第 9 章 pcb 图双面布线设计知识目标 1. 掌握 pcb 双面布线的方法步骤。 2....

第 9 章 PCB 图双面布线设计《电子线路辅助设计P

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第 9 章 PCB 图双面布线设计

知识目标1. 掌握 PCB 双面布线的方法步骤。2. 了解 PCB 图布局和布线概念。

技能目标1. 学会 PCB 双面布线的方法。2. 学会 PCB 图布局调整和布线调整的方法。


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第 9 章 PCB 图双面布线设计

9.1 创建 PCB 图文件 9.2 装载元件封装库 9.3 自动布局 9.4 自动布线


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9.1 创建 PCB 图文件

第 2 章我们已经创建了“振荡器和积分器 .ddb”

设计数据库，并进行了振荡器和积分器电路原理图设计。本章我们接着设计振荡器和积分器 PCB 图。


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9.1.1 打开“振荡器和积分器 .ddb” 设计数据库执行菜单命令“ File\Open…” ，即可进入“ Open

Design Database” 对话框，在查找范围（ I ）右侧的方框中输入振荡器和积分器 .ddb 所在的路径，在编辑框中选中“振荡器和积分器 .ddb” ，如下图所示。然后单击“打开”按钮即可。


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9.1.2 使用向导新建 PCB 文件 1 ）执行菜单命令“ File\New…” ，打开新建文件

对话框，选择“ Wizards” 选项卡，如下图所示。


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2 ）双击对话框中的“ Printed Circuit Board Wiza

rd” 创建 PCB 向导图标，或者先单击该图标，然后单击“ OK” 按钮，进入向导的第一步。见左下图 .

3 ）在左下图对话框中单击“ Next” 按钮，进入向导的下一步。见右下图 .


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4 ）在对话框中，共有 10 种 PCB 类型可供选择。振荡器和积分器电路板可以选用“ Custom made Boar

d” （自定义板）选项，然后单击“ Next” 按钮，进入向导的下一步。


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5 ）在上页对话框中，可定义电路板的尺寸、形状，定义边界层、尺寸层、连线宽、尺寸线宽、板边缘与边界线之间距离等。下面是一些可选项，包括标题栏、字串、尺寸线、挖角、开孔等。选择完成后，单击“ Next” 按钮，进入向导的下一步。


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6 ）如上页图中要求定义所创建的 PCB 板的轮廓，可以在图上修改各个边的数据。输入完成后，单击“ Next” 按钮，进入向导的下一步。


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7 ）在上页对话框中，输入有关所创建的 PCB 图的一些说明信息，而所填写的资料将被放在电路板的机械层里。输入完成后，单击“ Next” 按钮，进入向导的下一步。


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8 ）在上页对话框中，设定电路板的工作层数以及电源 / 地层的数目，这里我们设置为两层。设定完成后，单击“ Next” 按钮，进入向导的下一步。


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9 ）在上页对话框中，选择过孔的类型，第一项“ Thruhole Vias only” 表示过孔穿过所有板层，第二项“ Blind and Buried Vias only” 表示过孔为盲孔，不穿透电路板。选择完成后，单击“ Next” 按钮，进入向导的下一步。


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10 ）在上页对话框中，我们可以指定该电路板上以哪种元器件为主，“ Surface-mount components” 选项是以表面粘贴式元器件为主，而“ Through-hole co

mponents” 选项是以针脚式元器件为主。选择完成后，单击“ Next” 按钮，进入向导的下一步。


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11 ）在上页对话框中，设定连线和过孔的相关资料，输入数据完成设置后，单击“ Next” 按钮，进入向导的下一步。


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12 ）在上页对话框中，设定是否作为模板保存，若要作为模板保存，则应设置模板名称和模板描述，单击“ Next” 按钮，进入向导的下一步。


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13 ）上页对话框是向导的最后一步。用户只需单击“ Finish” 按钮即可。

向导结束后，新建的 PCB 文件将处于打开状态，如下图所示。


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9.2 装载元件封装库

9.2.1 元件封装库的加载在编辑 PCB 文件的状态下，将设计管理器切换成

到“ Browse PCB” 标签页界面。在“ Browse” 浏览栏，单击右边的下拉按钮，打开下拉列表，这里选择“ Libraries ( 库 )” ，如左下图所示。单击“ Add/Rem

ove ( 添加 / 删除 )” 按钮，将出现右下图所示的关于引入库文件的对话框。


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选取库文件的安装目录 C:\Program Files \ Desig

n Explorer99 SE\Library\PCB\Generic FootPrints 。再选取所要装入的元件封装库文件 :AdvPcb.ddb ，而后单击图下面的“ Add” 按钮，此文件就会出现在选择的文件列表中。

