理图的连接关系，并通过原理图定义的封装名称形成确定的看得见的实 物封装。元件封装只是元件的外观和焊盘位置，那么纯粹的元件封装仅 仅是空间的概念，不同类型的元件可以是同一个封装。从上可知，原理 图上元件的引脚和PCB封装的焊盘一定是一一对应的！如果原理图上的 引脚标识号是1，对应的封装焊盘的标识号也应为1，否则原理图上的元 件就无法导入到PCB里面成为相对应的封装！
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10、课后练习任务——按本PPT步骤画PCB
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三、画完整的数模混合电路实现提高 本例的特点是所选电路稍微复杂一点，元器件的类型较多，共有11种类型共20个元件；
本例具有一定综合性，是在上一节画图基础的提高，学生除巩固上节画原理图和PCB的基本步骤，还涉及画元件和画封装的内容； 本例的难点是画元件、画封装、PCB的布线和布局，难点同样也是重点，所有其它操作的最终目的都是为了实现一块具有合格布线的PCB电路板，通过本节学习可以达到目的。
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电路画图任务——（1）原理图
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电路画图任务——（2）PCB图
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最终制作实物（布线底面）
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安装元件后的PCB板正面视图
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对本例画图任务的分析 相比较于“电源整流滤波电路”的实例来说，本例更具有实际应用价值，因为本例的PCB图最终可以用于实物制作；
由于本例器件较多，有部分原理图元件需要自建元件库，还有些器件因软件自带的封装并不合适则需要自建封装库，因此本例操作步骤较多； 由于实物制作需要，本例画图前对原理图元件引脚和PCB封装焊盘的对应以及画原理图时对元件属性窗口中软件提供的封装都进行了严格检查和更换，力求在画原理图时保证所有封装无误； 本例在画PCB时，对元件的布局应充分考虑实际安装效果，比如数码管方向、接插件位置、指示灯位置、器件摆放的整齐度等；在布线时则充分考虑单面制板工艺情况来设置线宽和线距。
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1、开启软件 提示：操作步骤详见“画电源整流滤波电路”PPT。
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2、创建并保存PCB工程及原理图文件 提示：操作步骤详见“画电源整流滤波电路”PPT，注意将工程文件夹、PCB工程和原理图文件都命名为“Counter”
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3、添加自建元件库文件和封装库文件到PCB工程
自建元件库和自建封装库的方法见本节画原理图结束后的补充一和补充二部分，此处是假定库文件已经创建！
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在弹出的窗口选中已创建好的ClockFpt. PcbLib和ClockSch
在弹出的窗口选中已创建好的ClockFpt.PcbLib和ClockSch.SchLib两个文件（创建库文件的方法见后面的补充一和补充二部分，并将库文件置于新建PCB工程的文件夹内），然后点击“打开”，即完成添加已有的文件到工程的任务
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可以在工程面板的窗口看到新建的PCB工程已包含有原理图文件元件库文件、封装库文件三种类型的文件！（本节PCB文件将在原理图完成后采用向导方式创建！）
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4、原理图画图设置——(1)文档选项设置 方法：在原理图编辑窗口任意位置点右键选“选项 -> 文档选项”
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还有一种方法：在主菜单栏点选“设计 -> 文档选项”
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在弹出的文档选项设置窗口可以进行原理图文档的基本设置
提示：一般情况下初学者可以不修改系统默认的原理图文档基本设置。
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（2）使原理图导线交叉时能画出圆弧跨越效果的设置
方法：在主菜单上点选“DXP\参数选择”。
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在弹出窗口左侧点选“Schematic\General”,在右侧勾选“显示Cross-Overs”，点确定即可。
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原理图的模拟电路部分：直流稳压电源电路图
原理图电路简析——直流稳压电源供电的60秒计数器 原理图的模拟电路部分：直流稳压电源电路图
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原理图的数字电路部分
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5、元件的放置 方法：在原理图编辑窗口右侧的快捷工具栏单击 “库…”,弹出库面板，可以在Miscellaneous Devices.IntLib和Miscellaneous Connectors.IntLib中选取常用的电路元器件。 （1）无极性电容C1、C2、C4的放置——选中元件栏的“Cap”，双击。
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原理图窗口会出现浮置的所选元件 提示：此时按下鼠标左键即可放置好元件。但为了快捷画图，在元件处于浮置状态时点“Tab”按键，即可弹出元件属性窗口。
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未经设置和修改的元件属性窗口如下图所示
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在元件属性窗口首先设置元件的标号和说明
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根据实际情况进行元件模型设置——即修改封装
提示：在元件属性窗口右下角“元件模型设置”栏点选“Remove”，弹出提示窗口，点“Yes”。
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在元件属性窗口右下角“元件模型设置”栏点选“Add/Footprint”。
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在弹出的“PCB模型”窗口的“封装模型”栏点选“浏览”按钮，又弹出“浏览库”窗口，点选“RAD-0
在弹出的“PCB模型”窗口的“封装模型”栏点选“浏览”按钮，又弹出“浏览库”窗口，点选“RAD-0.2”封装名，然后选择“确定”按钮返回“PCB模型”窗口，再点“确定”，完成封装设置。
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在元件参数栏进行编辑修改
