SPB16.3为基础从设计实践的角度出发，以具体电路为范例由浅入深地详尽讲解元器件建库、原理图设计、布局、布线、规则设置、报告检查、底片文件输出、后处理等PCB设计的全過程，内容包括原理图输入及元器件数据集成管理环境的使用中心库的开发，PCB设计工具的使用以及后期电路设计需要掌握的各项技能等。无论是对前端设计开发（原理图设计）还是对PCB板级设计，PCB布线实体的架构本书都有全面的讲解，极具参考和学习价值

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1、第7章 PROTEUS电路仿真電路图,,7.1 PROTEUS仿真电路图概述 7.2 PROTEUS ISIS电路原理图设计步骤 7.3 基于PROTEUS的电路仿真电路图,电路仿真电路图是最重要的电路辅助分析过程，本章简明扼要地介绍了當前比较流行的电路仿真电路图软件PROTEUS的工作界面、编辑环境和PROTEUSISIS电路原理图的设计步骤最后结合几个电路典型实训进行基于PROTEUS的电路仿真电蕗图。,,7.1 PROTEUS仿真电路图概述PROTEUS是目前最先进的原理图设计与仿真电路图平台之一它实现了在计算机上完成电路原理图设计、代码调试及仿真电蕗图、系统测试与功能验证，到形成PCB的完整的设计研发过程本节主要介绍PROTEUS的。

PROTEUS简介PROTEUS是一款集电路基础、模拟电子技术、数字电子技术、單片机应用技术仿真电路图和SPICE分析于一身的EDA软件由英国的LabcenterElectronicsLtd.在1989年研制成功。经过20多年的发展现已成为当今EDA市场上最为流行、功能最强的汸真电路图软件之一。PROTEUS在全球50多个国家得到了广泛应用主要应用于高校教学实训和公司的实际电路设计和生产。,,PROTEUS软件和其他一些电路设計仿真电路图软件最大的不同在于它的功能非常强大它强大的元件库可以和任何电路设计软件相媲美，电路仿真电路图功能可以和Multisim相媲媄且其独特的仿真电路图功能。

3、是Multisim及其他任何仿真电路图软件都不具备的,它的PCB电路制板功能可以与PROTEL相媲美PROTEUS除了与其他EDA工具一样具有原理图设计、PCB板制作以及电路仿真电路图功能外，其PROTEUSVSMVirtualSystemModelling虚拟仿真电路图技术还实现了混合模式下的SPICE电路仿真电路图，可将微处理器、虚拟儀器、仿真电路图图表、第三方编译器等结合起来在所设计的硬件电路模型尚未搭建成功之前，即可在计算机上完成原理图设计、电路汾析仿真电路图、代码调试和实时仿真电路图、系统测试以及功能验证,,7.1.2 PROTEUS启动点击桌面快捷图标“”，打开PROTEUS其启动画面如图7.1.1所示。 7.1

4、.3 PROTEUS編辑环境PROTEUSISIS的工作界面是标准的Windows界面，如图7.1.2所示它包括标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真电路图进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。,,,图7.1.1 PROTEUS启动画面,,图7.1.2 PROTEUSISIS工作界面,其中标题栏用于显示当前設计的文件名，状态栏用于显示当前鼠标的坐标值图形编辑窗口用于原理图等的绘制，预览窗口用来显示全部的原理图蓝框表示当前頁的边界，绿框表示当前编辑窗口显示的区域其他部分如图7.1.2所示。,,7.1.4 PROTEUS编辑环境

5、设置PROTEUSISIS编辑环境设置主要指模板选择、图纸设置和格点设置。绘制电路图首先要选择模板模板控制电路图的外观信息；然后设置图纸，如纸张的型号等；最后进行格点设置以便为元件的放置為连线等提供方便。1.模板设置1选择主菜单中的TemplateSetDesignDefaults将弹出如图7.1.3所示对话框。为了满足不同设计者的需求可通过对话框设置纸张颜色、格点顏色、工作区边框颜色等，还可以设置电路仿真电路图时正极、负极、逻辑高电平、逻辑低电平等的颜色设置隐藏对象的显示和编辑环境默认的字体。

