基于protel的多路稳压电源课程设计

《protel实训》报告
题目：基于protel多路电源电路的设计专业班级：电子1001
学生姓名：
指导教师：旷海兰
武汉理工大学信息工程学院
2012 年12 月10 日
Protel实训任务书
学生姓名：专业班级：电子1001
指导教师：旷海兰工作单位：信息工程学院
题目: 基于protel多路电源电路的设计
主要目的就是对学生进行protel软件的操作训练，通过训练，使学生能够掌握protel软件的基本使用方法，能够使用protel绘制简单电路的原理图和PCB版图，提高学生的动手能力。

一、初始条件
计算机；Office Word 软件；PROTEL软件
二、内容和要求
1、学习PROTEL软件。

2、设计一个多路电源电路，绘制电路的原理图和PCB版图，要求图纸绘制清晰、布线合理、符合绘图规范。

3、对所设计电路的基本原理进行分析；
4、查阅至少6篇参考文献，按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写报告书，全文用A4纸打印。

三、时间安排
1、2012年12月10日集中，作基础强化训练具体实施计划与报告格式要求的说明；学生查阅相关资料，学习电路的工作原理。

2、2012 年12月11日，protel软件基本功能与使用方法学习。

3、2012年12月12日至2012年12月14日，采用protel进行相关电路图的绘制。

4、2012年12月15日上交成果及报告，进行答辩。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日
目录
摘要 (4)
Abstract (5)
1 绪论 (6)
2 软件简介 (7)
3 设计内容及要求 (8)
3.1设计目的及主要任务 (8)
3.1.1设计目的 (8)
3.1.2设计任务及主要技术指标 (8)
3.2设计要求 (8)
3.3设计思路 (9)
4单元电路原理图的设计与分析 (10)
4.1整流电路 (10)
4.2 滤波电路 (10)
4.3 稳压电路 (11)
4.4总电路原理图的设计 (12)
5 元件封装及PCB板制作 (13)
5.1 元件封装 (13)
5.2 PCB板制作 (13)
5.3 生成网络表 (13)
5.4设置PCB设计环境 (14)
5.5 布置零件封装位置 (14)
6电路板相关操作和规则 (15)
6.1布线相关规则 (15)
6.2自动布线 (16)
7心得与体会 (17)
参考文献 (18)
附录 (19)
相关电路及制作图像 (19)
摘要
随着计算机软硬件技术的飞速发展，集成电路被广泛应用，电路越来越复杂，集成电路越来越高，加之元器件层出不穷，使得越来越多的工作已经无法依靠手工来完成。

计算机广泛应用恰恰解决了这个问题，并且大大提高了工作效率。

因此，计算机辅助电路板设计已经成为电路板设计制作的必然趋势。

Protel系列软件早期版本用于设计pcb,后来增加了绘制电路原理图的功能，再后来又增加了电路仿真功能和可编程器件开发功能。

主要有原理图设计系统、印制电路板设计系统两大部分组成。

由于电子技术的特性 电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能 而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。

提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。

直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。

本文主要介绍了以PCB板制作多功能输出直流稳压电源电路板的基本过程，以及制作的整体思路和在制作的过程应注意的地方，本PCB板涉及到了元件原理图绘制、元件原理图和元件封装图之间、原理图管脚和元件封装图焊盘之间的关系、设计环境的颜色的变化、PCB板层的设置方法与电路板尺寸的确定方法及对象属性的编辑方法。

