电气制图实验指导书(第一次修订)

《电气制图CAD》实验指导书(第1次修订)
赵葵银编
湖南工程学院
2004 年12 月
前言
本课程是一门面向应用的、培养学生运用CAD进行电路设计的基本技能的课程。

通过实验，要求学生熟练运用CAD软件（Protel）进行电气图设计和印刷电路板设计，学完本课程，要求具有独立设计电子产品的能力，为电子工程设计打下良好的基础。

《电气制图CAD》是一门工程技术类课程，是自动化专业的专业基础限修课。

本课程讲授电气制图一般方法与制图国家标准、电气图设计系统（SCH）、
印制电路板设计系统（PCB）三大部分。

1、实验开设对象：自动化专业方向学生。

2、实验的方式与基本要求：
（1）．软件的基本操作。

包括电气图设计系统SCH、印制板设计系统PCB、电气图元件库编辑系统（SCHLIB）、印制电路板设计系统元件封装库编辑系统（PCBLIB）的基本操作方式和文件管理等。

（2）．电气图设计（SCH）与电气图元件库元件编辑。

通过典型电气图设计，掌握用PROTEL软件设计电气图的一般方法和基本操作技巧、编辑的方法、文
件输出等基本技能
（3）．印制电路板PCB设计与PCB元件库编辑。

掌握单面板、双面板设计的一般方法和技巧，为电子产品设计制作打下良好基础。

同时掌握PCB元件库的编辑方法。

3、实验总时数为20～22。

共9个实验，其中带*部分的实验为多课时所做实验。

4、若有条件，可安排一到两次实践性教学。

5、因Protel软件发展很快，软件版本可能随时出现更新，其中有些操作步骤可能要发生变化。

因编写时间仓促，书中纰漏与错误难免，望读者批评指正。

编者
2004年12月
实验一电路图设计（SCH）基本练习
一、实验目的
1、学习SCH程序的基本操作（设计库文件的建立、文档的建立、工作环境参数的基本操作、元件库的调入、放置电路元件）。

2、熟悉SCH软件的基本界面（菜单、主工具栏、其他工具栏、状态栏、文件管理器）。

3、熟练使用常用快捷键。

4、绘制一个简单的电路图。

5、文件保存。

二、实验原理简述
Protel软件是一个应用非常普及的电子CAD软件，具有强大的设计功能，它有电路图设计（SCH）、印制电路板设计（PCB）、电路图元件库编辑（SchLib）、印制电路板元件编辑（PcbLib）、电路仿真（SIM）、可编程逻辑设计（PLD）等几部分程序组成。

