隨著電子工業(yè)日新月異的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的應用已越來越普遍。電子設計自動化EDA(Eleetronic Design Automation)已成為不可逆轉的潮流。Protel就是一套建立在PC環(huán)境下的EDA開發(fā)工具。自1991年以來Protel已經成為廣大電路設計人員的首選設計軟件。
Protel 99SE是Protel Technology公司于2000年推出的基于Windows平臺的第六代產品，其主要的功能模塊包括電路元件設計、電路原理圖設計、印制電路板設計、 封裝元件設計、電路仿真等。本文主要闡述了Protel軟件在電子時鐘電路設計中的應用。
1 Protel軟件的設計特點及其流程
Protel軟件具有強大的電路仿真能力，能實現模/數混合信號的仿真分析，能提供連續(xù)的模擬信號和離散的數字信號的仿真，并且可以分析電路各方面 的性能，如電路的交直流特性、溫度漂移、噪聲、失真、容差、最壞情況等特性。Protel為每種分析類型都提供了一組設置參數，通過設置對話框可方便地設 置所需的各種參數。Protel提供了20多個模擬和數字器件仿真元件庫，共包含6000多個常用元器件。同時，Protel提供了一個開放的庫維護環(huán) 境，用戶可以方便地修改原有器件模型，也可以創(chuàng)建新器件模型。
1.1 電路設計及原理圖設計流程
電路設計是指實現一個實際的電子產品從構思設計、電路設計到物理結構設計的全過程。原理圖設計主要是繪制一張正確和完美的電路原理圖，繪制電路原理圖是整個電路設計的基礎。電路原理圖設計流程圖如圖1所示。
圖1 電路原理圖設計流程圖
1.2 印制電路板設計及其流程
印制電路板設計是從電路原理圖變成一個具體產品的重要步驟，印制電路板與實際的產品直接相關。因此，印制電路板設計是電路設計中最重要和關鍵的一步。通常印制電路板的設計流程如圖2所示。
圖2 印制電路板圖設計流程圖
2 Protel電路設計及其實例
下面主要是以單片機最小系統的設計來說明Protel 99SE在電路設計中的具體應用。
2.1 電路原理圖設計
電路原理圖設計最基本的要求是正確性，其次是布局合理，最后再是正確性和在布局合理的前提下力求美觀性以及可讀性。
根據上述電路原理圖設計流程，單片機最小系統原理圖設計過程如下：
(1)設置原理圖設計環(huán)境。設計環(huán)境是繪制原理圖的前期工作，在原理圖繪制之前，應該把設計環(huán)境設置好。工作環(huán)境設置是使用菜單Design/Options和Tool/Preferences進行，畫原理圖環(huán)境的設置主要包括圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格、模板設置等。
(2)放置元件。將電氣和電子元件放到圖紙上。一般情況下元件的原理圖符號在元件庫中都可以找到，只需要將元件庫中的元件從庫中取出，放置在圖上。由于元件種類繁多，分別放在不同的元件庫中，所以在使用過程之中，應該了解各個元件庫中元件的類型。
(3)原理圖布線。元件一旦放置在原理圖之后，就需要用導線將元件連接起來，連接時一定要符合電氣規(guī)則。在結構化設計的時候，為了使得圖形清晰，可以使用網絡標號連接。
(4)編輯與調整。編輯元件的屬性，這些屬性包括元件名、參數、封裝圖等。調整元件和導線的位置等操作。同時要在必要的地方加上電路的標注以及說明。
(5)檢查原理圖。使用Protel 99SE的電氣規(guī)則檢查功能，檢查原理圖的連接是否合理與正確，給出檢查報告。若有錯誤就需要根據錯誤情況進行改正。
(6)生成網絡表。生成原理圖的網絡表，所謂網絡表就是元件名、元件封裝、參數及元件之間的連接表，通過該表可以確認各個元件和它們之間的連接關系。
(7)打印輸出。打印輸出原理圖。
經過以上步驟，即完成了單片機最小系統原理圖的設計。單片機最小系統的電路相對比較簡單，其中包含單片機、單片機工作所需的晶振電路、上電自動復位及手工復位電路、單片機工作所需要的電源電路以及編程接口等。繪制完成的單片機最小系統原理圖如圖3所示。
圖3 單片機最小系統電路原理圖
2.2 印制電路板設計