元件封装库文件加载完成后，单击“ OK” 按钮，之后所加载的库文件就会出现在 “ Libraries” 栏列表中。


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9.2.2 浏览元件如果要想知道所装载的库文件中是不是包含了振

荡器和积分器电路所有的元件，可以单击 “ Browse

( 浏览 )” 按钮，便可得到下图所示的浏览封装库元件对话框。


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对话框中各项介绍如下： 1)Libraries 可以选择系统已经加载的元件库。单击右边的下拉

式按钮便会看到所加载的元件库，可选择浏览。 2)Components 可以选择库中的元件封装在右边预览。其下的

按钮“ Edit” ( 编辑 ) 可对选中元件进行修改编辑；单击 “ Place”

按钮，可将选择的元件放置到编辑器中。 3) 右边的预览区可以看到当前选择的元件封装形式，非常直

观。按动“ Zoom All ( 观看整体 )” 、“ Zoom In ( 放大 )” 和“ Zo

om Out ( 缩小 )” 按钮可调整图形的大小。 4) 元件封装和右边的预览区下面是所选择浏览元件的尺寸和

其上焊盘尺寸信息。经过比对， PCB FootPrints.Lib 包含了振荡器和积分器电路所

有的元件封装。


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9.3 自动布局 9.3.1 自动布局设计规则设置在自动布局之前应先设置设计规则： 1 ）执行“ Design\Rules” 菜单命令，也可以用热键

D 、 R 完成。 2 ）在调出的对话框中用鼠标单击“ Placement” 标

签，调出“ Placement” 选项页面，如下图所示。


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元件自动布局的设计规则分为 5 类：（ 1 ） Component Clearance Constraint 为元件间

距约束，用于设置元件间的最小距离以及元件之间的距离计算方法。见下图 .


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（ 2 ） Component Orientations Rule 为元件方位约束，用于设置元件能够放置的方位。用鼠标双击该项，或先单击选中该项，然后单击“ Add” 按钮，将出现下图所示的对话框。


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（ 3 ） Nets Ignore 为指定元件自动布局时，可以忽略哪些网络。忽略网络可以加快自动布局的速度和提高布局质量。用鼠标双击该项，或选中该项之后单击“ Add” 按钮，可以调出下图所示的设计规则对话框。


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（ 4 ）“ Permitted Layers Rule” 为指定允许放置元件的工作层。在这里设置顶层放置元件。用鼠标双击该项，或单击该项之后单击“ Add” 按钮，将调出下图所示的设计规则对话框。


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（ 5 ）“ Room Definition” 为指定在布局时放置一个矩形区域规则。用鼠标双击该项，或选中该项之后单击“ Add” 按钮，可以调出下图所示的对话框。


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9.3.2 网络表的加载 1) 执行“ Design \Load Nets” 命令，如左下图所

示。调出右下图所示的对话框。


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　　　 2) 单击对话框中“ Browse… ( 浏览 )” 按钮，调出的下图所示的网络表选择对话框，找到网络表文件所在的位置，然后选中该网络网络表文件（具有“ .N

ET” 的扩展名 ) ，并单击“ OK” 按钮。


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　　　３）单击图右上方的“ Add…( 添加 )” 按钮，并进行分析，同时将分析的结果列表于下方的列表框中，如下图所示。


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(2) 加载网络表后常见的错误和警告： “Error: Footprint xxx not fount in Library” ：错误：

封装 xxx没有在库中发现。此错误的原因是系统在加载的元件封装库中没有发现元件的封装形式，而且也没有发现此元件可选的其他封装形式。这时，应该用鼠标单击图中“ Cancel” 按钮，只要找到该元件所在的封装库文件，将其加载即可。


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“Warning: Alternative footprint xxx” ：警告：封装 x

xx 管脚悬空。如果是原理图中该管脚实际就没有用到，就是空着的，就不必理会这个警告；如果该管脚用到了，现在系统提出了警告，你就应该用鼠标单击图 12-

30 中“ Cancel” 按钮，回到原理图设计器，检查一下该管脚上的布线，最后重新生成网络表，重复加载网络表操作。


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“Error: Component not found” ：错误：没有发现元件封装。发生此错误的原因可能是没有加载 PCB 元件库文件，也可能是在原理图设计时没有指定该元件的封装形式。在这种情况下，应该用鼠标单击图 12-30