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按此方法可连续放置同一类型的“Cap”无极性电容C2和C4。
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（2）电解电容C3的放置： 可在Miscellaneous Devices.IntLib库中选取元件名为“Cap Pol2”的元件。
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在元件属性窗口修改元件属性，注意10uF电解电容在软件自带的PCB库中找不到合适的封装，这种情况下一般需要自建PCB封装库或使用别人已经画好的封装，现在我们就直接使用已画好的“ClockFpt.Lib”中的RB.1/.2这个封装。
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已经设置好的电解电容C3的元件属性窗口
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（3）直插电阻R1—R6的放置： 可在Miscellaneous Devices.IntLib库中选取元件名为“Res2”的元件。
提示：仿照放置无极性电容C1、C2和C4的方法放置R1—R6，在元件属性窗口除修改元件标号、元件说明和参数设置，还要将元件封装修改为Miscellaneous Devices.LntLib库里的“AXIAL-0.3”封装。如图以R1为例。
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（4）电位器W1的放置：可在Miscellaneous Devices.IntLib库中选取元件名为“Rpot”的元件“双击”。
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在元件处于浮置状态时按Tab键，则进入Rpot的“元件属性窗口”，按红色标注所示修改元件属性，改毕按“Edit Pins…”按钮。
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将弹出如图所示的“元件管脚编辑器”窗口，分别选中3行，并单击“编辑”按钮
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依次设置TOP、BOT、TAP管脚标识分别为1、3、2，并使标识可见（即在“可见的”前打√）
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（5）发光二极管H1的放置： 可在Miscellaneous Devices.IntLib库中选取元件名为“LED0”的元件。
提示：仿照放置无极性电容C1、C2、C4的方法放置H1，在元件属性窗口可只修改元件标号和元件说明，可以不修改封装。
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（6）按键开关S1的放置： 可在Miscellaneous Devices.IntLib库中选取元件名为“SW-PB”的元件。
提示：仿照放置电解电容C3的方法放置S1，在元件属性窗口除修改元件标号和元件说明，还要将元件封装修改为自建封装库里的“KEY”封装。
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（7）2脚插针J1和2X2双排插针JP1的放置： 可在Miscellaneous Connectors
（7）2脚插针J1和2X2双排插针JP1的放置： 可在Miscellaneous Connectors.IntLib库中分别选取元件名为“Header 2”和“Header 2X2”的元件。 提示：仿照放置无极性电容C1、C2、C4的方法放置J1和FP1，在元件属性窗口可只修改元件标号和元件说明，可以不修改封装。如下图以JP1为例所示。
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（8）三端稳压器U1的放置：可在Miscellaneous Devices.IntLib库中选取元件名为“Vot Reg”的元件并“双击”。
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在元件处于浮置状态时按Tab键，则进入Vot Reg的“元件属性窗口”，按红色标注所示修改元件属性，改毕按“Edit Pins…”按钮。
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将弹出如图所示的“元件管脚编辑器”窗口，分别选中3行，并单击“编辑”按钮
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依次设置Vin、GND、Vout管脚标识分别为3、1、2，并使标识可见（即在“可见的”前打√）
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（9）1位7段共阴数码管X1、X2的放置： 可在Miscellaneous Devices
（9）1位7段共阴数码管X1、X2的放置： 可在Miscellaneous Devices.IntLib库中选取元件名为Dpy Blue-CC”的元件，元件属性窗口设置如下图（以X2的设置为例）。 提示：仿照放置无极性电容C1、C2、C4的方法放置X1、X2，在元件属性窗口可只修改元件标号和元件说明，可以不修改封装。
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（10）555定时器的放置： 可在TI Analog Timer Circuit
（10）555定时器的放置： 可在TI Analog Timer Circuit.IntLib库中选取元件名为“NE555P”的元件，元件属性窗口设置如下图。 提示：仿照放置无极性电容C1、C2、C4的方法放置U2，在元件属性窗口修改元件标号、元件说明和封装，封装改为DIP-8（仿照改电容封装步骤）。
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（11）十进制计数器/分频器CD4017的放置 由于在元件库面板中已安装的库里无法找到该器件，可在库面板中点选“Search”，在弹出窗口中按红色标识设置，再点“查找”。
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从元件库面板中选择直插系列的CD4017，如下图左所示。双击后会弹出如图右所示窗口，当提示是否安装库，选择“是”即可。
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打开CD4017的元件属性窗口，修改元件标号、说明和封装，封装名为DIP-16 （仿照改电容封装步骤）
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（12） CD40110计数器U4、U5的放置 在元件库面板中选择自建元件库“ClockSch
（12） CD40110计数器U4、U5的放置 在元件库面板中选择自建元件库“ClockSch.SchLib”，在自建的元件库中选中元件“CD40110”，双击后放置两次。
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打开CD40110的元件属性窗口，在元件属性窗口除修改元件标号、元件说明，还要给元件添加封装——使用Miscellaneous Devices.LntLib库里的“DIP-16”封装。下图以U5为例。
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至此，所有的元件已经放置到原理图编辑窗口
