电路原理图设计要点精选(九篇)

第1篇：电路原理图设计要点范文

接触器是一种用来频繁地接通和断开负荷电流的电磁式自动化切换电器，主要用于控制电动机、电焊机、电容器组等设备，具有低压释放的保护功能，适用于频繁操作和远距离控制，是电力拖动自动控制系统中使用最广泛的电气元器件之一。交流接触器主要由电磁机构、触电系统、灭弧装置和其他辅助部件四大部分组成。当吸引线圈得电后，线圈电流在铁心中产生磁通，该磁通对衔铁产生克服复位弹簧反力的电磁吸力，使衔铁带动触点动作。触点动作时，常闭触点先断开，常开触点后闭合。当线圈中的电压值降低到某一数值时(无论是正常控制还是欠电压、失电压故障，一般降至线圈额定电压的85%)，铁心中的磁通下降，电磁吸力减小，当减小到不足以克服复位弹簧的反力时，衔铁在复位弹簧的反力作用下复位，使主、辅触点的常开触点断开，常闭触点恢复闭合。这也是接触器的失压保护功能。接触器的符号如图4。

2.电气控制线路的绘制

电气控制线路是由各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等组成的控制线路。为了表达设备电气控制系统的组成结构，工作原理及安装、调试、维修等技术要求，需要用统一的工程语言即用工程图的形式来表达，这种工程图即是电气图。常用于机械设备的电气工程图有3种：电路原理图、接线图、元器件布置图。电气工程图是根据国家电气制图标准，用规定的图形符号、文字符号以及规定的画法绘制而成的。

1)电气原理图

电气原理图是根据电气动作原理绘制的，用来表示电气的动作原理，用于分析动作原理和排除故障，而不考虑电气设备的电气元器件的实际结构和安装情况。通过电路图，详细地了解电路、设备电气控制系统的组成和工作原理，并可在测试和寻找故障时提供足够的信息，同时电气原理图也是编制接线图的重要依据。电气控制线路分主电路和控制电路。主电路用粗线绘出，而控制线路用细线绘出。一般主电路画在左侧，控制电路画在右侧。电气控制线路中，同一电器的各导电部分如线圈和

出头常常不画在一起，但要用同一文字符号标注。本次实习的电气原理图见附录。

2)电气安装接线图

电气安装接线图也叫电气装配图，它是根据电气设备和电器元件的实际结构、安装情况绘制的，用来表示接线方式、电气设备和电气元器件的位置、接线场所的形状和尺寸等。电气安装接线图只从安装、接线角度出发，而不明显表示电气动作原理，是供电气安装、接线、维修、检查用的。电气安装接线图的特点是：所有的电气设备和电气元器件都按其所在位置绘制在图纸上。本次实习的电气安装接线图见附录。

3.电气控制线路的设计

工业生产中，所用的机电设备很多，但其电气控制系统的设计原则和方法却基本相同。电气控制系统的设计一般包括确定拖动方案，选择电动机容量和设计电气控制线路。电气控制线路的设计又分为主电路设计和控制电路设计，一般情况下电气控制线路指的是控制电路的设计。电气控制线路设计主要采用两种设计方法：经验设计法和逻辑设计法。

1)电气控制线路设计的一般原则

最大限度的满足机电设备对电气控制线路的要求;

在满足生产要求的同时，应尽可能地使线路简单、实用;

保证控制安全，便于操作和维修。

2)电气控制线路设计的内容和步骤

a.确定电气设计的技术条件;

b.选择电气传动形式和控制方案;

c.确定电动机的类型、容量、转速、和型号;

d.设计电气控制原理图;

e.选择电器器件，制定电动机和电器器件明细表;

f.设计电动机、执行电磁铁、电气控制元件，以及检测元件的总布置图;

g.设计电气柜、操作台、器件安装板以及非标准器件专用安装零件;

h.绘制装配图和接线图;

i.编写设计计算说明书和使用操作说明书。

3)设计过程中应注意的问题

a.同一电器的不同器

件在线路中尽可能具有更多的公共联线，以简化电器的外部接线，缩短连接导线的数量和长度;

b.在满足生产工艺要求的前提下，减少不必要的触点以简化电路;

c.在控制电路中，除其工作的必要电器通电外，其余的回路尽可能不通电，以提高系统的稳定性和可靠性;

d.在控制线路中应避免出现寄生电路;

e.避免电器依次动作;

f.在线路中采用小容量继电器触点来控制大容量接触器的线圈。

4.电气控制线路的连接

根据接线图的连接，主电路板用粗线连接，控制电路板用细线连接。在连接当中，可以将各导线标号，便于连接，防止导线接错带来不必要的麻烦。

接线时应合理使用工具可以方便接线，导线连接尽量美观。

9.问题分析

此次实习中通过从始到终的一系列操作，我觉得在此过程中应注意以下问题：

1.在绘制接线图时要统一规划，尽量避免线路交叉，为每个节点标好号，线路图要清晰明了;

2.在熟悉元器件时要用万用表测试各器件，看各器件是否完好，另外还要测试其功能，如交流接触器、热继电器的常开、常闭触点，开关的用途等;

3.在下线前要将线给弄直，长短合适，接口处要将线往上拱一下，以便于维修时操作。尽量避免线路交叉、架空，为线路标好号;

4.要注意灯泡的位置是否正确，不要将小瓦数的安放在大瓦数处，以免烧掉;

5.在线路中间尽量避免接口，以防止中电;

第2篇：电路原理图设计要点范文

【关键词】电气原理图；设计方法；实例

继电-接触器控制系统是由按钮、继电器等低压控制电器组成的控制系统，可以实现对电力拖动系统的起动、调速等动作的控制和保护，以满足生产工艺对拖动控制的要求。继电-接触器控制系统具有电路简单、维修方便等许多优点，多年来在各种生产机械的电气控制中获得广泛的应用。由于生产机械的种类繁多，所要求的控制系统也是千变万化、多种多样的。但无论是比较简单的，还是很复杂的控制系统，都是由一些基本环节组合而成。因此本节着重阐明组成这些控制系统的基本规律和典型电路环节。这样，再结合具体的生产工艺要求，就不难掌握控制系统的分析和设计方法。

一、绘制电气原理图的基本要求

电气控制系统是由许多电气元件按照一定要求连接而成，从而实现对某种设备的电气自动控制。为了便于对控制系统进行设计、研究分析、安装调试、使用和维修，需要将电气控制系统中各电气元件及其相互连接关系用国家规定的统一图形符号、文字符号以图的形式表示出来。这种图就是电气控制系统图，其形式主要有电气原理图和电气安装图两种。

安装图是按照电器实际位置和实际接线电路，用给定的符号画出来的，这种电路图便于安装。电气原理图是根据电气设备的工作原理绘制而成，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。绘制电气原理图应按GB4728-85、GBTl59-87等规定的标准绘制。如果采用上述标准中未规定的图形符号时，必须加以说明。当标准中给出几种形式时，选择符号应遵循以下原则：

①应尽可能采用优选形式；

②在满足需要的前提下，应尽量采用最简单形式；

③在同一图号的图中使用同一种形式。

根据简单清晰的原则，原理图采用电气元件展开的形式绘制。它包括所有电气元件的导电部件和接线端点，但并不按照电气元件的实际位置来绘制，也不反映电气元件的大小。由于电气原理图具有结构简单、层次分明、适于研究等优点，所以无论在设计部门还是生产现场都得到广泛应用。

控制电路绘制的原则：

①原理图一般分主电路、控制电路、信号电路、照明电路及保护电路等。

②图中所有电器触头，都按没有通电和外力作用时的开闭状态（常态）画出。

③无论主电路还是辅助电路，各元件应按动作顺序从上到下、从左到右依次排列。

④为了突出或区分某些电路、功能等，导线符号、连接线等可采用粗细不同的线条来表示。

⑤原理图中各电气元件和部件在控制电路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。同一电气元件的各个部件可以不画在一起，但必须采用同一文字符号标明。