中“ Cancel” 按钮，回到原理图设计器，检查一下是否某个元件没有指定管脚封装。最后重新生成网络表，加载所需元件封装库文件，重复加载网络表操作。


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如果在加载网络表时没有出现错误信息，表示成功地加载了网络表。这时单击“ Execute” 按钮，系统将把网络表列出的所有元件放置到布局范围中（此时光标应在布局范围内），如下图所示。


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从图中可以看出，系统将所有载入的元件按类型排列在印制电路板的右侧，由于显示比例较小，元件的字符标识不能正常显示。

另外，网络表还可以在原理图编辑器中执行菜单“ Design ( 设计 )” 下的“ Update Schematic(更新印制电路板 )” 菜单命令，利用“ Synchronization(同步器 )” 进行加载。


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9.3.3 执行自动布局 1 ）执行“ Tools\Auto Placement\Auto Placer…” ，

如下图所示。


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2 ）执行命令后 , 调出下图所示的对话框中，共有两种自动布局方式：“ Cluster Placer ( 成组布局方式 )” 和“ Statistical Placer (统计布局方式 )” 。在这里，由于元件数目较少，因此采用“ Cluster Placer”

自动布局方式。


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3 ）设置完成，单击“ OK” 按钮，退出对话框，系统开始自动布局。经过自动布局后获得的元件布局 ,

如下图所示。


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9.3.4 调整布局自动布局完成后，一般不能够完全达到我们的满意。调整布局实际上就是用手工的方法重新放置元件。

经过调整后的元件布局如下图所示。


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9.4 自动布线 9.4.1 自动布线设计规则设置（ 1 ）执行“ Design\Rules…” 菜单命令；（ 2) 在调出的对话框中用鼠标单击“ Routing ( 布线 )”

标签，以调出“ Routing” 选项卡页面，如下图所示。


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10 个参数组分别介绍如下。 1 ）“ Clearance Constraint” 为连线间距约束。

如下图所示。


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在对话框中，右边可以设置最小间距的数值和针对哪些网络；左边可以设置约束的有效范围。

如“ Layer (某信号层 )” 、“ Object Kind (某类对象 )” 等等，每一个范围选择可能还需要在其下面的栏中进行具体的设置。用户可以根据自己的需要进行选择，但在一般情况下，选择“ Whole Board ( 整个电路板 )” 即可。

设置完成后，单击“ OK” 按钮，返回原对话框，可以看出在其下面的列表中将增加一项连线间距约束。约束项的增加、修改和删除等操作与设置自动布局规则时一样。


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2 ）“ Routing Corners” 为设置连线转角方式规则。双击该项可增加一项连线转角方式约束，下图所示为该规则参数设置对话框。


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3 ）“ Routing Layers” 为设置自动布线过程中哪些信号层可以使用。双击该项可以增加布线层约束规则，下图所示对话框。


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在对话框中，右边列出了 32 个信号层，缺省情况下系统只应用了顶层和底层，其他 30 个中间信号层处于空闲状态。每一个工作层的布线规则有多个选项，其中“ Horizontal” 表示以水平方向连线为主，“ Vertical” 表示以垂直方向连线为主，“ Not Used”

表示不在该信号层上连线。

对于双面板，只能选择“ Horizontal” 和“ Vertical” ，而且顶层和底层不能采用同一种布线规则 . 对话框的左边可以设置布线工作层约束规则的有效范围，缺省为“ Whole Board” 。

设置完成后，单击“ OK” 按钮，返回原来对话框，在其下面的列表中将增加一项布线工作层约束。


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4 ）“ Routing Priority” 为设置布线的优先权规则，即布线的先后顺序。双击该项可以增加布线优先权约束规则，如下图所示对话框。


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5 ）“ Routing Topology” 为设置布线的拓扑结构，即以何种形状进行布线。双击该项可以增加布线拓扑结构约束规则，调出下图所示的对话框。


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6 ）“ Routing Via Style” 为设置自动布线过程中使用的过孔样式。选中该项，单击“ Add” 按钮可以增加布线过孔样式约束规则，调出下图所示的对话框。