通过一个简单的电路图设计（如图1所示），掌握SCH程序的基本操作和界面认识，熟练使用一些常用快捷键。

三、实验内容与主要步骤
1、启动程序，并新建文件库（*.ddb库文件）与图纸文件(*.sch文件)。

2、设置图纸为A4图纸，其它参数采用默认参数。

3、元件库的调入（先调入Miscellaneous Device.ddb，本次实验只需用到该库）。

4、放置元件。

5、连线。

6、编辑与修改。

7、保存或打印。

四、实验报告要求
1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。

2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的元件库、主要元件参数、保存的文件的名称。

3、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。

4、写出总结心得。

图1 电路设计基本练习图
实验二电路图设计（SCH）二
一、实验目的
1、熟练掌握分立元件库的使用。

2、快速绘制电路图形。

3、元件的属性修改和整体编辑。

4、熟练掌握电路图工具栏（Wiring Tools）常用工具的使用。

二、实验原理简述
通过绘制电路图（如图2所示），熟练使用库和元件放置操作，尤其是分立元件库的操作。

使用工具栏上的常用工具作图，提高作图速度。

熟悉元件的属性编辑界面。

三、实验内容与主要步骤
1、新建SCH文件。

2、元件库的调入（调入Miscellaneous Device.ddb，本次实验只需用到该库）。

3、放置元件与连线，完成图2的绘制。

4、元件的属性编辑。

5、保存。

四、实验报告要求
1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。

2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的元件库、主要元件参数、保存的文件的名称。

3、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。

4、本次实验中使用过的工具栏的主要工具说明
5、写出总结心得。

图2 电路图设计2
实验三电路图设计（SCH）三
一、实验目的
1、练习常用集成电路元件的放置方法。

2、掌握总线与总线分支的放置方法。

3、掌握网络标号的放置方法。

4、生成该电路的网络表。

5、材料清单报告表的生成方法。

6、ERC电气规则检查。

二、实验原理简述
调入多个元件库，完成图3的设计；掌握总线与总线分支的概念及放置方法；掌握网络标号的概念，作用与放置方法；掌握网络表的概念与生成网络表的方法。

三、实验内容与主要步骤
1、新建SCH文件
2、调入库（本次实验用到Miscellaneous Device.ddb和Protel DOS Schematic Libraries.ddb）。

3、放置元件、连线（包括Wire、Bus、BusEntry三种）、网络标号Netlabel。

4、属性编辑与修改（包括整体编辑与修改的方法与技巧）。

5、生成该电路的网络表(菜单命令：Design /Create Netlist…)。

6、生成材料清单报告(菜单命令：Report/ Bill of Material…)。

四、实验报告要求
1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。

2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的元件库、主要元件参数、保存的文件的名称、网络表、材料清单。

3、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。

4、本次实验中使用过的工具栏的主要工具说明。

5、写出总结心得。

五、实验图与元器件列表
元器件列表
图3 电路设计3
实验四电路图设计（SCH）四*
一、实验目的
1、练习层次电路的设计过程与设计方法。

2、区别电路图纸端口（Sheet Entry）和电路端口(Port)的区别。

3、生成项目方案库（Project Library）的方法。

4、掌握生成设计层次报告表的方法。

二、实验原理简述
通过建立一个层次电路（要求一个根电路两个子电路），掌握层次电路的建立过程与方法；理解层次之间依靠什么来建立联系；区别图纸端口与电路端口；掌握项目方案库与层次报告表的生成方法，透彻理解电路之间的各种连接关系的建立与区别。

根电路与子电路均要求自行设计。

三、实验内容与主要步骤
1、新建一个SCH文件。

2、采用自顶向下的设计方法（当然，你也可以采用自底向上的设计方法）。

先建立根电路，并对根电路的图纸符号和准备建立的子电路文件进行命名。

3、从根电路的图纸符号生成图纸1（即子电路sub1），再完成该子电路1的设计。

4、按步骤3同样的方法，完成子电路图2（即子电路sub2）的设计。

5、生成项目方案库。

6、生成设计层次报告表。

7、文件保存或打印。

四、实验报告要求
1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。

2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的元件库、主要元件参数、保存的文件的名称、网络表、设计层次报告表、项目方案库、层次电路之间的层次关系说明。

3、说明电路图纸端口（Sheet Entry）和电路端口(Port)的区别.
4、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。

5、写出总结心得。

五、实验电路
1. 项目电路图（*.prj）
sub1sub2
2. 子电路1（sub1.sch）
3. 子电路2（sub2.sch）
实验五 电路图元件库编辑（SCH LIB ）与新建元
件
一、实验目的
1、了解电路图元件库元件管理的方法。

2、掌握新建元件库的方法。

3、掌握新创建一个元件的方法。

4、调用自己创建的元件库和新元件的方法
二、实验原理简述
元件库中虽有许多的元件，但在实际中，我们有时也会碰到一些特殊的元件，而元件库中找不到。

此时，我们可以自己创建新的元件库和新元件，一旦创建以后，以后就可以象调用其他元件一样，随意的去调用该库和新元件了，可以一劳永逸。

本次实验通过要求大家新建一个自己的元件库，命名为Mylib1，在Mylib1中新建两个新元件，并分别命名为COMP-1和COMP-2。

要求创建的元件如图4所示。

12345
6
7
8
（COMP-1） (COMP-2)
图4 电路图库与新元件的创建
三、实验内容与主要步骤
1、新建一个元件库文件（SchLib Document），打开编辑元件库编辑程序。

2、作图绘制元件外形。

3、放置管脚，并编辑管脚名称及管脚的特性。

4、元件重命名
5、元件的属性描述
6、存储文件
7、到电路图编辑环境，调入自己新建的库与新建的元件，验证是否创建成功及效果。

四、实验报告要求
1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。

2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所新建的元件库名称、新建元件的名称、管脚参数与元件属性。