关键词：直流，滤波，集成稳压器，；原理图制作；PCB板设计
Abstract
With the rapid development of computer software and hardware technology, integrated circuit is widely used, circuit more and more complex, integrated circuit more and more high, together with components emerge in endlessly, more and more work has been unable to depend on hand to finish. The computer is widely used on the solved the problem, and greatly improve the working efficiency. Therefore, the computer auxiliary circuit board design has become an inevitable trend of circuit board design.
This paper mainly introduces the PCB board make LM3914 car voltage display circuit board, and make the basic process of the overall design ideas and should be paid attention to in the process of making the place, the PCB involved components principle chart drawing and components principle chart and components package diagram, principle diagram between the feet and components package diagram of the relationship between the pad, design of the environment color changes, PCB layer of the setting method and circuit board of the size of the determining method, and object attribute editorial method.
Keywords:concurrent,filter,regulator, Principle chart production; PCB design
1 绪论
很多电子设备，家用电器都需要直流电源供电，其中除了少量的低功耗、便携式的一些设备选用干电池外，绝大多数电子设备正常工作需要直流供电，而常用的电源—市电视220V或380V的交流电，因此需要把交流电变成直流电。

例如在我们学校的大多数集成运算放大器都需要加规定的直流偏置才能正常工作。

所以直流稳压电源对于我们的学习来说十分重要。

本文作为电子专业的学生，学会几种电路设计软件是十分必要的，科技的发展步伐越来越快，一些简单的数字元件是不能满足发展的需求的，为满足社会的发展需求，集成电路应运而生，从小规模集成电路到超大规模集成电路，使单个芯片的功能越来越高，对于一个设计方案的衡量通常是以使用芯片的数目和价格达到最少作为技术、经济的最佳指标。

因此，为了跟上时代的步伐，巩固所学的理论知识，学校给予了大力支持。

为能够把理论与实践相结合，达到学以致用目的，在学期末安排了Protel软件的强化训练，增强了学生解决实际问题的能力，强化了学生的动手能力。

Protel 则是Protel系列设计电路尤其是PCB印刷电路制作中很实用的一款。

具有自动布线，自动布局，进行逻辑检测、逻辑模拟等强大功能。

这些功能可以帮助电子工程师们提高电路板布线进程，设计更加精密复杂的电路板。

2 软件简介
本次设计以Protel为软件平台Protel是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是世界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。

Protel 是业界首例将设计流程、集成化PCB 设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA 设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。

Protel 提供了唯一一款统一的应用方案，其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。

Protel在单一设计环境中集成板级和FPGA系统设计、基于FPGA和分立处理器的嵌入式软件开发以及PCB版图设计、编辑和制造。

并集成了现代设计数据管理功能,使得Protel成为电子产品开发的完整解决方案－一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。

Altium 创新电子设计平台，形成了一个完整的一体化电子设计环境，以全新的方式创建和推出智能型关联电子产品。

Protel Winter 09则具有电路板设计和制造功能，具有自动布线，自动布局，进行逻辑检测、逻辑模拟等强大功能。

3 设计内容及要求
3.1设计目的及主要任务
3.1.1设计目的
（1）学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握Protel系列软件设计原理图、制作PCB板图的基本方法。

（2）学会电路设计的基本方法，培养综合设计与调试能力，学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。

（3）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

3.1.2设计任务及主要技术指标
（1）要求设计制作一个多路输出直流稳压电源，可将220V交流电转换为多路输出直流稳压电源
（2）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

计算电路元件参数与元件选择，并画出总体电路原理图。

（3）安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。

3.2设计要求
（1）使用Protel系列软件绘制多功能输出直流稳压电源电路原理图。

（2）使用Protel系列软件对多功能输出直流稳压电源电路进行检查调试，生成电路PCB版图。

3.3设计思路
本设计主要分为变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路、电源指示五个部分。

变压电路：将交流电网220V的电压变味所需要的电压值。

整流电路：将交流电压变成脉动的直流电压。

滤波电路：由于经过整流的脉动直流电压还含有较大的纹波，因此需要设计滤波电路加以滤除。

稳压电路：在电网电压波动、负载和温度变化时，依然维持输出直流电压稳定。

电源指示；显示当前的电路通断情况，方便了解电源当前的工作状况。

4单元电路原理图的设计与分析
4.1整流电路
桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。

因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的
4.2 滤波电路
滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。