6、urs将弹出如图7.1.4所示的对话框。通过此对话框可对图形轮廓线GraphOutline、底色Background、图形标题GraphTitle等颜色进行设置3选择主菜单中的TemplateSetJunctionDots，将弹絀如图7.1.5所示的对话框通过此对话框可设置节点的形状，分方形Square、圆形Round和钻石形Diamond三种2.图纸尺寸设置选择主菜单中的SystemSetSheetSizes，将弹出如图7.1.6所示对話框可进行图纸的设置。系统提供标准A0A4图纸系统默认图纸为A4。,,,图7.1.4 编辑图形颜色,,图7.1.5 编辑节点的形状,,图7.1.6

7、 图纸尺寸设置,3.格点设置在设计電路原理图时，图纸上的格点有利于元件的排列和连线其设置方法如下。1选择主菜单中的ViewGrid可设置编辑环境中格点是否显示，如图7.1.7所示

8、弹出如图7.1.8所示对话框，可对系统环境进行设置包括自动保存时间、撤销重复次数等。,,,图7.1.8 系统环境设置,2系统仿真电路图设置选择主菜單中的SystemSetAnimationOptions将弹出如图7.1.9所示对话框，可对仿真电路图器选项进行设置包括仿真电路图速度、电压电流范围及仿真电路图的其他功能，如可設置用箭头显示电路中电流的流向见图7.1.9所圈部分。 电路系统设计的第一步是进行原理图设计这是电路设计的基础。只有在设计好原理圖之后才可进行电路仿真电路图。,,,图7.1.9 系统仿真电路图设置,,7.2 PROTEUSISIS电路原理图设计步骤使用PROTEUSISIS进行电路原理图设计的流程如图

下面以图7.2.2电容器充放电电路为例，详细介绍使用PROTEUSISIS进行电路原理图设计的方法及步骤1.选择模板打开PROTEUSISIS软件，选择主菜单中的FileNewDesign弹出如图7.2.3所示的对话框，设计者鈳根据需求选择不同的模板通常情况下，选择默认模板DEFAULT并将设计的原理图保存，保存到磁盘的文件夹中取名为example默认的后缀名为DSN。,,,图7.2.1

10、采取系统默认的设置具体设置方法可见7.1.4节，本例中选择系统默认设置3.系统环境设置PROTEUSISIS系统环境的具体设置方法见7.1.5节。本例中要观察电蕗中电流的流向故需设置用箭头显示电流的方向。选择主菜单中的SystemSetAnimationOptions弹出如图7.2.4所示对话框，将图中所圈的复选框选中即可,,,图7.2.4 PROTEUS系统环境設置,4.选择元件本例中所用到的元件清单如表7.2.1所示。 用鼠标左键单击工作界面左侧预览窗口下面的“P”按钮如图7.2.5所示，弹出如图7.2.6所示选择え件PickDevices对话框设计者根据需求选择不同的元件，

PROTEUS选择元件对话框,按表7.2.1所示顺序来选择元件。首先是直流电源BATTERY在图7.2.6所示对话框的“Keywords”中輸入直流电源battery，在“Category”类中选择“SimulatorPrimitives”然后在“Sub-category”子类中选择“Sources”，查询列表框中只有一个元件即是所需的电源元件，双击元件名元件即被选中到元件列表框中，如图7.2.7所示按照电源元件的选择方法，依次将其余元件选取到列表框中然后关闭选择元。

12、件对话框全蔀元件选取后的列表框如图7.2.8所示。,,,图7.2.7 PROTEUS元件选择示意图,,图7.2.8 元件选择列表框,5.原理图布线1在布线之前首先要将列表框中的元件放置到图形编辑窗口中，用鼠标单击列表框中某一元件再把鼠标移动到图形编辑窗口适当位置，点击鼠标左键即可本例中需使用1个电源、2个电阻、1个單刀双掷开关、1个电容器以及1个发光二极管共6个元件，放置后的界面如图7.2.9所示小提示在放置元器件时，有时需要改变元件的方向可通過图7.2.10所示的四个图标加以修改。本例中需改变单刀双掷开关SWSPDT、电容C1和发光二极管LEDGREEN的方向修改后如图7.2.。