⑥原理图中有直接电联系的交叉导线连接点，用实心圆点表示；可拆卸或测试点用空心圆点表示；无直接电联系的交叉点则不画圆点。

⑦对非电气控制和人工操作的电器，必须在原理图上用相应的图形符号表示其操作方式。

⑧对于电气控制有关的机、液、气等装置，应用符号绘出简图，以表示其关系。

二、分析设计法及实例设计分析

根据生产工艺要求，利用各种典型的电路环节，直接设计控制电路。这种设计方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉大量的控制电路，掌握多种典型电路的设计资料，同时具有丰富的设计经验，在设计过程中往往还要经过多次反复地修改、试验，才能使电路符合设计的要求。此方法无固定的设计程序，设计方法简单，容易为初学者掌握。当经验不足时或考虑不周时会影响电路工作的可靠性。

分析设计法，由于是靠经验进行设计的，因而灵活性很大，初步设计出来的电路可能是几个，这时要加以比较分析，才能确定比较合理的设计方案。这种设计方法没有固定模式，通常先用一些典型电路环节拼凑起来实现某些基本要求，而后根据生产工艺要求逐步完善其功能，并加以适当的联锁与保护环节。

我们通过下面一个实际例子来说明电气控制电路的一般设计方法。以龙门刨床（或立车）横梁升降自动控制电路设计，说明分析设计法的设计过程。这种机构无论在机械传动或电力传动控制的设计中都有普遍意义，在立式车床等设备中均采用类似的结构和控制方法。

1）横梁机构对电气控制系统提出的要求：

（1）横梁升降M1，点动控制；

（2）横梁夹紧与放松M2；

（3）横梁夹紧与横梁移动之间必须有一定的操作程序：按上升（下降）移动按钮自动放松横梁上升（下降）到位后松开按钮横梁自动夹紧；

（4）横梁升降具有上下行程的限位保护；

（5）横梁夹紧与横梁移动之间及正反向运动之间具有必要的联锁。

2）控制电路设计

（1）设计主电路

M1―横梁移动电机，KMl，KM2控制正反转

M2―横梁夹紧电机，KM3，KM4控制正反转

（2）设计基本控制电路

4个接触器―4个线圈

2只点动按钮，触头不够―KA1和KA2进行控制。根据生产对控制系统所要求的操作程序可以设计出图1所示草图。

图1横梁控制电路草图

但它还不能实现在横梁放松后才能自动升降，也不能在横梁夹紧后使夹紧电机自动停止，需要恰当地选择控制过程中的变化参量来实现上述自动控制要求。

（3）选择控制参量、确定控制原则

反映横梁放松的参量，可以有行程参量和时间参量。由于行程参量更加直接反映放松程度，因此采用行程开关进行控制。

SQ1―横梁已经放松

KI―横梁已经夹紧，选用电流参量

（4）设计联锁保护环节

互锁―KA1、KA2，M1正反转；

―KM3、KM4，M1正反转

顺序―SQ1，实现横梁松开与移动的联锁保护。

限位保护―SQ2、SQ3分别实现上、下限位保护

短路保护―FU

三、逻辑设计法及实例设计分析

逻辑设计法，是根据生产工艺的要求，利用逻辑代数来分析、设计电路的。将执行元件需要的工作信号以及主令电器的接通与断开状态看成逻辑变量，并根据控制要求将它们之间的关系用逻辑函数关系式表达，再运用逻辑函数基本公式和运算规律进行简化，成为最简“与、或”关系式，用这种方法设计的电路比较合理，特别适合完成较复杂的生产工艺所要求的控制电路。但是相对而言逻辑设计法难度较大，不易掌握。

逻辑电路有两种基本类型，对应其设计方法也各不相同。一种是执行元件的输出状态，只与同一时刻控制元件的状态相关。即输出量对输入量无影响，称为组合逻辑电路，其设计方法比较简单，可以作为经验设计法的辅助和补充，用于简单控制电路的设计，进一步节省并合理使用电器元件与触头。其设计步骤为：

①列出控制元件与执行元件的动作状态表；

②根据状态表写出的逻辑代数式；

③利用逻辑代数基本公式化简至最简“与或”式；

④根据简化了的逻辑式绘制控制电路。

另一类逻辑电路被称为时序逻辑电路，即输出量通过反馈作用，对输入状态产生影响。这种逻辑电路设计要设置中间记忆元件，记忆输入信号的变化，以达到各程序两两区分的目的。其设计过程比较复杂，基本步骤如下：

①根据拖动要求，先设计主电路，明确各电动机及执行元件的控制要求，并选择产生控制信号的主令元件和检测元件。

②根据工艺要求作出工作循环图，并列出主令元件、检测元件以及执行元件的状态表，写出各状态特征码。

③为区分所有状态（重复特征码）而增设必要的中间记忆元件（中间继电器）。

④根据已区分的各种状态的特征码，写出各执行元件（输出）与中间继电器、主令元件及检测元件（逻辑变量）间的逻辑关系式。

⑤化简逻辑式，据此绘出相应控制电路。

⑥检查并完善设计电路。

由于这种方法设计难度较大，整个设计过程较复杂，还要涉及一些新概念，在一般常规设计中，很少单独采用。其具体设计过程可参阅专门资料，这里不再作进一步介绍。

参考文献：

[1]朱江.电气原理图识别与智能化设计方法研究[D].湖南大学，2006.

第3篇：电路原理图设计要点范文

关键词：电气；原理图；设计

中图分类号：TM文献标识码：A文章编号：1673-9671-(2012)042-0223-01

电器原理图是用来表明设备的基础原理、各电器元件间的相互工作关系的作用，一般由主电路进行控制、并且执行电路检测与保护电路等组成，这种电气原理是直接体现在电路结构上，并以其相互间的逻辑关系相互作用进行工作，一般在设计电路中会进行详细的分解，电路时通过识别图纸上体现出的各种电路元件以及相互作用的方式是了解电路工作的详细情况的依据。电原理图又可分为整机原理图单元部分电路原理图整机原理图是指所有电路集合在一起的分部电路图。当电力拖动方案和控制方案确定后，就可以进行电气控制原理图的设计。电气控制原理图的设计是电力拖动方案和控制方案的具体化。电气控制原理图的设计没有固定的方法和模式，作为设计人员，应开阔思路，不断总结经验，丰富自己的知识，设计出合理的、性价比高的电气控制原

理图。

1应最大限度地实现生产机械和工艺对控制电路的要求

生产机械和工艺对电气控制系统的要求是电气原理图设计的主要依据，这些要求常常以工作循环图、各部件之间的关系表、检测元件状态表等形式提供，对于有调速要求的场合，把具体的技术指标明确到位。其他元件的起动、转向、制动、照明、保护等要求，应具体问题具体考虑。出现事故时需要有必要的保护及信号预报以及各部分运动要求有一定的配合和联锁关系等。如果已经有类似设备，还应了解现有控制电路的特点以及操作者对它们的反映。这些都是在设计之前应该调查清楚的。

生产工艺要求一般是由机械设计人员提供，可能有时所提供的仅是一般性原则和意见，这时电气设计人员就需要对同类或接近产品进行调查、分析、综合，然后提出具体、详细的要求，征求机械设计人员意见后，作为设计电气控制原理图的依据。

另外，在科学技术飞速发展的今天，对电气控制系统的要求越来越高，而新的电器元件和电气装置，新的控制方法层出不穷，如智能式的断路器、软启动器、变频器等。电气控制系统的先进性是大部分元件发展的体现、更新紧密地联系在一起的，电气设计人员应不断密切关心电机、电器元件、电子技术的新发展，不断收集新产品资料，更新自己的知识，以便更及时应用于控制系统的设计中，使控制系统在技术指标、稳定性、可靠性等方面得到进一步提高。

2在满足控制要求的前提下，控制方案应力求简单、经济

1）尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的电路和环节。2）尽量缩减连接导线的数量和长度。设计电气控制原理图时，应考虑到各元件之间的实际接线特别要注意电气柜、操作台和限位开关之间的连接线，接线是不合理的。3）尽量缩减电器元件的品种、规格和数量。尽可能采用性能优良、价格便宜的新型器件和标准件，同一用途尽可能选用相同型号。

