跟我學(xué)做印制板（4）

接上期

第三節(jié) 電原理圖設(shè)計（續(xù)）

（6）電原理圖繪制

根據(jù)需要，在完成一個相對獨立的功能塊部分的元件放置，并對元件相互位置做了較合理調(diào)整以后，即可開始繪制電路。對于繪制單張電原理圖，一般包括以下內(nèi)容： 導(dǎo)線／總線繪制；添加電源／地的連接；設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號。

●放置操作與工具欄。

前面講述了放置元件時的常用方法，放置元件只是眾多放置功能之一。繪制原理圖就是按照需要，在圖紙上放置元件、導(dǎo)線、各種符號等。換句話說，繪制電原理圖的基本操作就是“放置”，所以放置元件的操作方法也就是繪制電原理圖的基本操作方法。

原理圖設(shè)計工作界面中的配線工具欄常用于快速操作，它提供了原理圖繪制時最常放置的對象，包括了導(dǎo)線、總線、總線入口（總線分支符號）、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號、接地符號、電源符號、元件、圖紙符號（分層設(shè)計的子圖）、子圖的端口、原理圖的端口以及忽略ERC（電氣規(guī)則檢查）指示符。

與放置元件類似，在放置對象處于“待放置”

狀態(tài)時，可以按下鍵盤上的Tab 鍵，即彈出編輯對話框，用于對放置對象進(jìn)行各種屬性編輯。

●繪制導(dǎo)線。

電原理圖中的導(dǎo)線（wire）是一種被抽象的圖形（線條），它的物理意義是電氣連接（導(dǎo)電），注意不要與僅用于圖示或標(biāo)注的普通二維線（line）混淆。在圖中，元件的引腳之間用導(dǎo)線連接起來則表示他們之間建立起了電氣連接。繪制導(dǎo)線的完整操作實際上包括導(dǎo)線的繪制、導(dǎo)線屬性的設(shè)置和對導(dǎo)線的操作。

圖1 繪制導(dǎo)線狀態(tài)鼠標(biāo)指針

圖2 繪制導(dǎo)線，起點

在配線工具欄單擊“放置導(dǎo)線”按鈕，鼠標(biāo)箭頭指針不變，但增加十字形狀定位光標(biāo)（根據(jù)在“優(yōu)選項”中的設(shè)定，可能是小十字，也可能是大十字）并附加了一個呈45°的小叉，表示電氣連接定位點，如圖1 所示。在圖2 中，要把R1 的右引腳連接到R2 的上引腳，移動鼠標(biāo)至R1 右引腳外端，將其作為導(dǎo)線的起點。如果把電氣網(wǎng)格設(shè)為30mil 或更大，我們會發(fā)現(xiàn)十字形光標(biāo)接近R1 右引腳時，會自動“捕獲”，定位于其外端點，即其電氣熱點。這時光標(biāo)上的45°小叉變大，成紫紅色，指示已定位。單擊鼠標(biāo)左鍵，確定起點，再把鼠標(biāo)移到R2 上引腳。

可以看到，由于兩個元件的引腳不在同一水平線上，導(dǎo)線自動成直角轉(zhuǎn)彎到達(dá)R2 上引腳。電氣捕獲后，光標(biāo)的45°小叉變大，成紫紅色，如圖3。單擊左鍵確認(rèn)，一條導(dǎo)線即繪制成功。

圖3 繪制導(dǎo)線，終點

圖4 導(dǎo)線轉(zhuǎn)折

有時，在繪制導(dǎo)線時，需要繞過其他元件。那么導(dǎo)線可能會轉(zhuǎn)幾個彎。如圖4，把R1 的右引腳連接到R3 的左引腳，繞過R2。確定起點以后，每到需要轉(zhuǎn)彎處，單擊一次左鍵，則把該點作為新起點，繼續(xù)繪制導(dǎo)線。到達(dá)終點的處理，與圖2 相同。

如果導(dǎo)線的終點落在電氣熱點上，則該導(dǎo)線連接完成，本次操作自動終止。鼠標(biāo)指針變回圖1 形狀，可以重新開始一次新的連接。如果要讓導(dǎo)線尾端懸空，并不直接連到某個元件引腳，則將鼠標(biāo)指針移動到需要處，單擊左鍵確定終點，再單擊右鍵即可結(jié)束本次導(dǎo)線繪制，自動重新開始。要結(jié)束導(dǎo)線繪制操作，再次單擊右鍵即可。在繪制導(dǎo)線過程中，建議把電氣網(wǎng)格的數(shù)值設(shè)置得比捕獲網(wǎng)格小，否則因為“自動捕獲”的緣故，鼠標(biāo)指針在柵格之間的移動會很困難。