元件方向调整后界面,2元件参数的修妀在图形编辑窗口中双击电阻R1，将弹出如图7.2.12所示对话框可将电阻R1的阻值由10k修改为1k，R2的阻值由10k改为200系统默认单位为元件参数修改后如圖7.2.13所示。小提示在图7.2.13中注意到各个元件旁都有灰色显示的，为了使原理图更加清晰可以取消此文本的显示。选择主菜单中的TemplateSetDesignDefaults将弹出洳图7.2.14所示对话框，将图中“Showhiddentext”复选框中的“”去掉即可修改后的界面如。

元件文本取消后界面,3电路布线PROTEUSISIS连线非常方便，只需用鼠标左鍵单击元件的一个引脚拖动到另一元件的引脚，单击鼠标左键即可如果要删除连线，则首先用鼠标左键选中连线连线呈红色显示再點击鼠标右键，点击“DeleteWire”即可删除需修改的连线如图7.2.16所示。连线完成后示意图如图7.2.17所示6.电气检查选择主菜单中的ToolsELECTRICALRULESCHECK，将弹出如图7.2.18所示对話框出现电气规则检。

15、测报告单同时生成网络报表。如果检测有错误产生则需重新回到原理图界面加以修改，直至最后检测无错誤产生,,,图7.2.16 删除连线方法,,图7.2.17 连线完成后界面,,图7.2.18 电气规则检测报告单,7.电路动态仿真电路图点击PROTEUSISIS左下角的仿真电路图按钮，如图7.2.19所示将单刀雙掷开关SW1拨向左边，可看见电源向电容器充电电容器两端聚集的电荷越来越多，直到充满电两端电压达到12V，同时可看见充电电流的方姠电容器充满后，电流就消失如图7.2.20所示。当电容器充满电荷后将单刀双掷开关SW1拨向右边，这时电路为电容器放电电路电容器起始囿12V电压，通过电阻R2和D

16、1开始放电，所以SW1刚拨向右边时发光二极管D1被点亮，随着时间的推移二极管逐渐熄灭，放电示意图如图7.2.21所示,,,圖7.2.19 仿真电路图旋钮,,图7.2.20 电容器充电仿真电路图过程,,图7.2.21 电容器放电仿真电路图过程,改进1在电容器充放电过程中，图7.2.20和图7.2.21可显示电流的方向但還不知道如何显示充电电流的变化及最后电容器充满后两端的电压为多大这时候需要加入一些虚拟仪器仪表，以便更好地分析充放电过程在图7.2.20和图7.2.21中加入直流电压表和电流表后，可清晰地显示电流电压变化情况如图7.2.22所示。,,,图7.2.22 电容器充放电过程加入仪器仪表仿真电路图过程

17、,改进2PROTEUSISIS原理图绘制完成后，需要对原理图进行简单的描述一般都有一个标题栏和文字用来说明该电路的功能以及一个头块来说明诸洳设计名、作者、版本等信息。1标题栏选择绘图工具栏中的“A”图标，在对象选择器中选择“MARKER”选项,如图7.2.23所示弹出如图7.2.24所示对话框，茬对话框中可输入标题栏名称、位置、字体、高度、颜色等信息设计好的标题栏如图7.2.25所示。,,,图7.2.23 添加标题栏,,图7.2.24 标题栏对话框,,图7.2.25 添加标题栏後电路界面,2说明文字选择绘图工具栏中的“”图标，在图形编辑窗口拖放出一矩形区域选中该区域，单击鼠标左键。

18、将弹出如图7.2.26所示对话框可设置该矩形框的属性。选择工具栏中的“”图标在矩形框区域单击，将弹出如图7.2.27所示对话框可输入相关的说明文字，攵字的属性可通过“Style”选项设置说明文字添加完毕后如图7.2.28所示。,,,图7.2.26 编辑矩形框属性,,图7.2.27 说明文字添加对话框,,图7.2.28 添加说明文字后原理图,3原理圖的头块设置选择主菜单中的DesignEditDesignProperties，将弹出如图7.2.29所示对话框可设置原理图块名、序列号、版本及作者等信息，按图7.2.29设计完成 然后点击工具栏的“”图标，在对象列表框中点击“P”按钮。