3保证控制电路工作的可靠和安全

为了保证控制电路工作可靠，最主要的是选用可靠的元件，如尽量选用机械和电气寿命长、结构坚实、动作可靠、抗干扰性能好的电器。同时在具体电路设计时应注意以下几点。

3.1正确连接电器元件及触头位置

对一个串联回路，各电器元件或触头位置互换，并不影响其工作原理，但从实际连线上却影响到安全、节省导线等方面的问题。两者工作原理相同，但是采用 接法既不安全而且浪费导线。因为同一电器限位开关SQ的常开和常闭辅助触头靠得很近，开关根据不同的情况接在电源的不同位置，限位开关SQ的常开触头和常闭触头是不一样的，在不同的情况下当触头断开产生电弧时很可能在两触头间形成飞弧而造成电源短路。

3.2正确连接电器线圈

在交流控制电路中电压线圈通常不串联使用，即使是两个同型号电压线圈也不能将其进行串联使用，而每个线圈上所分配到的电压与线圈阻抗成正比，两个电器动作是不一致的，这就会出现不能同时吸合的现象。如交流接触器KM1先吸合，由于KM1的磁路闭合，线圈的电感显著增加，因而在该线圈上的电压降也相应增大，从而使另一个接触器KM2的线圈电压达不到规定的要求，因此，多个电器并联连接可以避免这一问题。

3.3在控制电路中应避免出现寄生电路

电路控制过程是一个循环的过程，那种意外接通的电路叫寄生电路（或叫假回路）。是一个具有指示灯和热保护的正反向电路。正常工作时，能完成正反向起动、停止和信号指示。但当热继电器FR动作时，电路就出现了寄生电路如图中虚线所示，使正向接触器KMl不能释放，起不了保护作用。

3.4防止电路出现触头竞争现象

电器元件动作时间配合不良会引起冲突，一个复杂的控制电路如果遇到某个不匹配的信号，会将电路从一种状态转换到另一种状态，几个元件在不同的的状态下，电器元件的操作过程是不一样的，总有一定的动作时间，对时序电路来说，就会得到几个不同的输出状态。这种现象称为电路的“竞争”。另外，对于开关电路，由于部分元件会出现延时作用，并且会因开关元件要求，出现逻辑功能输出的可能性，这就为我们称这种现象为“冒险”。“竞争”与“冒险”现象都将造成控制回路不能按要求动作，引起控制失灵。

3.5设计的电路应能适应所在电网情况

根据电网容量的大小，电压、频率的波动范围以及允许的冲击电流数值等决定电动机采用直接起动还是间接起动方式。

4应尽量使操作和维修方便

电路设计要考虑操作、使用、调试与维修的方便。能迅速、方便地由一种控制形式转换到另一种控制形式。电控设备应力求维修方便。使用安全，并有隔离电器，以免带电维修。例如设置必要的显示，随时反映系统的运行状态与关键参数，考虑到刀具调整与运动机构修理必要的单机点动、单步及单循环动作，还要考虑必要的照明、易损触头及电器元件的备用等等。

参考文献

[1]电机工程手册编委会.电气工程师手册[K].北京:机械工业出版社,1987.

第4篇：电路原理图设计要点范文

关键词：Protel；电路设计；印制电路板；布线

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）17-0275-02

设计一个完整的电路板必须经过原理图设计和PCB电路板设计两个阶段，前者在原理图编辑器中完成，后者在PCB编辑器中完成。需要说明的是：

1.在原理图编辑器中原理图库提供大量的原理图符号用于满足设计电路的需要，但是由于现在的元器件更新换代速度太快，原理图库中并不包含所有元器件的原理图符号。若原理图库中没有设计电路所需的原理图符号，则需要设计者在原理图库编辑器中自己手动绘制原理图符号。

2.在原理图绘制完成后，需要将元器件封装，将网络表载入到PCB编辑器中进行电路板设计。但在导入网络表之前，一定要确保元器件封装库中含有原理图中的所有元器件的封装。若是没有则将导致加载网络表失败。这时需要在元器件封装库编辑器中手动绘制元器件的封装。

因此，整个印制电路板的设计是由4个常用编辑器完成的：原理图编辑器、原理图库编辑器、PCB编辑器和元器件封装库编辑器。它们之间的关系是：

这4个编辑器的关系看似简单，但是需要注意很多细小的问题。学生往往就是因为没有将这些细小的问题处理好，才导致无法顺利完成PCB电路板的绘制。现将教学中学生常见的小困惑及其解决方法总结如下：

理论1：初学Protel 99 SE 为了最大限度地保护用户的设计文件，Protel 99 SE提供了自动创建备份文件的功能，即在软件窗口左上角按钮下，选择并打开“Preferences”对话框中“Create Backup Files”选项，即可设置自动创建备份文件功能。选中该功能后，每次执行保存操作后，备份文件都会保存在设计文件的相同位置，以前缀“Backup of”和“Previous Backup of”来区别。这个自动创建备份文件功能软件默认选定。

学生困惑1：某些学生不能在一个项目文件夹中的众多文件中区分用户设计文件和自动备份文件。提交作业时常常会把自动备份文件（可能是不包含最终设计结果的设计文件）当成用户设计文件交给老师。

教师解惑1：有两种方法解决：其一，区别自动备份文件前缀；其二：在“Preferences”对话框中取消对“Create Backup Files”选项的选择，这种方法可以使项目文件夹简洁，但会导致未保存文件在突发状态下丢失。

理论2：打开原理图设计文件，单击Browse sch按钮，将浏览器管理窗口切换到原理图编辑器管理窗口，该窗口Browse选项区域的下拉菜单中包括“Libraries”和“Primitives”两个选项。

学生困惑2：学生对于“Browse Libraries”比较熟悉，知道可以通过该选项直接浏览、查找该库文件下的所有元器件。但是对“Primitives”选项容易忽略其功能，特别是对于常画简单电路的学生。

教师解惑2：“Primitives”选项，即图件选项，包括图件分类列表栏和图件列表栏两部分。其中在图件分类列表栏中包括“Parts”（元器件）、“Net Labels”（网络标号）和“Wires”（导线）等图件。在含有较多元器件或较复杂原理图中使用它们较方便。例如，点击“Parts”，在其下面的元件框中浏览一遍，可检查出是否有相同元件标号，双击该元件，可在原理图中迅速找到它们的位置，即快捷又方便。

理论3：原理图编辑器工具栏“Toolbars”中有7个工具栏，其中“Wiring Tools”布线工具栏和“Drawing Tools”画图工具栏较常用，它们的区别是“Wiring Tools”中的选项具有电气连接属性，而“Drawing Tools”中的选项不具有电气连接属性。

学生困惑3：某些学生会把“Drawing Tools”工具栏中的“PlaceLine”（直线）当成“Wiring Tools”工具栏中的“Wire”（导线）来使用。它们的外观一样，但在电气规则检查之后，导线地方会报错。

教师解惑3：“Wire”（导线）具有电气连接属性，而“PlaceLine”（直线）没有电气连接属性，元件之间若是使用“PlaceLine”（直线）没有任何连接关系，在其生成的网络表中，也没有网络连接关系。

理论4：在设计电路板时，电路板的类型选择主要从电路板的可靠性、工艺性和经济性等方面进行综合考虑。而从设计角度考虑，影响印制电路板可靠性的首要因素是所选择印制电路板的类型，即印制电路板是单面板、双面板还是多层板。

学生困惑4：学生想得到可靠性高的电路板，不知道该选择单面板还是双面板。

教师解惑4：各类型印制电路板的可靠性由高到低的顺序是单面板―双面板―多层板，并且多层板的可靠性会随着层数的增加而降低。若元器件数量不多，可选用单面板；元器件数目较多可选择双面板，若实验条件允许，也可选择多层板。这只是常规选择，不是定式。

理论5：焊盘属性里面的“Advanced”中的“Solder Mask”（阻焊层）下有两个选项：“Tenting”和“Override”。

学生困惑5：学生对“Tenting”和“Override”的区别模糊。

教师解惑5：“Tenting”表示无阻焊层，直接在焊盘上过漆（阻焊层：焊盘外成绯红色的圆环，它可以防止在给PCB添加防护层的时候不会将焊盘覆盖住）；“Override”表示有阻焊层，焊盘不会有过漆。