在放置導(dǎo)線時，按Shift+Space 快捷鍵，可以循環(huán)切換導(dǎo)線放置模式：90°，45°，任意角度，自動連線。這些模式是定義放置導(dǎo)線時轉(zhuǎn)角的不同樣式。自動連線是一種特殊模式，它可以自動繞過障礙物完成兩點間的自動走線。在該模式下，按下Tab 鍵會彈出對話框，供設(shè)置自動走線選項。

●導(dǎo)線屬性。

繪制導(dǎo)線過程中，按下Tab 鍵，即彈出如圖5的導(dǎo)線屬性設(shè)置對話框，可選擇線寬和顏色。對于已經(jīng)繪制的導(dǎo)線，可對其左鍵雙擊，也同樣可以彈出這個對話框。

●導(dǎo)線修改操作。

在設(shè)計電原理圖的過程中，常常會發(fā)生對元件的增刪，圖紙布局的調(diào)整等，就需要對已經(jīng)繪制結(jié)束的導(dǎo)線進(jìn)行修改操作。如果是保持連接關(guān)系不變的“拖動”操作，首先需要對導(dǎo)線“選中”。左鍵單擊導(dǎo)線，被選中導(dǎo)線“點亮”，見圖6。需要注意的是，這樣選中的是一次繪出的一條導(dǎo)線，并不包括連接在它上面的其他導(dǎo)線（或?qū)Ь€段）。

圖5 導(dǎo)線屬性編輯

圖6 導(dǎo)線選中

圖7 導(dǎo)線轉(zhuǎn)折點拖拉

圖8 導(dǎo)線線段平移拖動

導(dǎo)線被選中后，可以用鼠標(biāo)指向?qū)Ь€的端點或某個轉(zhuǎn)折點，按住左鍵，即可如圖7 拖動轉(zhuǎn)折點。

鼠標(biāo)指向某一段導(dǎo)線的中間部分某處，即可如圖8平移拖動這段導(dǎo)線，同時保持導(dǎo)線的完整。

如果要移動某條導(dǎo)線，則不應(yīng)“選中”，而是直接用鼠標(biāo)指向?qū)Ь€，按住左鍵，根據(jù)需要移動即可，如圖9。

圖9 移動導(dǎo)線

●電源符號。

電源符號包括了電源和地。放置電源符號，可以在配線工具欄中直接選擇電源按鍵或接地按鍵，單擊便有電源符號處于“待放置”狀態(tài)，類似放置元件或?qū)Ь€。此時按一下Tab 鍵，即彈出屬性編輯對話框，如圖10 所示。風(fēng)格樣式可下拉選擇7 種圖樣，并可指定網(wǎng)絡(luò)（即它所連接的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號），顏色和放置角度。

實際的電子設(shè)計，因產(chǎn)品類型不同，可能會用到多種不同的“接地”，例如電源地、數(shù)字地、模擬地，以及機殼地（接大地）等；電源也可能會有幾種不同等級的供電電源，例如+5V、+3.3V，或者用不同名稱予以區(qū)別，如VCC、VDD 等，在設(shè)計中應(yīng)分別定義符號樣式和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號。

“實用工具欄”中有一個電源端口放置操作鍵，提供下拉選擇若干現(xiàn)成的電源和接地符號，見圖11。

圖10 電源符號屬性編輯

圖11 實用工具欄，放置電源端口選單

電氣連接的最直觀表示是用導(dǎo)線連接元件管腳。此外，在元件的管腳、導(dǎo)線、電源／接地符號等具有電氣特性屬性的對象上放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，說明該對象所在的電氣網(wǎng)絡(luò)，具有相同網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的對象被認(rèn)為處于同一個由網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號命名的網(wǎng)絡(luò)中，相互間具有電氣連接。繪制規(guī)模較大的電原理圖時，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的使用是相當(dāng)重要的，在單張原理圖中，通過設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號表征電氣連接可以減少繁復(fù)的連線；在層次化原理圖中，利用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號可以建立跨原理圖圖紙的電氣連接。

在一段導(dǎo)線上標(biāo)注了網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號后，凡與該段導(dǎo)線相連接的元件引腳以及相連接的導(dǎo)線段也即定義了同一網(wǎng)絡(luò)。此外，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號是有電氣定位點的，在水平放置時，定位點處于左下角。定位點落在對象上，該對象才被定義，否則設(shè)計軟件并不認(rèn)為該對象被標(biāo)注。

網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號放置步驟如下：

1）單擊配線工具欄上“放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號”按鈕，新產(chǎn)生一個浮動的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的標(biāo)志，隨鼠標(biāo)指針十字狀定位光標(biāo)移動，如圖12 所示。