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7 ）“ SMD Neck-Down Constraint” 为设置表面粘贴式焊盘颈状收缩的设计规则。双击该项 ( 或选中该项，单击“ Add” 按钮 ) ，调出下图所示对话框。


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8 ）“ SMD To Corner Constraint” 为设置 SMD

元件到导线转角间的最小距离限制设计规则。双击“ SMD To Corner Constraint” 项 , 调出下图所示对话框。


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9 ）“ SMD To Plane Constraint” 为设置表面粘贴式焊盘 SMD 中心到连接电源层的过孔或焊盘中心最小间距的设计规则。双击“ SMD To Plane Constrain

t” 项，调出下图所示对话框。


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10)“Width Constraint” 为设置自动布线中使用连线的最小和最大宽度。用鼠标双击“ Width Constrain

t” 项，调出下图所示对话框。


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提示：在所有的 10 个参数组中，“ Routing Layers ( 布

线层 )” 是必须设置的。对于双面板来说，顶层和底层只能选择“ Horizontal (水平 )” 或“ Vertical (垂直 )”

项，而且二者所选项最好不要相同。另外“ Clearance

Constraint ( 连线间距约束 )” 和“ Width Constraint

( 连线宽度约束 )” 中至少设置一项，否则执行自动布线时将出现错误或毫无结果。


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自动布线还有一些布线选项可供设置。设置的操作步骤如下：

(1) 执行“ Auto Route\Setup” 菜单命令，如下图所示。


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(2) 在调出下图所示的对话框中，主要是设置一些布线合格的选项开关。例如印制电路板上有存储器件，应将“ Memory” 项打开。一般情况下，使用系统的缺省值即可。

(3) 单击“ OK” 按钮，完成布线合格选项的设置。


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9.4.2 执行自动布线在自动布线设计规则设置完成后，就可以进行自

动布线了。自动布线具有 5 种方式 :

（ 1 ）全局布线 (All)

执行“ Auto Route\All” 菜单命令，命令执行后出现下图所示结果。


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（ 2 ）指定网络布线 (Net)

执行“ Auto Route\Net” 菜单命令，命令执行后光标变成十字形状，移动光标到需要布线的网络 (焊盘或连接线 ) ，并单击鼠标左键，系统便开始自动对该网络布线。如果单击的是焊盘，可能会出现一个快捷菜单，如下图所示。这时应该选择“ Pad” 菜单项或者“ Connection” 菜单项，而不能选择“ Component”

菜单项。


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（ 3 ）指定两连接点之间布线 (Connection)

执行“ Auto Route\Connection” 菜单命令，也可以用字母热键 A 、 C 完成。命令执行后移动光标到需要布线的连接线，并单击鼠标左键，系统便开始自动对该连接线布线。该连接线布完后，继续选择其他的连接线，直到布完所有的连接线。最后单击鼠标右键取消选择连接线的布线命令状态。


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（ 4 ）指定元件布线 (Component)

执行“ Auto Route\Component” 菜单命令，也可以用字母热键 A 、 O 完成。命令执行后移动光标到需要布线的元件，并单击鼠标左键，系统便开始自动对该元件的所有管脚布线。该元件布完后，继续选择其他的元件，直到布完所有的元件。最后单击鼠标右键取消选择元件的布线状态。


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（ 5 ）指定区域布线 (Area)

执行“ Auto Route\Area” 菜单命令，也可以用字母热键 A 、 R 完成。命令执行后移动光标到需要布线的元件左上角，并单击鼠标左键，然后拖动鼠标使得出现的矩形框包含需要布线的元件，之后单击鼠标左键，以构造一个布线区域，系统便开始自动对该区域的所有元件进行布线。该区域元件布完后，继续选择其他的布线区域，直到完成所有的元件布线。最后单击鼠标右键取消选择元件布线命令状态。


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9.4.3 布线调整虽然 Protel 99 SE 的自动布线成功率几乎高达 10

0% ，但是并不代表其布线的结果是合理的。实际上，自动布线的结果往往不能令人满意，最典型的缺点就是布置的连线拐弯太多，有一些布线甚至是舍近求远。因此一个最后成型的能够拿到制板厂制作印制电路板的 PCB 图，经常需要在自动布线后进行手工调整。