理论6：为了方便对电路板性能进行检测，可在相应位置处添加测试点。

学生困惑6：如何设置测试点呢？

教师解惑6：在需要对电路测试的地方放入焊盘，并将焊盘的孔径大小设置为0（Hole Size=0）。测试点可以是通孔的，也可以是盲孔的。若是通孔的话，可以直接测试；若是盲孔的话，有Top、Bottom层区分。

理论7：电路板布线是指采用具有电气特性的导线将具有相同网络连接的焊盘、过孔等导电图件连接到一起的过程。

学生困惑7：那么多元器件怎么布线啊？

教师解惑7：在画板布线之前，可以通过任务管理窗口中的“Nets”，找到相应的网络标号并查看该网络标号的走线情况，将所有的网络标号的连接关系在大脑中有个大致印象，才好规划板进行布线。

结论

随着电子技术行业的快速发展，电路设计越来越复杂，设计者掌握一门EDA设计软件是十分必要的，而Protel 99 SE以其强大的功能、实用的操作界面等优良性能被业界广泛认可。本文中的内容对于初学者而言仅仅是沧海一粟，初学者可利用Protel 99 SE软件多设计一些电路板，在实践中查缺补漏效果更好。

参考文献：

[1]赵景波，向华.Protel 99 SE基础教程[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[2]赵建领，等.Protel 99 SE设计宝典（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2013.

[3]古良玲，李双，陈新岗.初学 Protel 99 SE的常见问题及应对技巧[J].实验室研究与探索，2011，（30）：245-247， 264.

[4]李云阳.基于项目教学法的Protel99se教学[J].农业科技与装备，2010，（08）.

[5]朱向军.课堂有效教学之我见――基于“Protel99SE”的教学反思[J].职业技术，2010，（04）.

[6]刘振宇，王海昌.Protel99软件在更新实验设备中的应用研究[J].山西农业大学学报（自然科学版）， 2002，（01）.

第5篇：电路原理图设计要点范文

目前各类高校在电子信息工程专业中都已经开设了数字电路、模拟电路及高频电路等专业电路课程，这些基础课程的理解和掌握，对于学生在后续的课程学习至关重要。但是，我们发现各门课程由于开设时间设置，以及一线有经验教师人数的紧缺和教师整体队伍水平参差不齐使学生在学习过程中着力点不清，整体电路识图中能力提升不足。对电路图的分析理解和深入研究是学习、工作必须的掌握的基本技能，通过教师详尽讲述电路分析方法、思路，列举大量电子电路的工作原理，成系统和分层次教授和引领学生学习。通过学习理论和实践应用，使学生在掌握元器件主要特性的基本上，对基本单元电路能够熟识，对电路图理解能够融会贯通，由浅入深，由点到面、由表及里的层层推进。通过该图我们可以进一步明确培养学生电路识图能力的提升和递进层次[1-3]。

1.1基本元器件培养方法

基本元器件包括各类型电阻、电容、电感、变压器、二极管、三极管特性、基本原理和电路识图信息，以及其元器件的等效理解方法。由于各类元器件的类型复杂，功能特性多样，适用场合多变，学生掌握理解费心费力，很容易弄混。很多同学选择背，然而死记硬背电路符号是没有任何意义的，而且是经不起时间考验的，多半是学生离开学校，也把知识留给了学校。总结历届有利于学生学习和掌握元器件特性的方法，我们发现有几个方法是非常有益的。1)兴趣引导法。我们注意到学生在学习过程中，把实物图与电路符号，基本特性对应上效果要更好，非常有利于学生获得很好的记忆效果。实物图和实际元件寻找，性能指标，功能填图是非常吸引学生兴趣的小游戏，同学们在游戏过程中就把知识学到了手。2)口诀法。在给历届学生在讲述三极管时，我们都会发现学生对NPN和PNP三极管的总有部分同学会弄混，我们给出口诀三二一：三个引脚：基极（B），集电极（C），发射极（E），三个工作区：饱和区、放大区、截止区；二个结：2个PN结；一个流向：电流方向（依据箭头指向判定）。这种口诀式学习方法特别易于学生理解记忆。3)对比分析方法。面对复杂的元器件，把一些器件进行对比有利于学生记忆。举例来说，电阻串联阻值变大，电阻并联阻值变小，而电容正好与电阻相反。此外，我们可以根据一些图示，进行对比记忆。以三极管两个类型NPN型和PNP型为例，这里以NPN三极管为例]，我们可以发现箭头的方向代表了电流的流向，NPN的发射极电流是由集电极和基极电流汇聚而成，而PNP型发射极电流流入管内，分为集电极和基极电流两路电流。对比分析非常对于元器件的强化记忆是非常有帮助的。有些动态的视频对比更为形象生动。

1.2基本单元电子电路难点分析

要达到看懂电路图，其中熟练掌握基本单元电路是关键环节，是分析明确实物电路的基础。我们知道电路图构成要素、电路图符号、电路图画法规则、各类元器件的特点和作用都是单元电路的前期铺垫，养成良好的看图方法和分析步骤才能最终达到系统理解电路图整体设计功能。单元电路是由若干元器件构成的，具备某一特定功能的基本电路，是最终组成电路图的“器官”。理解并掌握各种基本单元电路的结构、基本原理和分析方法是学习电子设计技术，看懂电路图的基石。基本单元电路包括电压放大电路、功率放大电路、正弦波振荡器、整流滤波电路、稳压电路等。基本单元电路融合各种元器件的变形和多种连接方式，最终导致实现的功能完全不同。由于元器件多，实现功能多样，复杂度高，非常容易弄混淆，导致很多同学望而却步。如何梳理复杂的功能关系是解决复杂问题的关键。在电路分析中突破口是抓住电路中起主要作用的元器件。例如图4所示电源电路图中，抓住了电源变压器，二极管，电容几个关键元器件，基本就解决了这个电源单元电路的主要功能。除此之外，合理分别处理交流和直流的工作电压、电流有利深入理解放大电路工作的直流工作点，放大倍数，增益，正负反馈等。当然，除了实物搭接训练理解外，利用软件可以进行计算机仿真训练，这都是深入掌握单元电路的好方法。

1.3读懂实用电子电路图技能训练

在深入学习单元电路图基础上，必然要进入学习看懂实用电路图阶段。从现实角度出发，实际电路搭接或电路图阅读越多，越有利于电路分析能力的培养和提升。值得一提的是自动选台立体声调频收音机由于涉及的知识点全面和制作相对容易，特别适合学生电路实训阶段的第一个项目设计。我们主要是分以下几个层次完成该实用电路设计的。首先，给出设计任务书，明确设计目标和设计的基本原理和功能；其次，同学收集相关资料，并分小组进行阐述设计的思路（教师详细记录各小组能力和尚不明确的共性），这里要求学生吃透原理基础上，必须针对自己的方案画出实现详细设计的电路方框图；再次，教师有针对各小组实现方案的方框图进行剖析，与学生探讨如何将每个方框图对应用单元电路的实现，然后，指导学生进入实际电路训练设计；最好，进行检查和答辩，这一环节必不可少，最好能够让学生亲自演示自己的成果给其他同学看，教师最终针对各个实现方案进行总结，使学生清楚自己和其他同学的设计优点和实现过程中所遇到问题，以及是如何解决的。此外，我们在实训阶段引入项目教学法，鼓励有能力的学生参与更多项目设计[5-6]。

2电子设计竞赛

对学生识图能力作用全国电子设计竞赛从1994年开始，题目涉及电源类、信号源类、高频无线电类、放大器类、仪器仪表类、控制类等多类，试题综合性强，技术发挥余地很大，基本涵盖电子信息工程专业的低频电路、高频电路、通信原理、电子测量、单片机、EDA设计和各类型实践环节。鼓励支持有经历和能力的学生参与电子设计竞赛，由于竞赛要求时间短，设计指标要求高，对于学生电路识图能力的培养和实践水平提高有巨大帮助的。

3结束语

第6篇：电路原理图设计要点范文

 

1 引言

 