　圖12 放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號

2）按一下Tab 鍵，即彈出如圖13 的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號編輯對話框，可編輯網(wǎng)絡(luò)名稱，以及標(biāo)號屬性等。

例如，網(wǎng)絡(luò)名稱定義為VCC，然后確定。

圖13 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號編輯對話框

3）移動鼠標(biāo)指針到所要標(biāo)注的導(dǎo)線，一旦網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的電氣定位點落到對象上，鼠標(biāo)將顯示紫紅色的叉標(biāo)記，指示已定位。和放置元件相同，可以按動空格鍵，標(biāo)號將按逆時針每次90°旋轉(zhuǎn)，適合在豎直導(dǎo)線上放置標(biāo)號。

4）單擊鼠標(biāo)左鍵，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號將定位于導(dǎo)線上方，如圖14。

圖14 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的定位

圖15 所示是放置完成網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的局部電原理圖。圖中，標(biāo)志VAA 的兩條線是有電氣連接的，兩個標(biāo)注為AGND 的接地符號也是處于同一網(wǎng)絡(luò)，但和標(biāo)注為GND 的接地就不是同一網(wǎng)絡(luò)。

圖15 放置完成的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號

如果放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的過程是連續(xù)操作，在第4期P53 圖1 所示的優(yōu)先設(shè)定項“原理圖通用設(shè)定”中，把放置時自動增量的主增量設(shè)為“1”（見圖16），而前一個標(biāo)號名稱以數(shù)字結(jié)束，則每放置一個標(biāo)號，其尾部的數(shù)字就自動加上1。圖17 所示是連續(xù)放置單片機數(shù)據(jù)總線標(biāo)號時的操作情況?？梢娮詣釉隽渴共僮髯兊檬挚旖莘奖?。

圖16 放置自動增量設(shè)置

圖17 自動增量放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號

放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號操作中要注意兩個細(xì)節(jié)：

a） 對同一網(wǎng)絡(luò)散布在各處的對象（導(dǎo)線、引腳等），所標(biāo)注的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號必須嚴(yán)格一致，同一字母的大小寫被認(rèn)為是不同名稱。有人愛用下橫杠“_”，比如“LCD_EN”、“LCD_CTL”等，特別需要注意的是，如果有一個誤輸入為“LCD-CTL”，則被認(rèn)為與“LCD_CTL”不是同一網(wǎng)絡(luò)，而這種錯誤往往很不容易發(fā)覺。

b） 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的字號建議選擇為“9”即高度為90mil。因為一般原理圖庫元件設(shè)置引腳距離為100mil，這樣使得網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號便于識別。

●總線。

現(xiàn)代電子設(shè)備中使用處理器構(gòu)成“智能設(shè)備”

已經(jīng)十分普遍，這一方面是由于技術(shù)的普及，另一方面在于處理器（單片機、微控制器）的價格已非常低廉。處理器的接口設(shè)計，必然應(yīng)用到數(shù)據(jù)總線、地址總線。為了圖紙表達(dá)簡明，一組數(shù)條（8 條甚至16 條）的數(shù)據(jù)線或地址線往往用一條“總線”表示，在器件端，每條引腳使用總線接入分支連接到總線。

使用總線的目的是為了圖紙簡潔，易于理解，實際上的電氣連接關(guān)系是依賴于網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號?？偩€并不直接與元件引腳相連接，其起點和終點的位置確定有一定的任意性，一般是以美觀為原則。下面以單片微控制器與存儲器的數(shù)據(jù)總線連接為例，敘述總線的繪制。

如圖18，放置總線之前，先將元件有關(guān)引腳引出。然后如圖19 繪制總線。總線的繪制操作過程與繪制導(dǎo)線類似，先在配線工具欄點擊“放置總線”鍵，然后確定起點，轉(zhuǎn)彎處，至終點，左鍵確定，右鍵結(jié)束退出。在繪制過程中，也可按一下Tab 鍵，進(jìn)入屬性設(shè)置對話框，編輯總線的顏色和線寬。要注意的是總線的起止點均不與元件引腳直接相連，而是處于“懸空”狀態(tài)。此外，為了美觀，總線的轉(zhuǎn)彎處往往處理成45°，在繪制導(dǎo)線或總線時，按動“Shift+Space”組合鍵，可以切換畫線模式，在工作窗口下方的“狀態(tài)欄”可以看到提示。

下一步是放置總線入口。點擊配線工具欄“放置總線入口”按鍵，即如圖19 出現(xiàn)總線入口符號（呈45°短線）跟隨鼠標(biāo)。和放置其他對象一樣，此時也可按空格鍵使其作90°逆時針旋轉(zhuǎn)，“X”鍵左右鏡像空翻，“Y”鍵上下鏡像空翻。確定位置，左鍵完成，如此繼續(xù)可將需要的總線入口全部放好。

