前言
电路设计自动化(electronic design automation, EDA)指的就是将电路设计中各种工作交由计算机来协助完成,如电路原理图(schematic)的绘制、印刷电路板(printed-circuit board, PCB)文件的制作、执行电路仿真(simulation)等设计工作。随着电子科技的蓬勃发展,新型元器件层出不穷,电子线路变得越来越复杂,电路的设计工作已经无法单纯依靠手工来完成,电子线路计算机辅助设计(computer aided design, CAD)已经成为必然趋势,越来越多的设计人员使用快捷、高效的CAD设计软件来进行辅助电路原理图、印制电路板的设计,打印各种报表。
EDA软件Protel是Altium公司在20世纪80年代末推出的电路行业的CAD软件,它在国内使用时间较长,是国内电路设计者的首选软件。
OrCAD是由OrCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件,在世界上使用较广泛。相对于其他EDA软件而言,它的功能较强大,但是它在国内并不普及,知名度也比不上Protel,只有少数的电路设计者使用它。
Proteus软件是英国Labcenter Electronics公司推出的EDA工具软件。它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件,受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows系统为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析功能。
Quartus Ⅱ 是Altera公司推出的综合性PLD/FPGA开发软件,支持原理图、VHDL、Verilog HDL以及AHDL(Altera Hardware Description Language)等多种设计输入形式,内嵌自有的综合器以及仿真器,可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。
EWB(Electronics Workbench)是加拿大Interactive Image Technologies公司在20世纪90年代初推出的一款非常优秀的电路仿真软件,专门用于电子电路的设计与仿真。
Allegro是Cadence公司推出的先进的PCB设计布线工具。Allegro提供了良好且交互的工作接口和强大完善的功能,它与前端产品Cadence、OrCAD、Capture的结合,为当前高速、高密度、多层的复杂PCB设计布线提供了完美的解决方案。
PowerPCB前身叫PadsPCB,现在也改叫PadsPCB,是一款用于设计及制作印制电路板底片的软件,与PowerLogic配合使用,支援多款电子零件,如电阻、电容、多款IC chip等。PowerPCB与PSpice不同,后者可模拟线路特性,而前者则不能。
株式会社图研公司(Zuken Inc.)的Zuken软件,是日本在EDA行业唯一一款专注于PCB/MCM/Hybrid和IC封装设计的软件。
从开始的众多厂商在自己擅长的领域里发展,到后期不断地修改和完善,或优存劣汰,或收购兼并,或强强联合,现在在国内被人们熟知的EDA软件厂商屈指可数:Altium(收购Protel)、Cadence(收购OrCad)、Mentor(收购PowerPCB)、Zuken等。其中Cadence和Zuken的软件甚至被应用于芯片级设计。
Altium Designer是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统,主要在Windows操作系统中运行。这套软件通过对原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合,为设计者提供了全新的设计解决方案,使设计者可以轻松进行设计,熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。
Altium Designer除了全面继承了包括Protel 99 SE、Protel DXP在内的先前一系列版本的功能和优点外,还增加了许多改进和高端功能。该平台拓宽了板级设计的传统界面,全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计功能,从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。Altium Designer由于在继承先前Protel软件功能的基础上,综合了FPGA设计和嵌入式系统软件设计功能,因为对计算机系统的版本需求比先前要高一些。
在充分调研的基础上,本教材立足于Altium Designer 13展开讲解。因为该版本软件使用较为稳定,市面上用户量较大,使用时间较长。
本教材以源自生活的典型单片机系统、PCB设计全流程8个步骤、Altium Designer 13软件各大菜单为主线,深入浅出地介绍了Altium Designer 13软件平台下原理图设计以及PCB设计的具体方法。全书共有13个项目。
项目1为Altium Designer 13软件安装与认识,描述了硬件环境需求和如何安装Altium Designer 13,讲述了Altium Designer 13软件界面设置以及系统主菜单DXP操作及软件参数设置。
项目2为LED彩虹小夜灯电路制作,以彩虹小夜灯的PCB设计为任务载体,描述了从原理图设计到PCB设计的全流程,共8个步骤:①新建一个工程项目;②新建一个原理图并添加到工程;③绘制原理图;④编译工程与电气检查;⑤新建一个PCB文件并添加到工程;⑥导入设计到PCB文件;⑦布局与布线;⑧运行设计规则检查验证设计。
项目3为原理图元器件库的创建,以本教材所指单片机系统在默认库的未知元件为载体,阐述如何创建新的库文件和原理图库,如何创建新的原理图元件和多部件原理图元件,直至完成元件报表和库报表,对于库界面的菜单介绍,只做必要的讲解。
项目4为元器件封装库的创建,以本教材所指单片机系统在默认库的未知元件为载体,阐述如何创建新的元器件封装库,如何创建与元件关联的新封装,直至生成报表,对于库界面的菜单介绍,只做必要的讲解。
项目5到项目8,以PCB设计全流程8个步骤的前4个步骤为主线,分别以心形灯驱动电路原理图绘制、单片机最小系统电路原理图绘制、LCD1602显示电路原理图绘制、层次电路设计为任务载体,阐述原理图界面下各菜单的使用方法。
项目9为电路仿真分析,介绍仿真元件库以及仿真器的设置,包括一般设置、静态工作点分析、瞬态分析、交流小信号分析,以光控液晶屏亮度的电路、整流电路、典型单管放大电路三个典型电路来阐述软件的仿真功能,对于仿真界面的菜单介绍,只做必要的讲解。
项目10到项目13,以PCB设计全流程8个步骤的后4个步骤为主线,分别以心形灯驱动电路PCB设计、单片机最小系统电路PCB设计、LCD1602显示电路PCB设计、层次电路PCB设计为任务载体,阐述PCB设计界面下各菜单的使用方法。
本教材忽略了涉及FPGA/ARM等类型器件的EDA设计功能,主要围绕原理图设计和板级设计功能进行介绍,浅显易懂,针对任务介绍详细步骤,读者在阅读的同时如果能完成实例中的步骤,可以很快掌握PCB板图设计的方法,成为一个能独立完成电路设计、PCB设计任务的电路设计工程人员。
本教材由蒋水秀、何俊主编,秦青、龚大墉、任玉升为副主编、其他参加编写的人员有沈孟锋、徐观生、汪盛凡等。本教材的编著得到了Altium中国分公司聚物腾云物联网(上海)有限公司的华文龙经理和Altium资深教育技术顾问马熙飞先生的大力支持;得到了工业和信息化部人才交流中心、全国软件和信息技术专业人才大赛组委会、北京国信长天科技有限公司的大力支持;得到了工信部国家信息化计算机教育认证(CEAC)信息化培训认证管理办公室、万维凯旋教育集团的大力支持;也得到了杭州科技职业技术学院部分学生的协助。在编写过程中,编者参阅了许多同行专家的著作和文献,在此一并真诚致谢。
限于编者水平,疏误之处在所难免,请通过电子邮箱469407569@qq.com提出宝贵意见。
编者
2017年1月