电子工艺实训是面向高校工科各专业的实习课程，属于实践性环节教学范畴。要求学生通过电子工艺实训的工程训练实践环节，了解电子产品从基本的电路设计、电路焊接到产品装配工艺的完整过程，使学生掌握电路设计、仿真、调试、焊接和装配的基本技能，目的在于加强学生工程实践训练，从而进一步提高学生实践能力和提出、分析、解决实际问题能力的培养[1-3]。

 

在多年的电子工艺实训教学实践过程中发现，学生在电子产品的设计和制作过程中，经常出现问题。尤其在信号测试和分析时，由于实验设备的限制，使得问题更加突出[4-5]。

 

Proteus 软件是英国Labcenter公司研发的目前最先进的电子应用系统设计和实时交互仿真和PCB设计的平台[6]，可以实现从电路设计、分析与仿真，单片机代码级调试与仿真，系统测试与功能验证到PCB制板图设计，真正实现从概念到产品的完整设计过程[7，8]。

 

一个完整的电子产品设计和制作，要求学生完成电路调试和PCB制板整个过程，为了解决学生在实训过程中需要掌握多种软件问题，我们在电子工艺实训环节中引入Proteus软件完成电路的辅助设计和调试功能。本文以多功能秒表系统设计为例，阐述了Proteus 8.2在电子产品制作中应用的完整过程。通过电子工艺实训的教学实践证明：Proteus 软件有助于提高设计效率，同时缩短设计周期，特别在节约设计成本方面尤其明显，取得了较好的应用效果。

 

2 系统功能要求分析

 

电子工艺实训中多功能秒表要求实现的功能是：利用8051单片机设计一个秒表，能够显示秒的十位和个位，启动秒表工作后能够从00秒到99秒周而复始的工作;能够通过按键控制秒表的暂停和继续计时;具备正计时和倒计时选择控制功能;倒计时状态下具备初值在线设定功能。

 

分析系统功能后可知，系统应当包含单片机模块、显示模块、键盘模块和时钟信号模块，时钟信号模块可以利用单片机内部集成的定时/计数器实现，所以只需要设置主机模块、显示模块和键盘模块即可。

 

3 工程创建与仿真

 

Proteus 8.2软件较之前版本的Proteus软件最大的区别在于将ISIS、ARES、代码窗口基于一体，可以在一个工程中实现电路设计、代码调试和PCB设计的完整过程。点击新建工程后，根据新建工程向导分别完成原理图、PCB图、固件以及编译器的选择。

 

3.1 原理图的绘制

 

在新创建的工程中，通过“原理图”标签进入ISIS原理图编辑环境，在软件左侧的元件模式工具栏中分别添加相应的元器件，元器件的查找支持多种模式，用户可按照器件大类、器件小类和生产商等三个层次进行器件查找和选择。查找到需要的器件后，双击器件，可将器件装入工程器件列表栏中。最后在原理图编辑环境中分别完成元件添加、编辑和连线等工作后，完成如图1所示的多功能秒表系统电路原理图绘制，电路绘制后可以通过电气规则检查功能进行电路完整性的电气规则检查。

  　  3.2 代码编辑

  

原理图绘制检查结束后，就可以通过“源代码”标签进入代码编辑环境，在代码窗口中完成代码编辑后，通过构建菜单进行代码工程的构建。进行工程构建后，VSM Studio会输出相应的提示信息，用户可依照VSM Studio输出信息提示逐步完成代码修改、编辑和完善，直至VSM Studio输出信息提示为编译成功，通过编辑编译器的工作模式，可分别得到工程的*.OMF文件和*.HEX目标代码。特别值得一提的是，新的Proteus 8.2版本不仅内部集成了自己的ASM51编译器，还可调用外部编译器，如常见的Keil和IAR等编译器，程序调试非常方便。

 

3.3 电路和程序协同仿真程序编辑结束并且编译成功后，Proteus软件会自动把目标代码加载到单片机中，点击“开始仿真”按钮后，就可以进行电路图和代码的协同仿真和调试运行了。通常在程序调试时，不仅需要观察代码的运行情况，还需要观察原理图中器件的输入输出变化，从而分析程序的正确性。为此，Proteus软件提供了一个调试弹出模式控件，在仿真调试的过程中，可以将原理图中选定的一部分电路在VSM Studio页面中显示出来，可以非常方便地在调试窗口中同时查看程序和原理图，图2给出了使用调试弹出模式控件后进行程序调试效果图。

 

4 系统PCB设计

 

4.1 PCB设计准备

 

当原理图和代码协同仿真调试成功后，就可以进行系统的PCB设计，在设计系统PCB之前需要检查原理图元器件的封装情况，可以点击“设计浏览器”工具栏查看元件封装情况，只有所以器件的封装都正常后方可进行PCB设计。如果部分元件没有合适的元件封装，那么就需要给相应的器件创建或者安排相应的封装[9]。

 

4.2 元件封装创建

 

本次设计的多功能秒表中的多个按键和数码管就没有合适的封装可选择，因此需要自行进行按键的封装创建。具体的操作步骤为：选择二维方框图形模式(需要将层面设置为Top silk)，绘制出器件外形轮廓或者边框;添加相应类型和大小焊盘，并且编号;选择边框和焊盘单击鼠标右键进行封装，图3给出了制作完成后的数码管和键盘封装效果图。

 

4.3 电路板布局与布线

 

完成PCB设计的准备工作后，就可以通过“PCB布板”标签进入PCB设计环境，在放置元件之前，首先需要定义好电路板的形状和大小。对于本次设计的简单工程，只需要绘制一个矩形电路板边框即可。其基本步骤为：选择二维方框图形模式(需要将层面设置为Board Edge)，绘制出电路的边框;选择工具菜单栏中的自动布局菜单，完成器件的自动布局;通过手工布局优化器件布局效果;设置相应的布线规则(如电源或者地线设置不同宽度等);通过工具菜单栏中的自动布线工具进行布线;进行布线规则检查;电路板敷铜或者补泪滴等操作。

 

所有工作完成后，就可以生产系统PCB图的三维预览效果图和物料清单，完成PCB的设计，图4和图5分别给出了多功能秒表系统的PCB和三维预览图。

 

5 结语

 

目前，各种EDA工具种类繁多，在电子产品设计与制作中需要进行电路仿真和PCB设计，尤其电子产品涉及单片机等未处理器时，还需要对设计方案进行程序调试和仿真，因此，挑选合适的仿真软件是十分重要，笔者经过多年的电子工艺实训教学实践后，提出了基于Proteus软件的电子工艺实训辅助设计方法。

 

该方法有效减轻了学生要学习多种EDA软件的负担，在同一款软件中实现了设计、仿真、调试和PCB设计的完整设计任务，该方法经教学实践验证，在提高了设计效率、节约设计时间的同时，有效地降低了设计成本，值得借鉴和推广。

第7篇：电路原理图设计要点范文

（1.广西电网公司钦州供电局，广西 钦州 535000；2.广西南宁仟能电气技术有限公司，广西 南宁 530002；

3.广西大学电气工程学院，广西 南宁 530004）

【摘　要】弧垂检测是保证架空输电线路安全运行的重要措施。传统的手工计算弧垂的方法不仅计算量大，而且容易出错；现有计算机技术计算弧垂的方法虽然准确度较高，但需要复杂的公式和考虑众多因素（如导线温度、张力、传输容量等），在工程应用中给现场人员带来不便，难以推广应用。为此，提出一种基于图像识别技术的架空线弧垂计算方法，以悬链线模型为基础提取部分段曲线的独立状态参数，还原完整架空线并计算其弧垂。同时，基于Matlab GUI开发了一款实用的弧垂测量系统，并通过实际工程测试结果表明，该系统数据采集方式简单、运算速度快，结果展示和输出方便，既能满足工程的精度要求，又具有较高的实用性，是提高工程现场作业人员工作效率的实用应用工具。