4.3 稳压电路
滤波以后虽然纹波因数大大减小,但输出电压还不够稳定,主要是当负载电流或电网波动时,输出电压会随之发生变化，为此还需要加稳压措施。

稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）等发生变化时，使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。

稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件组成，采用集成稳压器设计的电源具有性能稳定、结构简单等优点。

4.4总电路原理图的设计
5 元件封装及PCB板制作
5.1 元件封装
零件封装是指实际零件焊接到电路板时所指示的外观和焊点的位置。

是纯粹的空间概念.因此不同的元件可共用同一零件封装，同种元件也可有不同的零件封装。

像电阻，有传统的针插式，这种元件体积较大，电路板必须钻孔才能安置元件，完成钻孔后，插入元件，再过锡炉或喷锡（也可手焊），成本较高，较新的设计都是采用体积小的表面贴片式元件（SMD）这种元件不必钻孔，用钢膜将半熔状锡膏倒入电路板，再把SMD元件放上，即可焊接在电路板上了[2]。

5.2 PCB板制作
印制电路板，又称印刷电路板、印刷电路板，简称印制板，英文简称PCB (printed circuit board )或PWB(printed wiring board)，以绝缘板为基材，切成一定尺寸，其上至少附有一个导电图形，并布有孔（如元件孔、紧固孔、金属化孔等），用来代替以往装置电子元器件的底盘，并实现电子元器件之间的相互连接。

由于这种板是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

习惯称“印制线路板”为“印制电路”是不确切的，因为在印制板上并没有“印制元件”而仅有布线。

它是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体。

5.3 生成网络表
1)利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表。

当然，有些特殊情况下，如电路版比较简单，已经有了网络表等情况下也可以不进行原理图的设计，直接进入PCB设计系统，在PCB设计系统中，可以直接取用零件封装，人工生成网络表。

2)手工更改网络表将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上，没任何物理连接的可定义到地或保护地等。