電路設計的最終目的是為了設計出電子產品，而電子產品的物理結構以及電路功能是通過印制電路板來實現的。應用Protel 99SE進行印制電路板設計過程如下：
(1)啟動Protel 99SE，進入印制電路板設計環(huán)境。
(2)電路板框架設計。印制電路板設計之前，首先對電路板有一個初步的規(guī)劃，如電路板的邊框尺寸，采用幾層電路板，是單面板還是雙面板，各元器件采 用何種封裝形式及其安裝位置等。根據設計的電路在Keep Out Imyet繪制電路板的尺寸為寬7617mil，高4466mil。電路板定義為雙面板。電路板的尺寸是設計電路板首先需要考慮的因素，一般來說電路板的 外形尺寸與產品的外殼設計配套。在有可能的情況下長寬的比例設計為4：3或者3：2。
(3)參數設置。主要設置元器件的布置參數、板層參數、布線參數等。一般某些參數可用其默認值，參數設置是印制電路板設計中非常重要的步驟，執(zhí)行菜 單命令Design/Rules，左鍵單擊Routing按鈕，根據設計要求，在規(guī)則類(RulesClasses)中設置參數。選擇Routing Imy-er。選擇Width Constraint，對地線線寬進行設置：左鍵單擊Add按鈕，進入線寬規(guī)則設置界面，首先在Rule Scope區(qū)域的Filter Kind選擇框中選擇Net，然后在Net下拉框中選擇GND，再在Rule Attributes區(qū)域將Minimum width、Maximum width和Preferred三個輸入框的線寬設置為50mil;電源線寬的設置在Net下拉框中選擇VCC，其他與地線線寬設置相同;整板線寬設置： 在FilterKind選擇框中選擇Whole Board，然后將Minimum width、Maximum width和Preferred三個輸入框的線寬設置為20mil。
(4)調入網絡表及添加元件封裝。網絡表是指導印制電路板自動布線的規(guī)則，也是電路原理圖設計系統與印制電路板設計系統的中間載體。對于裝入的每個 元器件必須有正確的外形封裝，才能保證電路板布線的順利進行。執(zhí)行菜單命令Design/Add/Remove Library，在“添加/刪除元件庫”對話框中選取所有元件所對應的元件封裝庫，然后執(zhí)行菜單Design/Load Nets命令，然后在彈出的窗口中單擊“Browse”按鈕，再在彈出的窗口中選擇電路原理圖設計生成的網絡表文件(擴展名為Net)，如果沒有錯誤，單 擊“Execute”按鈕。若出現錯誤提示，需要更改錯誤，直到所有錯誤都修改正確。
(5)布置元件。Protel 99SE既可以對元器件進行自動布局，亦可讓用戶手工布局。布局是布線非常關鍵的一步，為了使布局更加合理、美觀，多數設計者都采用手工布局方式。有時候用戶在條件不太嚴格的情況下，為了提高布線效率，可以實現自動布局。
(6)自動布線。Protel 99SE采用世界最先進的無網絡、基于形狀的對角線自動布線技術。執(zhí)行菜單命令Auto Routing/All，并在彈出的窗口中單擊Route all按鈕，程序即對印制電路板進行自動布線。只要設置有關參數得當，元件布局合理，自動布線的成功率幾乎是100%。
(7)手工調整。自動布線結束后，可能存在一些令人不滿意的地方，可以手工調整，把電路板設計得盡善盡美。最后保存文件并打印輸出印制電路板(PCB)圖如圖4所示。
圖4 設置完成的電子時鐘PCB圖
Protel 99SE支持將所設計完成的PCB轉換為3D效果圖，以此來檢查電路板布局以及走線等各方面的情況。以便發(fā)現問題并做出相應的修改。單片機最小系統電路板3D效果圖如圖5所示。
圖5 單片機最小系統電路板3D效果圖
經過印制板加工企業(yè)的制作，最終完成的單片機最小系統電路板如圖6所示。
圖6 制作完成的單片機最小系統電路板
3 結論
隨著現代電子信息技術的快速發(fā)展，電子產品的復雜度以及集成度都有了飛速的提升。在電子產品設計過程中，電路設計軟件的使用也越來越廣泛。 Protel 99SE能夠提供從電路原理圖繪制、網絡表生成以及電路板設計的完整過程，憑借其強大的功能，極大地提高了產品的可靠性，縮短了設計周期，降低了設計成 本，是當今最為流行的計算機輔助電子電路設計軟件，今后很長一段時間仍將如此。