关键词 图像识别；弧垂测量系统；Matlab GUI设计

作者简介：池小兵（1988—），男，本科，工程师，主要从事生产设备管理部输电管理工作。

黄阳垚（1971—），男，本科，工程师，主要从事工程管理等技术工作。

黄景标（1966—），男，本科，工程师，主要从事输电管理工作。

莫枝阅（1989—），男，硕士研究生，主要研究方向为电力系统规划与可靠性。

0　引言

输电线路弧垂是线路设计和运行维护的主要指标之一，弧垂过小，架空线的拉应力就大，杆塔荷载增大，安全系数减小，严重时可能发生断线、倒塔和掉串等事故；弧垂过大，架空线对地及交叉跨越物的安全距离不足，风摆、舞动和跳跃会造成线路停电事故的风险就随之增加[1]。因此，运行线路的日常巡检中需要对弧垂进行实时监测，将弧垂控制在规程要求的范围内以保证线路和被跨越设备的安全。

传统的导线弧垂实测计算方法主要有角度法、驰度板观测法和中点高度法[2-4]等，这些方法均存在测量难度大、实时性差，或者误差较大的问题。随着现代测量技术的不断发展和各类先进工程测量仪器的开发，基于先进的测量仪器和计算平台（包括计算机算法[5]、图像识别技术[6-7]、光纤光栅应变传感器[8]、LabVIEW平台[9]、J2ME技术[10]以及电场逆运算原理[11]等）的弧垂测量新方法应运而生。利用图像处理技术进行弧垂计算有全景拼接数码照片[12]和计算机视觉原理标定线路坐标值[13]等方式。其中，全景拼接技术在实际操作中，容易出现拼接失真而带来较大的计算误差；利用计算机视觉原理计算弧垂时需要标定线路坐标值，在地形环境复杂的地区难以进行准确标定坐标值，甚至是无法完成的。此外，其他仿真类方法需要用到复杂的计算公式和考虑影响弧垂的众多因素如导线温度、张力、传输容量等，在实际工程应用中给现场人员带来不便，因此很难得到应用推广。为此，提出一种基于部分线段图像识别技术的架空线弧垂计算方法，以悬链线模型为基础提取部分段曲线的独立状态参数，还原完整架空线并计算其弧垂。同时，基于Matlab GUI开发一款实用的弧垂测量系统，自动完成弧垂计算、输出和保存等工作。

1　架空线路图像识别技术

考虑到架空线路图像背景的复杂性，为了使特征的提取精度更高，需要对图像进行预处理，包括滤波[14]和边缘检测[15]等。

1.1　图像滤波

图像滤波是一种为数字图像去噪平滑的预处理技术, 在提取图像的特征值之前需要先对图像进行平滑滤波。中值滤波是经典的滤波算法，其基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域里各点值的中值代替，既可以去除图像中的噪声又能最大限度地保护图像的边缘和轮廓，为后期的图像处理做好准备。

1.2　图像边缘检测

电力线路最基本的特征是其线特征，线特征的提取可以采用图像的边缘检测来实现。边缘检测是借助空域微分算子通过卷积完成，微分算子具有突出灰度变化的作用，对图像运用微分算子，其灰度变化较大点计算出的微分算子值较高，可以将这些值作为相应点的边界强度，通过设置阈值，提取边界点集。

边缘检测得到线路的两条边缘，参照曲线平滑的思想，可以采用两条边缘线的中间线来代替悬链线，以更加准确地反应线路的趋势。在寻找中间点的时候，若同一x坐标上有n个像素点，则中间点的y坐标可表示为

式中yi为第i个像素的y坐标。

2　基于部分线段的悬垂链弧垂测量原理

2.1　悬链线还原

采用悬链线模型计算架空线弧垂。参照 “悬链段”方法分析柔索结构的思想[16]，提出基于图片处理的弧垂计算思想：当档距一定时，仅需一个独立变量就可以确定线路的悬垂状态，提取该独立参数，还原完整悬链曲线并计算其弧垂值。图1是悬链段参数提取示意图，采用数字图像处理所用的坐标约定，选取顶部索曲线倾角的正割值作为独立变量求解，定义secθ=n，θ为顶部索曲线倾角，则可由公式（2）确定悬链线的状态。

式中，a为待求系数，(l,h)是曲线切点坐标，(x0,y0)是曲线的端点坐标。

线路参数的提取步骤如下：

（1）获取部分段线路图像的两端点坐标(x0,y0)、(L0,H0)，计算连接两端点坐标的直线的斜率k，得到两端点连接的直线方程；

（2）利用点到直线的距离公式，求出点到直线的最大距离，对应的点即为切点，并取得切点坐标(l,h)；

（3）k即为顶部索曲线倾角的正切值tanθ，则，切点坐标即为顶点坐标(l,h)。

（4）由h/a=n-ch(archn-l/a)解出a，即可确定悬链线的状态方程。

由求得的状态方程公式（2）画出曲线在原图像大小范围内的部分，则为还原的部分曲线图像；求出完整曲线两端点的横坐标，即可还原出完整的悬链线，横坐标的计算如图2所示。

图2为测量数值示意图，0B段（以0为原点建立坐标系）对应拍摄的电力线片段。其中L为固定档距，L1和L2分别是拍摄的电力线的两端点到悬链线同一端点的水平距离。测量得到L、L1和L2的值，有

式中L0如图1所示，表示部分段曲线的端点的横坐标。

以部分段图像的原点为原点，画出曲线在-x1到x2区间上的部分，则为该档距内完整的悬链线。

2.2　弧垂计算

从第2.1节中还原的完整悬链线提取两端点坐标(-x1,y1)、(x2,y2)，则连接悬链线两端点的直线方程为，减去式（2）即得悬链线的弧垂值为

f=yd-ach(x/a+archn-l/a)+ach(archn-l/a)-y0（5）

令?坠f/?坠x=0，当x=a(arshk1-archn)+l时，可得最大弧垂值fmax，式中k1=(y2-y1)/(x2-x1)。

结果计算中，恢复出的像素点和原图像素点间的相对误差为

α=(y-y′)/y（6）

平均误差率为

式中y为原图像中某一像素点的坐标，y′为恢复出的该像素点的坐标。

计算得出的弧垂值和实际测量的弧垂值之间的相对误差为

式中f为实际测量得到的弧垂值，fmax为计算得到的弧垂值。

3　实用架空线弧垂测量系统设计

3.1　系统分析

系统分析主要任务是根据工程实际需求，分析、理解整个系统设计的基本要求，确定系统框架。

3.1.1　功能要求

利用高清数码相机取得导线的图片，对该图片进行处理，把架空导线当作悬垂链条，通过分析一段悬垂链的轨迹，模拟仿真出整段悬垂链轨迹，通过悬垂链轨迹计算出最大弧垂的系统。

3.1.2　系统框架

包含由高清数码相机、图片处理系统、悬垂链分析系统、数据接口等软硬件组成的导线弧垂测量系统，满足测量数字化、输出标准化、通信网络化特征，对一档架空导线弧垂测量的数据测量装置，并通过信道将数据传送到服务器。

3.2　系统设计

3.2.1　算法设计

基于图像处理的架空线弧垂实测系统的计算流程图如图3所示，包括图像处理、参数提取和弧垂计算等内容。

先对目标图片进行校正、滤波等预处理，然后边缘检测得到图像像素坐标，提取独立参数恢复完整曲线并计算弧垂值。

3.2.2　系统界面设计

基于MATALB /GUI开发弧垂系统界面。建立GUI的主要方式有两种：第一种是直接通过程序编写的方式产生对象，即利用uicontrol 、ui2contexmenu 等函数以编写M文件的方式来开发整个GUI；第二种方式是直接通过MATALB的GUI编辑界面—GUIDE来建立GUI。本文采用第二种方法来开发软件界面。

开发的弧垂实测系统界面如图4所示。输入数据包括拍摄的架空线图片和相关测量数据，依次单击“选择图片”、“数据输入”，就可以得到输出结果。

4　应用案例分析

采用高清相机拍摄档距一定的架空线部分段图像作为分析对象，如图5所示。利用全站仪测量得到参数L、L1、L2和实际弧垂值，其值分别为L=120.699m，L1=11.248m，L2=16.902m,实测弧垂值为5.468m。整个计算流程如图6至图8所示。

运行弧垂实测系统，点击“选择图片”按钮，在弹出的对话框里选择拍摄的图片，如图6所示；当“数据输入”按钮变为可用状态时，点击“数据输入”，在弹出的对话框中输入测量数据，就可以自动完成计算，如图7所示；点击“结果输出”按钮，得到计算结果，点击“保存”按钮可以方便将结果保存，如图8所示。

由计算结果可以看出，计算的弧垂值为5.632m，与实测弧垂值5.483m对比，弧垂计算相对误差为-2.716%，负值表示计算弧垂值大于实测弧垂值，能够较好地满足系统精度要求。

5　结论

以悬链线模型为基础，通过部分线段图像识别分析，提取部分段曲线的独立状态参数，还原完整电力线；避开导线应力、温度、传输容量等影响，能对弧垂进行准确、直观的测量。

基于Matlab GUI开发了一款实用的弧垂测量系统，建立友好的对话框式数据输入界面，提升了数据录入的便捷性，能够自动完成弧垂计算、分析、保存和输出等工作，既能满足工程的精度要求，又能方便现场工作人员，提高了工作效率，降低了工作强度，易于推广使用。

参考文献

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［7］黄新波,张晓霞,李立浧,罗兵.采用图像处理技术的输电线路导线弧垂测量[J].高电压技术,2011(08).