3、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。

4、写出总结心得。

实验六单面印制电路板（PCB）设计
一、实验目的
1、熟悉印制电路板（PCB）（也称印刷电路板）设计程序的工作环境与工作参数设置。

2、掌握印制电路板的设计的各个环节。

3、要求做到能设计出较高质量的印制电路板。

二、实验原理简述
印制电路板（PCB）设计是Protel电子设计软件的一个重要部分，许多工业产品和家用电器都使用了印刷电路板，所以作为一个电子产品的设计，印制电路板的设计就显得至关重要了。

印制电路板有单面、双面和多层之分，单面印制电路板只适用于较简单的电路，而双面印制电路板适用于较复杂的电路，多层板适用于复杂电路。

要设计一块非常优秀的印制电路板，要考虑许多因数，如布局、布线、抗干扰、发热多的元件的布局、体积大的元件的布局、插座的布局、数模电路混合的板子的布局、电源线与地线的处理、高频电路板的布局等等。

而在较短实验时间内，大家不可能考虑那么周全，但要求大家尽可能的多考虑各方面的因数，一些主要的设计规则和主要事项，还是必须要掌握的。

本次实验是根据一个给出的电路原理图（如图5，若为节省时间，也可以使用以前实验中绘制过的电路），设计一块单面板。

三、实验内容与主要步骤
1、绘制电路图，输入每个电路封装形式，进行ERC电气规则检查。

2、生成该电路的网络表。

3、新建一个PCB文件（*.pcb）。

4、设置工作环境参数（工作环境参数也可不设置，采用默认参数即可）。

5、设置相对坐标原点（用命令Edit/Origin/Set）。

并在Keepout Layer层画线确定板子边框的尺寸与外形（若要精确按坐标定义板子的尺寸与形状，在画线时，配合使用J+L键进行）。

6、通过Design/Netlist命令，用网络表的形式调入PCB元件置工作界面（当然也可以在电路图SCH环境中，用同步器Design/Update PCB调入PCB元件，但建议使用网络表的形式）。

这一步要注意的是网络表不能有错误，否则要回到电路图中去修改，再次生成网络表并保存覆盖原有网络表，直到网络表正确为止。

7、PCB设计规则设置，用命令Design/Rules，对各种规则进行设置（如元件安全距离、走线角度、板层设置、布线优先级、布线技术算法、过孔、线宽等）。

规则较多，要求一定要理解各规则的含义和设置方法与技巧。

8、自动布局（用命令T ools/Auto Place）和手工布局。

一般自动布局很难达到理想的布局效果，一般要采用自动布局和手工调整布局相结合的形式，或干脆就不使用自动布局，而直接使用手工布局。

在布局时可使用排齐工具（或命令Tools/Align Components）来帮助进行调整。

因布局阶段对印制电路板设计是最为关键的环节，所以要求布局一定要符合规则（考虑的布局规则主要有：安全距离、信号流方向、总连线最短、插座的布置、核心元件的布置、数模混合电路的布置、高频元件的布置、抗干扰措施的安排、有利于工程安装、布局美观工整等）
9、密度分析与DRC规则检查。

用命令Tools/Density Map进行密度图分析，看布局是否合理，否则回到上一步，继续进行调整。

并进行DRC规则检查。

10、自动布线规则设置（用命令Auto Route/Setup ）与自动布线(用命令Auto Route/All，局部布线用Auto Route/Net(或Connection、Component、Area ))。

11、修改与调整。

（1）对布得不好的连线进行手工修改或调整。

（2）处理好电源线与地线（允许范围内，线尽可能粗些、短些）。

（3）元件标号与参数的位置与方向调整。

（4）若有些部分要求进行特殊处理的要进行特殊处理（如补泪滴、铺铜等）。

（5）放置工程安装螺钉孔。

（6）标注尺寸与坐标。

12、生成板子信息报表
13、生成材料清单并与电路图的材料清单比较。

14、保存
15、打印（在File/Setup Printer项设置参数）。

要求用分层（Final）打印方式，打印电路图、顶层（Top Layer）、底层(Bottom Layer)、丝印层(Silkscream)、焊盘层（Pad Master）、阻焊层与助焊层(Mask)。