将一些原理图和
PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致，特别是二、三极管等。

5.4设置PCB设计环境
1）进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。

大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。

2）规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。

在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。

对于3mm 的螺丝可用6.5~8mm 的外径和3.2~3.5mm 内径的焊盘对于标准板可从其它板或PCB izard 中调入。

3）在绘制电路版地边框前，一定要将当前层设置成Keep Out层，即禁止布线层。

5.5 布置零件封装位置
Protel99可以进行自动布局,也可以进行手动布局。

如果进行自动布局，运行"Tools"下面的"Auto Place",用这个命令，你需要有足够的耐心。

布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。

用鼠标选中一个元件，按住鼠标左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。

Protel99在布局方面新增加了一些技巧。

新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。

使用自动选择方式可以很快地收集相似封装的元件，然后旋转、展开和整理成组，就可以移动到板上所需位置上了。

当简易的布局完成后，使用自动对齐方式整齐地展开或缩紧一组封装相似的元件。

6电路板相关操作和规则
6.1布线相关规则
自动布线过程一般分为以下几个步骤：
网络分类，便于对不同的网络设置不同的布线设计规则，提高设计效率。

设置布线设计规划，对不同的网络根据其不同的要求与特点，设置不同的布线设计规划。

设置自动布线的参数和方案。

运行自动布线。

自动布线之设计要点包括:
（1）略微改变设置，试用多种路径布线。

（2）保持基本规则不变，试用不同之布线层、不同之印制线和间隔宽度以及不同线宽、同类型之过孔如盲孔、埋孔等，观察这些因素对设计结果有何影响。

（3）让布线工具对那些默认之网络根据需要进行处理。

（4）信号越不重要，自动布线工具对其布线之自由度就越大。

对于连线的要求：
（1）线长：铜膜线应尽可能短，在高频电路中更应该如此。

铜膜线之不拐弯处应为圆角或斜角，而直角或尖角在高频电路和布线密度高之情况下会影响电气性能。

当双面板布线时，两面之导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。

（2）线宽：铜膜线之宽度应以能满足电气特性要求而又便于生产为准则，它之最小值取决于流过它之电流，但是一般不宜小于0.2mm。

只要板面积足够大，铜膜线宽度和间距最好选择0.3mm。

一般情况下，1~1.5mm 之线宽，允许流过2A 之电流。

例如地线和电源线最好选用大于1mm 之线宽。

在集成电路座焊盘之间走两根线时，焊盘直径为50mil，线宽和线间距都是10mil，当焊盘之间走一根线时，焊盘直径为64mil，线宽和线间距都为12mil。

（3）线间距：相邻铜膜线之间之间距应该满足电气安全要求，同时为了便于生
产，间距应该越宽越好。

最小间距至少能够承受所加电压之峰值。

在布线密度低之情况下，间距应该尽可能之大。

（4）屏蔽与接地：铜膜线之公共地线应该尽可能放在电路板之边缘部分。

在电路板上应该尽可能多地保留铜箔做地线，这样可以使屏蔽能力增强。

另外地线之形状最好作成环路或网格状。

多层电路板由于采用内层做电源和地线专用层，因而可以起到更好之屏蔽作用效果。

6.2自动布线
1）点击菜单命令Auto Route/Setup 对自动布线功能进行设置
选中除了Add Testpoints 以外的所有项，特别是选中其中的Lock All Pre-Route 选项，Routing Grid 可选1mil 等。

自动布线开始前PROTEL 会给你一个推荐值可不去理它或改为它的推荐值，此值越小板越容易100%布通，但布线难度和所花时间越大。

2）点击菜单命令Auto Route/All 开始自动布线
假如不能完全布通则可手工继续完成或UNDO 一次（千万不要用撤消全部布线功能，它会删除所有的预布线和自由焊盘、过孔）后调整一下布局或布线规则，再重新布线。

完成后做一次DRC，有错则改正。

布局和布线过程中，若发现原理图有错则应及时更新原理图和网络表，手工更改网络表（同第一步），并重装网络表后再布。

3）对布线进行手工初步调整
需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗，某几根绕得太多的线重布一下，消除部分不必要的过孔，再次用VIEW3D 功能察看实际效果。

手工调整中可选Tools-Density Map 查看布线密度，红色为最密，黄色次之，绿色为较松，看完后可按键盘上的End 键刷新屏幕。

红色部分一般应将走线调整得松一些，直到变成黄色或绿色。

7心得与体会
本次强化训练至此已经接近尾声，训练的时间虽然不是很长，但在整个设计过程中收获颇丰。

整个强化训练过程中首先对电路设计有了更深的了解，因为制作本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中便加深了对Protel的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解；以前的模数电实验只是针对某一个小的功能设计，而此次课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计。

另外，通过此次强化训练，我对设计所用到的软件有了更加深刻地了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。

通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在电路设计及protel使用上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。

感谢所有支持和帮助过我的同学和老师！
此外，我还要感谢在我的论文中所有被援引过的文献的作者们，他们是我的知识之源！
最后，再次向所有给予我帮助和鼓励的同学和老师致以最诚挚的谢意！
参考文献
[1] 康华光.电子技术基础：数字部分.4版.北京：高等教育出版社.2000
[2] 阎石.数字电子技术基础高等教育出版社 2006.5
[3] 郑家龙.集成电子技术基础教程.北京：高等教育出版社2002.
[4] 赵品编著．Protel99 高级应用．人民邮电出版社.2000.11
[5] 赵品编著．Protel99 入门与提高．人民邮电出版社.2000.11
[6] 袁任光．可编程序控制器选用手册．北京：机械工业出版社，2002
[7] Protel 99 SE电路设计与仿真应用
附录
相关电路及制作图像
武汉理工大学《protel实训》报告书
Protel实训成绩评定表
指导教师签字：
年月日
21。