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［10］刘万夫,刘涛.J2ME技术在架空线路弧垂观测角计算中的应用[J].电力建设,2013,33(11):101-103.

［11］陈楠,文习山,蓝磊,等.基于电场逆运算的输电导线弧垂计算方法[J].中国电机工程学报,2011,31(16):121-127.

［12］杨靖超.基于弧垂在线检测的输电线路动态增容技术[D].北京:华北电力大学,2006.

［13］李俊芳.基于计算机视觉的输电线弧垂测量[D].北京:华北电力大学,2008.

［14］赵高长,张磊,武风波.改进的中值滤波算法在图像去噪中的应用[J].应用光学,2011(04).

［15］谭艳,王宇俊,李飞龙,葛耿育.几种典型的图像边缘检测算法的分析比较[J].电脑知识与技术,2012(07).

第8篇：电路原理图设计要点范文

关键词：电子CAD 项目化 实践教学

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（b）-0162-01

《电子CAD》课程是高职院校电子电气类专业开设的一门关键的专业课，课。本文精选相关实践教学内容，对《电子CAD》课程的日常教学实现项目实践化且便于教学和学生操作。通过相关项目实践学习，学生应掌握电子CAD的制图规范、protel99se的使用技术、电子线路原理图的标准化绘制技术和电子线路PCB板设计技术，学生应具有初步的电子产品设计能力。

1 《电子CAD》课程的项目化实践教学设计

务实而且可操作的实践教学是《电子CAD》课程项目化教学的核心，在平时的教学及项目实践过程中，紧紧围绕该课程的项目教学目标而进行教学。教学时间安排上，课内时间主要用于教师对相关知识点的点播和引导，课外时间可由学生充分发掘利用，主要用于学生对相关教学项目的理解、执行和延伸学习。整个项目化实践教学都要以可见的相关电路或实在的电子产品为基础，以提高学生的专业素质和职业素养为最高教学目标。

根据以上教学目标，我把《电子CAD》课程整合成以下十二个实践项目进行教学，其中包括十一个单元项目和一个综合性的贯穿项目。

项目一：绘制简单电路原理图。

学生应该能设置图纸的大小和属性，能编辑标题栏内容。能加载元件库、放置元件、绘制导线、放置电源和接地符号和修改元件属性，以及对象的复制、粘贴和删除等。

项目二：绘制具有复合式元件和总线结构的原理图。

通过此项目的学习，学生应该能放置复合式元件、能查找元件符号、能绘制总线式结构、能放置端口、能使用管理器浏览原理图以及掌握浏览原理图的其他方法等。

通过此项目的学习，学生应掌握原理图元件库的文件结构和文件界面。应该能绘制普通的元件符号和复合式元件符号，能在同一ddb文件中使用，也能在不同的ddb文件中使用。

通过此项目的学习，学生应该能绘制一般的电子电路框图，还能对原理图的有关内容进行编辑和修改。另外，学生应该还能利用原理图产生元件清单，能打印合适的原理图。

项目五：层次原理图的设计。

通过此项目的学习，学生应该了解层次原理图的结构，能查看主电路图和子电路图，能自顶向下进行层次原理图设计以及自底向上进行层次原理图设计。

项目六：认识印刷电路板和元件封装。

通过此项目的学习，学生应该了解印刷电路板的结构，了解每个工作层的意义，以及铜模导线、焊盘、过孔和字符等的表示。还应熟悉元件封装，并且能自己做一些特殊的封装，能建立自己的元件封装库。

项目七：自动布局与自动布线的基本步骤。

通过此项目的学习，学生应该能根据原理图产生网络表文件，新建PCB文件、设置当前原点和绘制物理边界、绘制电气边界、恢复绝对原点、加载元件封装库、装入网络表、设置自动布局规则、自动布局、调整元件布局、自动布线以及掌握单面板和双面板的设置。

项目八：自动布局与自动布线中的其他设置。

通过此项目的学习，学生应该能在自动布局前进行元件预布局，能在自动布线前设置线宽和安全间距。还能在自动布线前进行预布线，能放置合适的螺丝孔以及创建自己的项目元件封装库。

项目九：印刷电路板图中引出端的处理。

通过此项目的学习，学生应该能利用焊盘和接插件处理印刷电路板中的引出端。处理的过程要能兼顾电路板是否美观和实用性。

项目十：创建和使用PCB元件封装。

通过此项目的学习，学生应该能新建自己的PCB元件封装库文件，能手工绘制PCB元件封装，能利用向导绘制PCB元件封装，能在同一设计数据库中使用自己绘制的元件封装。此外，学生还应能在不同设计数据库中使用自己绘制的元件封装。

项目十一：印刷电路板图的自动布局和手工布线。

通过此项目的学习，学生应该能手工绘制印刷电路板图，能对绘制好的导线进行编辑，且能改变导线的拐弯模式，能改变字符串的位置和方向，能放置填充，能放置多边形平面填充（即覆铜），能进行补泪滴操作，能进行对象的排列与对齐，能通过两个网络文件进行电气检查。

项目十二：综合项目设计。

基于TDA2030的单声道功放的PCB设计和制作本项目是一个综合性的贯穿项目。

通过本项目的学习，使学生初步掌握运用Protel99se软件设计电子电路图的能力。学生应首先打开Protel99se软件，按照要求绘制好原理图之后，就要着手对元器件进行编号，填写相应的PCB封装代码，对于一些特殊的器件，要建立自己的PCB封装库，设计出相对应的合适的封装。把PCB封装全部做好之后，根据原理图更新PCB图，如果没有错误，就可以布局布线了，如果有错误，再修改PCB封装，重新更新PCB图。在这里，我们一般采用手工布局和手工布线。把PCB图设计好之后，在实验室里我们可以利用三氯化铁腐蚀法做出印刷电路板，然后打孔，焊接，调试，装机。

2 结语

自《电子CAD》课程经过课改实现项目化教学实践以来，学生的学习积极性大有提高，经过一段时间的辛苦学习，但最后学生在实训室独立做出自己的PCB板后，那种小有学习成就感的喜悦表情证明以前所有的辛苦学习都是值得的。不仅如此，一部分学生在掌握Protel99se软件的使用技术后，又去图书馆借了有关Protel DXP软件操作使用的书籍自己去延伸学习。这些都是难能可贵的学习现象，也只有这样，学生的学习兴趣和积极性被激发出来，教师的教学也就变得简单而顺利了，也只有这样，学生的专业素质和职业素养才会得到很大的提高。