四、实验报告要求
1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。

2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的PCB元件库名称、保存的文件的名称、网络表、板子信息报告表。

3、将打印的图纸粘贴在实验报告本中。

4、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。

5、写出总结心得。

图5 按图设计单面印制电路板
实验七、双面印制电路板设计
一、实验目的
1、掌握双面印制电路板的设计过程与步骤。

2、熟悉印制电路板设计程序的工作环境与工作参数设置。

3、掌握印制电路板的设计规则设置的方法。

4、比较单面板与双面设计的异同。

5、要求做到能设计出较高质量的印制电路板。

二、实验原理简述
根据给出的电路图，设计双面板一块。

设计的注意事项与关键环节同上一实验类似。

主要区别在于：跟单面板比较，对于稍复杂的电路，因单面板布线受限于一面之内，有些线可能布不通，或布线效果不理想，此时可考虑采用双面板设计；双面板使用两面布线（Top Layer和Bottom Layer），而单面板只使用一面布线(Bottom Layer)；双面板中可能有过孔存在，而单面板中没有过孔存在；双面板的布通率通常要比单面板的布通率要高，走线更方便；但就机械加工成本来看，双面板的制作费用高于单面板。

在实际工程中，到底是使用几层板，要看具体情况。

本实验给出的电路比较简单（限于指导书的纸张小，无法给出较复杂的图纸），但也要求根据该简单电路设计出双面板，因为主要的目的是要求读者掌握双面板的设计过程，理解双面板与单面板设计的主要区别。

三、实验内容与主要步骤
1、绘制电路图，输入每个电路封装形式，进行ERC电气规则检查。

2、生成该电路的网络表。

3、新建一个PCB文件（*.pcb）。

4、设置工作环境参数（工作环境参数也可不设置，采用默认参数即可）。

5、设置相对坐标原点（用命令Edit/Origin/Set）。

并在Keepout Layer层画线确定板子边框的尺寸与外形（若要精确按坐标定义板子的尺寸与形状，在画线时，配合使用J+L键进行）。

6、通过Design/Netlist命令，用网络表的形式调入PCB元件置工作界面（当然也可以在电路图SCH环境中，用同步器Design/Update PCB调入PCB元件，但建议使用网络表的形式）。

这一步要注意的是网络表不能有错误，否则要回到电路图中去修改，再次生成网络表并保存覆盖原有网络表，直到网络表正确为止。

7、PCB设计规则设置，用命令Design/Rules，对各种规则进行设置（如元件安全距离、走线角度、板层设置、布线优先级、布线技术算法、过孔、线宽等）。

规则较多，要求一定要理解各规则的含义和设置方法与技巧。

8、自动布局（用命令T ools/Auto Place）和手工布局。

一般自动布局很难达到理想的布局效果，一般要采用自动布局和手工调整布局相结合的形式，或干脆就不使用自动布局，而直接使用手工布局。

在布局时可使用排齐工具（或命令Tools/Align Components）来帮助进行调整。

因布局阶段对印制电路板设计是最为关键的环节，所以要求布局一定要符合规则（考虑的布局规则主要有：安全距离、
信号流方向、总连线最短、插座的布置、核心元件的布置、数模混合电路的布置、高频元件的布置、抗干扰措施的安排、有利于工程安装、布局美观工整等）
9、密度分析与DRC规则检查。

用命令Tools/Density Map进行密度图分析，看
布局是否合理，否则回到上一步，继续进行调整。

并进行DRC规则检查。

10、自动布线规则设置（用命令Auto Route/Setup ）与自动布线(用命令Auto Route/All，局部布线用Auto Route/Net(或Connection、Component、Area ))。

11、修改与调整。

（1）对布得不好的连线进行手工修改或调整。

（2）处理好电源
线与地线（允许范围内，线尽可能粗些、短些）。

（3）元件标号与参数的位置与
方向调整。

（4）若有些部分要求进行特殊处理的要进行特殊处理（如补泪滴、铺
铜等）。

（5）放置工程安装螺钉孔。

（6）标注尺寸与坐标。

12、生成板子信息报表
13、生成材料清单并与电路图的材料清单比较。

14、保存
15、打印（在File/Setup Printer项设置参数）。

要求用分层（Final）打印方式，打印电路图、顶层（Top Layer）、底层(Bottom Layer)、丝印层(Silkscream)、焊盘层（Pad Master）、阻焊层与助焊层(Mask)。