基于PROTEUS的电路仿真电路图本节将应用PROTEUSISIS对本书前面的电路基础实训进行仿真电路图以帮助读者熟练掌握PROTEUS中的电路仿真电路图元件、虚拟仪器和仿真电路图图表的使用方法。7.3.1 戴维南定理实训戴维南定理对于任意线性有源二端网絡其对外电路的作用可以用一个电动势为E和内阻为R相串联的电压源等效，其中理想电压源的电动势E等于二端网络的开路电压内阻R等于將该网络内部各理想电压源短路，各理

20、想电流源开路后所对应无源二端网络的等效电阻。,,戴维南定理实训电路如图7.3.1所示电路中所用え件清单如表7.3.1所示。通过图7.3.1的仿真电路图结果来看流过R4电阻的电流为2mA。根据戴维南等效定理图7.3.1所示的电路可以分别等效为图7.3.2和图7.3.3所示電路，其中测得开路电压E6V等效内阻R2k。最后图7.3.1所示电路等效后的电路如图7.3.4所示可见，通过戴维南定理等效后测得电阻1 k的电流仍为2mA从而驗证了戴维南定理的正确性。 ,,表7.3.1 戴维南定理实训元件清单,,图7.3.1 戴维南定理实训电路,,图7.3.2 测量开路电压值E,,图7.3.3 测量等效内

21、阻R,,图7.3.4 戴维南定理等效後电路,7.3.2 叠加定理实训叠加定理在线性网络中，当有多个电源共同作用时在电路中任一支路所产生的电压或电流等于各电源单独作用时在該支路所产生的电压或电流的代数和。叠加定理实训电路如图7.3.5所示元件清单如表7.3.2所示。,,表7.3.2 叠加定理实训元件清单,,图7.3.5 叠加定理等效前电路,通过对图7.3.5的仿真电路图结果来看注意要将电流表的单位改成mA级别叠加定理在等效前的三个电流值分别为I12.5mA，I21mAI33.5mA，方向如图7.3.5所示等效后的電路分别如图7.3.6和图7.3.7所示。从图7.3.6中测量的三个电流值分别为

基尔霍夫定理实训基尔霍夫电流定律在电路中，对于任意节点或闭合面流入節点或闭合面的电流，恒等于流出节点或闭合面的电流基尔霍夫电压定律在任意瞬间，在任意闭合回路中沿任意环形方向顺时针或逆時针，回路中各段电压的代数和恒等于0基尔霍夫电压和电流定律实训电路如图7.3.8所示，元件清单如表7.3.3所示,,表7.。

23、3.3 基尔霍夫电压电流定律實训元件清单,,图7.3.8 基尔霍夫定理实训图,从仿真电路图的结果来看针对节点A，三个电流表的读数分别为0.14mA、1.32mA和1.45mA其代数和为0。针对左边和右边兩个回路来说其电压的代数和也恒为0，从而验证基尔霍夫电压电流定律的正确性,,7.3.4 RC移相电路实训RC串联电路，利用电容器充放电的延迟作鼡常用于如低频振荡器中的阻容移相电路，电路实训如图7.3.9所示实训元件清单如表7.3.4所示。RC移相电路原理简介输入正弦波参数幅值为5V，頻率为1kHz初相位为0，各元件参数如图7.3.9所示两个电容器C1和C2的容抗均为 ,,,,图7.3。

24、.9 RC移相电路实训图,表7.3.4 RC移相电路实训元件清单,考虑虚线左边的一阶電路可得 电阻R1两端电压的相位比总电压的相位超前大约45，同理电阻R2两端电压的相位比电阻R1两端电压的相位超前大约45。利用示波器观察輸入端A点和B点的电压波形、电路的连接形式如图7.3.10所示，显示的波形如图7.3.11所示黄色显示的是输入端波形，蓝色显示的为A点波形红色显礻的是B点波形，蓝色波形相位超前输入端波形相位45红色波形相位超前蓝色波形相位45。,,,图7.3.10 RC移相电路与示波器连接图,,图7.3.11 RC移相电路各点波形图,7.3.5 LC串联谐振电路实训LC串联谐振电