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6、完整的原理图绘制 在元件的连线过程中，涉及到一些必要的对原理图视图操作、元件的编辑操作、电路绘制技巧，现择紧要者介绍。
（1）工作窗口的缩放 Page Up快捷键：用鼠标左键指向编辑窗口任一位置，连续按下Page Up键，窗口将以鼠标左键所指位置为中心，放大窗口； Page Down快捷键：用鼠标左键指向原理图编辑窗口任一位置，连续按下Page Down键，窗口将以鼠标左键所指位置为中心，缩小窗口； （2）元件的移动和翻转 用鼠标左键指向任一元件并始终按住，移动鼠标即可使元件上下、左右移动； 用鼠标左键指向任一元件并始终按住，按一次空格键即可实现元件逆时针翻转一次； （3）元件的删除 用鼠标左键选中元件，元件四周出现绿色的矩阵框，按“Delete”即可删除元件。 （4）选择原理图一个区域的多个元件 用鼠标左键确定区域的一个顶点，然后移动鼠标，在工作窗口显示一个虚线框，松开鼠标，该区域的元件即处于选中状态，此时可以整体移动和删除；取消选择的方法是在窗口空白处点鼠标左键。
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对元件进行重新摆放 按照上节所示操作技巧可以很快将60秒计数器的模拟电路部分 摆放到合适的位置！
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在画图工具栏中选择电源和地并放置到合适位置
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在画图工具栏中选择导线将各元件进行连接
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完整的60秒计数器电路原理图 注意：画原理图最容易出现的问题有： （1）编辑窗口在连线时如果出现两根导线交叉，如果从原理上应该连在一起则必须有“节点”，用鼠标拖线时在交叉处要用左键点一下，而没有连在一起的导线一定不能有节点； （2）元件标号出现重名。
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补充一：创建元件库并自建新元件的步骤 提示：1、创建元件库可以在创建原理图文件后或在放置元件发现在任何库里面都找不到元件的时候进行；
2、鼠标指向工程，右键添加Schmatic Library文件。
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提示：鼠标指向元件库文件，右键点选“保存”，将库文件保存在装PCB工程的文件夹中，命名库文件“ClockSch”。
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将左侧管理窗口下方的面板切换为“SchLibrary”，在器件栏已有一个默认为“Component_1”的元件。
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在主菜单栏点选“工具\重新命名器件”，将“Component_1”改名为“CD40110”
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在元件库编辑窗口点右键选择“放置\矩形”
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元件库编辑窗口分成四个象限，在任一象限按鼠标左键拉出一个黄色的矩形框来（大小未定，还要根据元件引脚多少来调整框的大小）
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在元件库编辑窗口点右键选择“放置\引脚”
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编辑窗口随鼠标左键出现一个引脚（未按鼠标键均处于“浮置”状态，按下“Tab”键
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在弹出的引脚属性编辑窗口中修改引脚的名字和标识，注意标识都是用数字表示！输入完成后点“确定”按钮。
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编辑好属性的引脚在“浮置”状态下连点两次空格键，然后点左键将引脚放置于矩形框右上方！
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画元件时不要求引脚按顺序左右排列，可以按引脚功能进行排列，画好后选中所有引脚和矩形框移到第四象限！
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为新创建的元件添加Footprint模型
提示：如下图所示按“Add FootPrint”按钮，然后在弹出的窗口中点选“浏览”按钮。
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单击“浏览库”窗口的“发现”按钮，在弹出的”搜索库“窗口按红色标注分别操作
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在查找到的封装一栏用“Ctrl C“组合键复制库名后点“确定”
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回到PCB模型窗口，在PCB元件库一栏选中库名字，按“Ctrl V”组合键粘贴库名字后，点“确定”。
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至此，CD40110即已创建成功，在原理图窗口可以通过库面板放置该新建的元件
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补充二：创建封装库和自建封装的步骤 提示：1、创建封装库可以在创建原理图文件后或在放置元件后编辑元件属性时进行封装检查时发现封装不合适即可进行； 2、鼠标指向工程，右键添加PCB Library文件。
136
提示：鼠标指向元件库文件，右键点选“保存”，将库文件保存在装PCB工程的文件夹中，命名封装库文件“ClockFpt”。
137
将左侧管理窗口下方的面板切换为“PCBLibrary”，在器件栏已有一个默认为“PCBCOMPONENT_1”的元件
138
在元件栏空白处右键选择“元件向导”
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在弹出窗口中选择“下一步”
140
器件图案中选择“Capacitors”，再选择“下一步”
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为器件选择“Through Hole”型，再选择“Next”
142
焊盘尺寸外径设置为80mil，孔径40mil，再点选“Next”
143
焊盘孔距设置为100mil，再点选“Next”
144
将电容的外形定义为圆形，选择为“极性电容”，再点选“Next”
145
电容器外框高度和宽度按默认，直接点“NEXT”
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电容器封装名命名为“RB.1/.2”，再点“NEXT”
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在下面的窗口中点“完成”
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The End!
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