四、实验报告要求
1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。

2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的PCB元件库名称、保存的
文件的名称、网络表、板子信息报告表。

3、将打印的图纸粘贴在实验报告本中。

4、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。

5、写出总结心得。

D7
图6 根据该图设计双面印制电路板
实验八PCB板卡设计*
一、实验目的
1、认识PCB板卡及其用途。

2、掌握较标准的PCB板卡的设计过程
3、掌握PCB板卡的信号通过金手指的引入与引出方法
4、熟练掌握插座的布置方法与布置位置
二、实验原理简述
PCB板卡在实际工程中应用相当广泛，如个人计算机的声卡、显卡、网卡等，在其他许多电子产品中也经常见到类似的板卡。

因此读者有必要掌握这一类板卡设计的基本方法。

不规则板卡的设计有一定的难度，但规则板卡的设计还是比较容易的，我们可以通过PCB设计向导（Wizards）来设计规则板卡。

本次实验要求大家按图7，利用板卡设计向导(Wizards)来设计一块规则的板卡。

标准板卡要求采用IBM XT bus format的形式。

三、实验内容与步骤
1、先绘制图7，输入各个元件的封装，并进行ERC规则检查。

2、生成电路的网络表。

3、新建一个PCB时，出现对话框，先选择Wizards项，再选中其下面的Printed Circuit Board Wizard项，点击Next，接着出现欢迎界面，再点Next。

出现板卡的英制和公制单位的选择，板卡的形式选择界面，选择好所要的项后，点击Next。

又出现板卡的尺寸界面，选择所要的尺寸，点Next。

又出现设计者信息填写项目，填写设计者信息，点Next。

又出现板层选择界面，选择所要的板层类型，点Next。

又出现选择过孔类型选项，选择所需要的类型，点Next。

又出现指定元件是表面贴片元件还是插件式元件，或两者都选的选项，选择所需要的项，点Next。

出现设置线宽、孔径与安全距离选项，设置好后，点Next。

出现结束界面，点Filish。

这样就完成板卡边框与尺寸及相关信息的设置。

4、用网络表调入PCB元件。

5、自动布局与手工布局
6、指定金手指各引脚的网络连接关系。

即指定通过金手指引入与引出的信号。

7、自动布线
8、调整与修改
9、保存或打印
四、实验报告要求
1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。

2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所用到的PCB元件库名称、保存的文件的名称、网络表。

3、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。

4、写出总结心得。

J1J2
图7 按该图设计PCB板卡
实验九PCB元件库编辑与新建PCB元件
一、实验目的
1、了解PCB元件库元件管理的方法。

2、掌握新建元件库的方法。

3、掌握新创建一个元件的方法。

4、调用自己创建的元件库和新元件的方法
二、实验原理简述
PCB元件库中虽有许多的元件，但在实际中，我们有时也会碰到一些特殊的元件，而元件库中找不到。

此时，我们可以自己创建新的元件库和新元件，一旦创建以后，以后就可以象调用其他元件一样，随意的去调用该库和新元件了，可以一劳永逸。

本次实验通过要求大家新建一个自己的元件库，命名为Mypcblib1，在Mypcblib1中新建两个新元件，并分别命名为COMP-1和COMP-2。

要求创建的元件如图8所示。

三、实验内容与主要步骤
1、新建一个元件库文件（PcbLib Document），打开编辑PCB元件库编辑程序。

2、作图绘制元件外形。

3、放置管脚，并编辑管脚名称及管脚的特性。

4、元件重命名
5、元件的属性描述
6、存储文件
7、到PCB图编辑环境，调入自己新建的库与新建的元件，验证是否创建成功及效果。

四、实验报告要求
1、实验报告的书写按“实验报告本”中的实验报告要求和格式书写。

2、在实验原始数据记录栏中，填写本次实验所新建的元件库名称、新建元件的名称、管脚参数与元件属性。

3、实验内容必须保存，每次同实验报告一起上交。

4、写出总结心得。

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(a) (b)
图8 新建PCB 元件制作。