参考文献

第9篇：电路原理图设计要点范文

关键词：集成电路设计；版图；EDA

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）36-0125-02

集成电路是当今信息技术产业高速发展的基础和源动力，已经高度渗透与融合到国民经济和社会发展的每个领域，其技术水平和发展规模已成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一[1]，美国更将其视为未来20年从根本上改造制造业的四大技术领域之首。我国拥有全球最大、增长最快的集成电路市场，2013年规模达9166亿元，占全球市场份额的50%左右。近年来，国家大力发展集成电路，在上海浦东等地建立了集成电路产业基地，对于集成电路设计、制造、封装、测试等方面的专门技术人才需求巨大。为了适应产业需求，推进我国集成电路发展，许多高校开设了电子科学与技术专业，以培养集成电路方向的专业人才。集成电路版图设计是电路设计与集成电路工艺之间必不可少的环节。据相关统计，在从事集成电路设计工作的电子科学与技术专业的应届毕业生中，由于具有更多的电路知识储备，研究生的从业比例比本科生高出很多。而以集成电路版图为代表包括集成电路测试以及工艺等与集成电路设计相关的工作，相对而言对电路设计知识的要求低很多。因而集成电路版图设计岗位对本科生而言更具竞争力。在版图设计岗位工作若干年知识和经验的积累也将有利于从事集成电路设计工作。因此，版图设计工程师的培养也成为了上海电力学院电子科学与技术专业本科人才培养的重要方向和办学特色。本文根据上海电力学院电子科学与技术专业建设的目标，结合本校人才培养和专业建设目标，就集成电路版图设计理论和实验教学环节进行了探索和实践。

一、优化理论教学方法，丰富教学手段，突出课程特点

集成电路版图作为一门电子科学与技术专业重要的专业课程，教学内容与电子技术（模拟电路和数字电路）、半导体器件、集成电路设计基础等先修课程中的电路理论、器件基础和工艺原理等理论知识紧密联系，同时版图设计具有很强的实践特点。因此，必须从本专业学生的实际特点和整个专业课程布局出发，注重课程与其他课程承前启后，有机融合，摸索出一套实用有效的教学方法。在理论授课过程中从集成电路的设计流程入手，在CMOS集成电路和双极集成电路基本工艺进行概述的基础上，从版图基本单元到电路再到芯片循序渐进地讲授集成电路版图结构、设计原理和方法，做到与上游知识点的融会贯通。

集成电路的规模已发展到片上系统（SOC）阶段，教科书的更新速度远远落后于集成电路技术的发展速度。集成电路工艺线宽达到了纳米量级，对于集成电路版图设计在当前工艺条件下出现的新问题和新规则，通过查阅最新的文献资料，向学生介绍版图设计前沿技术与发展趋势，开拓学生视野，提升学习热情。在课堂教学中尽量减少冗长的公式和繁复的理论推导，将理论讲解和工程实践相结合，通过工程案例使学生了解版图设计是科学、技术和经验的有机结合。比如，在有关天线效应的教学过程中针对一款采用中芯国际（SMIC）0.18um 1p6m工艺的雷达信号处理SOC 芯片，结合跳线法和反偏二极管的天线效应消除方法，详细阐述版图设计中完全修正天线规则违例的关键步骤，极大地激发了学生的学习兴趣，收到了较好的教学效果。

集成电路版图起着承接电路设计和芯片实现的重要作用。通过版图设计，可以将立体的电路转化为二维的平面几何图形，再通过工艺加工转化为基于半导体硅材料的立体结构[2]。集成电路版图设计是集成电路流程中的重要环节，与集成电路工艺密切相关。为了让学生获得直观、准确和清楚的认识，制作了形象生动、图文并茂的多媒体教学课件，将集成电路典型的设计流程、双极和CMOS集成电路工艺流程、芯片内部结构、版图的层次等内容以图片、Flas、视频等形式进行展示。

版图包含了集成电路尺寸、各层拓扑定义等器件相关的物理信息数据[3]。掩膜上的图形决定着芯片上器件或连接物理层的尺寸。因此版图上的几何图形尺寸与芯片上物理层的尺寸直接相关。而集成电路制造厂家根据版图数据来制造掩膜，对于同种工艺各个foundry厂商所提供的版图设计规则各不相同[4]。教学实践中注意将先进的典型芯片版图设计实例引入课堂，例如举出台湾积体电路制造公司（TSMC）的45nm CMOS工艺的数模转换器的芯片版图实例，让学生从当今业界实际制造芯片的角度学习和掌握版图设计的规则，同时切实感受到模拟版图和数字版图设计的艺术。

二、利用业界主流EDA工具，构建基于完整版图设计流程的实验体系

集成电路版图设计实验采用了Cadence公司的EDA工具进行版图设计。Cadence的EDA产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计、功能验证、集成电路（IC）综合及布局布线、物理验证、PCB设计和硬件仿真建模模拟、混合信号及射频IC设计、全定制IC设计等。全球知名半导体与电子系统公司如AMD、NEC、三星、飞利浦均将Cadence软件作为其全球设计的标准。将业界主流的EDA设计软件引入实验教学环节，有利于学生毕业后很快适应岗位，尽快进入角色。

专业实验室配备了多台高性能Sun服务器、工作站以及60台供学生实验用的PC机。服务器中安装的Cadence 工具主要包括：Verilog HDL的仿真工具Verilog-X、电路图设计工具Composer、电路模拟工具Analog Artist、版图设计工具Virtuoso Layout Editing、版图验证工具Dracula 和Diva、自动布局布线工具Preview和Silicon Ensemble。

Cadence软件是按照库（Library）、单元（Cell）、和视图（View）的层次实现对文件的管理。库、单元和视图三者之间的关系为库文件是一组单元的集合，包含着各个单元的不同视图。库文件包括技术库和设计库两种，设计库是针对用户设立，不同的用户可以有不同的设计库。而技术库是针对工艺设立，不同特征尺寸的工艺、不同的芯片制造商的技术库不同。为了让学生在掌握主流EDA工具使用的同时对版图设计流程有准确、深入的理解，安排针对无锡上华公司0.6um两层多晶硅两层金属（Double Poly Double Metal）混合信号CMOS工艺的一系列实验让学生掌握包括从电路图的建立、版图建立与编辑、电学规则检查（ERC），设计规则检查（DRC）、到电路图-版图一致性检查（LVS）的完整的版图设计流程[5]。通过完整的基于设计流程的版图实验使学生能较好地掌握电路设计工具Composer、版图设计工具Virtuoso Layout Editor以及版图验证工具Dracula和Diva的使用，同时对版图设计的关键步骤形成清晰的认识。

以下以CMOS与非门为例，介绍基于一个完整的数字版图设计流程的教学实例。

在CMOS与非门的版图设计中，首先要求学生建立设计库和技术库，在技术库中加载CSMC 0.6um的工艺的技术文件，将设计库与技术库进行关联。然后在设计库中用Composer中建立相应的电路原理图（schematic），进行ERC检查。再根据电路原理图用Virtuoso Layout Editor工具绘制对应的版图（layout）。版图绘制步骤依次为MOS晶体管的有源区、多晶硅栅极、MOS管源区和漏区的接触孔、P+注入、N阱、N阱接触、N+注入、衬底接触、金属连线、电源线、地线、输入及输出。基本的版图绘制完成之后，将输入、输出端口以及电源线和地线的名称标注于版图的适当位置处，再在Dracula工具中利用几何设计规则文件进行DRC验证。然后利用GDS版图数据与电路图网表进行版图与原理图一致性检查（LVS），修改其中的错误并按最小面积优化版图，最后版图全部通过检查，设计完成。图1和图2分别给出了CMOS与非门的原理图和版图。

三、结束语

集成电路版图设计教学是电子科学与技术专业和相关电类专业培养应用型集成电路人才的重要环节，使学生巩固了集成电路电路原理、工艺和器件等理论知识，掌握了集成电路版图设计流程、方法和主流的EDA版图工具的使用，提高了学生的工程实践能力，同时培养了学生分析问题、解决问题的能力。随着集成电路飞速发展到纳米工艺，版图相关的新技术和设计规则不断涌现。因此，在今后的教学改革工作中，与时俱进，围绕先进的实际设计案例将课堂教学和设计应用紧密结合，构建集成电路版图设计的教学和实践体系，具有重要的意义。

参考文献：

[1]毛剑波，汪涛，张天畅.微电子专业集成电路版图设计的教学研究[J].中国电力教育，2012，（23）：52-53.

[2]陆学斌.集成电路版图设计[M].北京：北京大学出版社，2012.

[3]Dan Clein.CMOS集成电路版图――概念、方法与工具[M].北京：电子工业出版社，2006.