最后放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，如圖20 所示。如果相同的總線還要出現(xiàn)在其他地方，則總線也應(yīng)該放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，這里是D[07]，意即D0 ～ D7，請務(wù)必注意格式。

圖18 放置總線準(zhǔn)備，引出元件引腳

圖19 繪置總線，放置總線入口

圖20 放置總線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號

●元件標(biāo)號。

元件標(biāo)號即元件的標(biāo)識符，是對元件進(jìn)行唯一識別的依據(jù)。元件標(biāo)號一般包括兩個部分：元件類別縮寫與編號。類別縮寫是對元件性質(zhì)的分類，例如集成元件為U，電阻為R，電容器為C，插座的國標(biāo)命名為CZ（Protel 軟件的默認(rèn)為J，即Junction 連接器），等等。類別縮寫后面緊跟的是該元件在電原理圖中的編號，例如R1、C5、U4。對于多封裝元件，即一個封裝中有幾個部分，而為了繪制原理圖方便，有時會分別放在不同的地方，那么元件標(biāo)號就還有后綴，例如U1A、U1B 分別表示元件U1 的兩個子元件，它們實際上是處于一個封裝之中。在放置元件時可以在屬性設(shè)置中定義元件標(biāo)號，也可以保留“待定”狀態(tài)，僅有類別縮寫，編號均為“？”。原理圖繪制完成后，可以手工一個一個地予以定義。雙擊元件，即彈出屬性設(shè)置對話框，手工改寫標(biāo)識符即可。元件較多時，可以自動標(biāo)號，操作過程如下：

在原理圖設(shè)計界面，單擊主菜單“工具”按鍵，在下拉選單中單擊“注釋”，即彈出注釋設(shè)置對話框，如圖21 所示。對話框分為左右兩大部分，左邊是原理圖注釋配置，右邊是建議變化對照表，未作更新變化以前，保留元件原來的注釋值。

圖21 元件注釋對話框

一張原理圖中往往有較多的元件，元件標(biāo)號（標(biāo)識符）應(yīng)該按一定規(guī)律編排，以便于查找。提供了4 種排序方式：從下往上再從左往右，從上往下再從左往右，從左往右再從下往上，從左往右再從上往下。按中國人的習(xí)慣，一般選擇第四項。匹配選項較多，包括了所有元件參數(shù)，默認(rèn)的是元件注釋（型號或參數(shù)值）與庫參考兩個較關(guān)鍵的參數(shù)。

標(biāo)識符起始索引設(shè)為1。確認(rèn)配置后，按下更新變化表，從彈出的圖22 所示注釋提示信息可見僅有5 個編號為“？”，即待定的元件被自動注釋。點擊OK 確認(rèn)，注釋對話框的建議變化表即列出此次操作執(zhí)行后元件標(biāo)識符的變化對照，如圖23 所示。

圖22 注釋變化信息提示

圖23 注釋變化對照

自動標(biāo)號的范圍設(shè)定有三個可選項：全部（編號為“？”的元件，已有完整標(biāo)號的元件保留原設(shè)定、忽略被選中元件、僅注釋被選中元件。若有部分元件已設(shè)置標(biāo)號，但希望完全重新設(shè)置，那么可以點擊Reset All，將其全部復(fù)位，再做全部重新設(shè)置。

對圖23 所示建議變化認(rèn)可以后，如圖點擊接受變化（建立ECO）鍵，執(zhí)行變化。此時彈出ECO（工程變化訂單）見圖24。工程變化訂單分左右兩個部分，左邊是修改內(nèi)容欄，右邊是執(zhí)行狀態(tài)欄。認(rèn)可變化，如圖24 點擊使變化生效，狀態(tài)欄的第一列“檢查”顯示對每一項變化的檢查結(jié)果，無錯誤則為綠色圓圈打鉤，有錯則是紅色圓圈打叉，須查出原因予以改正，方可繼續(xù)。

圖24 元件注釋工程變化訂單

無誤，點擊執(zhí)行變化，狀態(tài)欄的第二列“完成”，即逐項執(zhí)行變化，并核對是否有誤，如圖25 所示。

全部執(zhí)行正確后，如需保留工程更改記錄，點擊變化報告[R]，即自動生成報告文檔，結(jié)束后關(guān)閉。

圖25 元件注釋執(zhí)行變化

以后我們會多次遇到工程變化訂單，除了設(shè)計過程中的變更、標(biāo)注，還有原理圖修改以后印制電路板圖的同步更新等等。

（待續(xù)）