布线调整实际上就是对布线进行删除、重布、移动等操作。


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自动拆线功能集中有“ Tools” 菜单的下拉菜单中的“ Un-Rou

te” 菜单项的子菜单中，如下图所示。

自动拆线具有 4 种方式，分别为“ All” 、“ Net” 、“ Connec

tion” 和“ Component” ，其功能与自动布线相反，为自动拆线。


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9.4.4 保护预布线在设计布线过程中，有时候可能需要事先布置一些

导线，以满足一些特殊要求，然后再利用系统的自动布线功能。这时候就需要对已布置的导线进行保护，以免受到自动布线的影响。


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预先布置的连线必须满足以下条件：

1)其支线必须终止于过孔。

2)其终止于元件管脚时必须终止于管脚中心 (焊盘内孔范围内 ) 。

3)预先布置的连接线必须被完整地布线 ( 即从网络的一个元件管脚到另一个管脚 ) 。

4)预先布置的网络必须被完整地布线。

5) 所有预先布置的连线必须满足设计规则。例如如果有一个网络同时使用了 10mil 和 20mil 的连线，则设置连线宽度约束时必须包含这两个数值。

6) 所有预先布置的连线必须具有“锁定 (Locked)”属性。


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要使预布的网络连线具有“锁定 (Locked)”属性，操作步骤如下：

1) 执行“ Edit\Select\Net” 命令，也可用字母热键 E 、 S 、 N 完成。

2) 移动光标需要保护的网络，单击鼠标左键，选中该网络，使该网络的连线处于高亮状态。然后双击其中一条连线，调出连线属性对话框。

3) 利用整体编辑方法，将选取部分设为“ Locke

d (锁定 )”属性 (参见导线整体编辑方法 ) 。


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9.4.5 元件标号标注更新通常情况下，设计原理图时的元件序号排列顺序，

在设计印制电路板时随着自动布局和手工调整，会使元件的排列变得杂乱无章，不利于电路板的目视检查。所以，有些时候就要对部分元件标号进行更新。


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系统的重新编号功能操作如下 :

1) 执行“ Tools\Re-Annotate” 菜单命令，出现下图所示的对话框。


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2) 按照不同的需要，选择不同的工作方式，然后单击“ OK” 按钮确定，即可实现元件的重新编号。同时系统还会根据所定义的设置产生一个 ASCII 文件，文件名后缀为“ .WAS” ，与原来的 PCB 图位于同一个“ Documents” 文件夹中。


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3) 更新原理图的元件标号。在对 PCB 图进行重新编号后，最好回到原理图中，更新原理图的元件标号，避免元件封装形式发生变化。其方法为：

①回到窗口左边的浏览管理器，单击对应原理图文件，使当前工作区为原理图编辑器。

②执行“ Tools\Back Annotate” 菜单命令，弹出调入“ *.WAS” 文件的对话框，将上面 PCB 图重新标注形成的扩展名为“ .WAS” 文件装入，然后单击“ O

K” 按钮，即可更新原来的原理图中的标注，同时系统给出一个更新后的报告文件。


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9.4.6 印制电路板的 3D显示 Protel 99 SE具有印制电路板的 3D显示功能，使

用该功能可以显示清晰的 PCB 的三维立体效果，并且可以随意旋转、缩小、放大及改变背景颜色等。在三维视图中，通过设置可使某一网络高亮显示，也可使元件、丝网、铜箔、字符隐藏起来。


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下面以振荡器和积分器印制电路板为例说明 PCB

的三维显示操作过程。 1 ）打开“振荡器和积分器 .PCB” 文件，如下图

所示。


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2 ）执行菜单命令“ View\Board in 3D”, 或者按下主工具栏中的按钮，就进入 3D显示画面，如下图所示。


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上图中，右窗口是三维图形显示区。左窗口是 3D

浏览管理器 Browse PCB3D ，其内容分为三个栏： Br

owse Nets(网络浏览 ) 、 Display（显示）和图形旋转控制栏。


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3 ）执行“ View\Preferences” 命令后，会弹出参数设置对话框，如下图所示。使用该对话框可对 3D显示图形进行参数设置。


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在这个对话框中，分为三个选项栏：● Display 栏与 3D 浏览管理器一样，也可以对元件、丝网、铜箔、字符等显示或隐含进行设置。

● Highlighting 栏用来设置要高亮显示网络的颜色以及 3

D 图形的背景颜色。● Print Quality 栏用来设置打印的质量。通过执行主菜单“ View” 的下拉各命令，可对 3D

显示画面进行调整。


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谢谢 !

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