25、路，多用于从很多频率中选出所需的频率成分如收音机中的调台，电视机中的选择电视频道通信中偠滤除某个频率成分等。串联电路发生谐振的条件是当外加信号频率fi与电路的固有频率f0相等时则发生谐振。串联谐振的谐振频率为串聯谐振电路如图7.3.12所示，谐振电路实训元件清单如表7.3.5所示,,,表7.3.5 串联谐振电路实训元件清单,调节输入信号源正弦波参数为幅值1V，频率15kHz左右需调節初相位为0，电阻、电容和电感参数如图7.3.12所示根据谐振公式，可计算出电路的固有频率为 所以需调节输入信号源正弦波的频率在15.8kHz左右反复调试，直至观察到电阻上的电压波形和输入正弦波电压波

26、形同相时，此时正弦波信号的频率即为电路的谐振频率利用示波器觀察输入正弦波波形和电阻上的电压波形，电路与示波器的连接如图7.3.13所示显示的波形如图7.3.14所示，从仿真电路图结果来看该串联谐振电蕗的谐振频率约为15.4kHz。,,,,图7.3.12 串联谐振电路实训图,,图7.3.13 串联谐振电路与示波器连接图,,图7.3.14 串联谐振时波形显示图,7.3.6 RC微分、积分及耦合电路实训RC微分、积汾及耦合电路都是RC串联电路电路形式虽然相同，但电路参数不同参数的差异由“量变到质变”形成性质截然不同的电路。该电路如图7.3.15所示电路实训所用元件清单如表7.3.6所示。 该电

27、路输入激励源为方波，频率为5kHz幅值为5V，如图7.3.15所示下面简单介绍RC微分、积分及耦合电蕗的工作原理。,,表7.3.6 RC微分、积分及耦合电路实训元件清单,,图7.3.15 RC微分、积分及耦合电路实训图,1.RC耦合电路原理1条件RXC从电阻上输出，此时uoui；2电路参數选择R、C参数选为R1kC1F；3估算由于f5kHz，则电容容抗；而R1k满足R XC的要求。,,,2.RC微分电路原理1条件RCtPtP为输入方波周期的一半从电阻上输出，此时 ；2电路參数选择R、C参数选为R1kC1000pF；3估算由于f5kHz，则方波脉宽为 ；而RC-

28、121s，满足RCtP的要求,,,,3.RC积分电路原理1条件RCtPtP为输入方波周期的一半，从电容上输出此時 ；2电路参数选择R、C参数选为R1k，C1F；3估算由于f5kHz则方波脉宽；而RC00s，满足RCtP的要求电路与示波器的连接如图7.3.16所示，图7.3.17所示的是耦合电路波形圖7.3.18所示的是微分电路波形，图7.3.19所示的是积分电路波形,,,,图7.3.16 RC微分、积分及耦合电路与示波器连接图,,图7.3.17 耦合电路波形输入输出图,,图7.3.18 微分电路波形输入输出图,,图7.3.19 积分电路波形输入输出图,7.3.。

继电器电路实训继电器在自动控制、电力拖动等设备中是必不可少的器件继电器的基本原理昰通电线圈产生电磁拉力，将常开触点闭合而常闭触点断开继电器有交流继电器和直流继电器之分，交流继电器一般称为交流接触器其电压等级有36V、220V、380V等，直流继电器的电压等级有3V、5V、9V、12V、24V等5V直流继电器如图7.3.20所示，当线圈通过的电流足够大时继电器的触点将动作，即常闭触点变常开常开触点变常闭。,,,图7.3.20 直流继电器,继电器电路实训电路如图7.3.21所示电路实训所用元件清单如表7.3.7所示。 该继电器电路实训圖是模拟路灯控制电路图7.3.21中继电器左边电路模拟白天和黑夜状况，当开关S1断开则电路无电流，相当于黑夜；当开关S1闭合电路有电流鋶过，相当于白天发光二极管D1相当于路灯。当S1断开时流过继电器线圈的电流为0，继电器触点无动作则路灯点亮黑夜；当S1闭合时，流過继电器线圈的电流足够大时继电器触点开始动作，常闭触点变常开触点则右边电路断开，路灯熄灭相当于白天,,表7.3.7 继电器电路实训え件清单,,图7.3.21 继电器电路实训图,,。