12．2 手工布局
布局实际上就是如何在一块印刷电路板上放置元件。布局是否合理，直接关系到布线的效果。Protel 99 SE提供了自动布局功能，对于简单电路的印刷电路板图绘制，完全可以跳过绘制原理图阶段而直接进入手工布局；对于比较复杂的电路，虽然自动布局快捷高效，但对于不合理的地方，仍然采用手工方式对布局进行调整。下面，以制作一个简单电路的单面印刷电路板为例，其原理图如图12-2-1所示，来讲解如何进行手工布局。
图12-2-1 一个简单的电路(振荡电路)
12．2．1 设置布局范围
1．设置当前原点
在PCB编辑器中，新建一个PCB文件后，系统已经定义了一个坐标系，该坐标系的原点称为绝对原点(Absolute Origin)，其位置在工作窗口的左下角。为便于规划电路板，可以自行定义坐标系，具体方怯前面已经讲述。设置当前原点后，在状态栏可以看到，工作窗口的各点坐标已经变为新坐标系下的坐标。另外，计量单位这里采用英制。
2．确定电路板层的数目
由于电路比较简单，我们采用单面板结构。新建一个PCB文件时，系统默认信号层为两层，即顶层和底层。单层电路板需要以下层。
◆顶层：仅放置元件。
◆底层：进行布线和焊接。
◆机械层：绘制电路板的边框(物理边界)。这里我们采用Mechanical 4。
◆顶层丝印层：显示元件的轮廓和标注字符。
◆多层：用于显示焊盘。
执行菜单命令Design/Options，在弹出的对话框中，打开所需要的工作层。设置完毕后，工作窗口底部显示的电路板各层的名称如图12-2-1所示。
切换工作层的方法有：一是用鼠标左键单击工作窗口底部的相应工作层名称标签；二是使用小键盘的“+”或“—”键依次切换所有打开的工作层；三是使用小键盘的“*”，键，可在顶层与底层之间不定期回切换。
图12-2-2 单层电路板选定的层
3．确定电路板的尺寸大小
每一块电路板都有外形及一定的尺寸。可以在机械层通过画线的方法，确定电路板的外形尺寸。定义该板为长方形，X方向长2300mil，Y方向高2500mil。具体操作步骤如下。
①选择当前工作层为机械层
②设置当前原点。
③执行菜单命令Place/Line，光标变成十字形。
④将光标移到当前原点处，单击鼠标，确定起点。然后将光标沿X方向移到(2300，0)
处，单击鼠标左键，确定一条线。同样方法，继续确定另外3条边。4个点的坐标是：(0，0)、(2300，0)、(2300，2500)和(0，2500)。
⑤如果对电路板的边框画的不太满意，可在连线的属性对话框中进行修改，如调整线宽、起点坐标和终点坐标等，这样比较准确。
⑥最后，按End快捷键，刷新画面，去掉残痕，电路板的外形边界就绘制好了。
12．2．2加载与浏览PCB元件库
确定电路板的外形尺寸后，就可以开始向电路板中放置元件。放置元件前，先加载PCB元件库。Protel 99 SE在Library Pcb路径下有3个文件夹，提供3类PCB元件，即Connector(连接器元件封装库)、Generic Footprints(普通元件封装库)和IPC Footprints(IPC元件封装库)。在3个文件夹下各有若干元件封装库。比较常用的元件封装库有：Advpcb．ddb，DC to DC．ddb，General．ddb等。加载、移除与浏览元件库的操作步骤如下：
图12-2-3 使用PCB浏览器加载元件库 图12-2-4 PCB Libraries对话框
①执行菜单命令Design/Add／Remove Library；或单击主工具栏的
按钮；或在PCB管理器中，单击Browse PCB选项卡，在Browse下拉列表框中，如图12-2-3所示,选择对象为Libraries(元件封装库)，单击框中的Add／Remove按钮。
②加载PCB元件库：在弹出如图12-2-4所示的PCBLibraries对话框中，在“搜寻”栏中确定所需元件库文件的路径；在“文件类型”框中选择文件类型。有两种文件类型可供选择：Protel Design fi1es(*．ddb)(Protel 99 SE元件库文件)和PCB Library files(*．1ib)(以前版本的PCB元件库文件)。下方的Selectes Files框中，单击OK按钮，完成操作。本章例子需要加载元件封装库为Advpcb．Ddb\PCB Footprints．1ib和International Rectifiers．ddb＼International Rectifiers．1ib。
③移除PCB元件库的操作：在图12-2-4中的Selected Files框中，选取要移除的PCB元件库文件，单击Remove按钮即可。
④浏览PCB元件库的操作：执行菜单命令Design\Browse Components；或单击主工具栏中的
按钮；或使用图12-2-3中的Browse按钮，都可弹出浏览元件库对话框，如图12-2-5所示。在对话框中，可查看各类元件封装的形状；单击Edit按钮，对所浏览的元件进行编辑；单击Place按钮，可将元件放置到电路板上。
图12-2-5 浏览元件库对话框
1 0．2．3 手工布局与布局的调整
1．根据原理图放置元件
加载元件库后，就可向电路板上放置元件了。图12-2-1中所需元件如表12-2-1所示。
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表12-2-1 放置元件表 |
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元件类型 |
元件标号 |
元件标称值 |
元件的封装名称 |
所属元件封装库 |
|
电阻 |
R1 |
4．7K |
AXIAL0．4 |
Footprints．1ib |
|
电阻 |
R2 |
20K |
AXIAL0．4 |
Footprints．1ib |
|
电阻 |
R3 |
20K |
AXIAL0．4 |
Footprints．1ib |
|
电阻 |
R4 |
4．7K |
AXIAL0．4 |
Footprints．1ib |
|
电容 |
C1 |
0．1uF |
RAD0．2 |
Footprints．1ib |
|
电容 |
C2 |
0．1uF |
RAD0．2 |
Footprints．1ib |
|
三极管 |
Q1 |
NPN1 |
TO-5 |
Footprints．1ib |
|
三极管 |
Q2 |
NPN1 |
TO-5 |
Footprints．1ib |
|
插座 |
J1 |
CON3 |
SIP3 |
Footprints．1ib |
放置元件、放置焊盘和放置字符串的操作步骤见12．1节中部分内容。在放置元件之前，最好对电路板的布局有一个大概的规划，放置元件时，一次到位，以节省时间。
2．布局的调整
虽然将元件放置到电路板上，但元件的位置未必合理，元件的排列未必整齐美观，所以，有必要对某些元件的位置进行调整。主要操作包括对元件的排列、移动和旋转等操作。
(1)选取元件
选取元件的方法如下。
◆第一种方法：按住鼠标左键，拖出一个矩形框，把选取的元件包含进去，放开鼠标，被选取的元件变成高亮。
◆第二种方法：单击主工具栏的
按钮，光标变成十字形，拖出一个矩形框，把选取的元件包含进去，放开鼠标左键，被选取的元件变成高亮。单击主工具栏的
按钮，则释放被选取的元件。
◆第三种方法：在PCB管理器中，单击Browse PCB选项卡，在Browse下拉列表框中，选取Components，在下面的元件列表框中，选择要选取的元件标号，单击Select按钮，会发现，工作窗口中对应的元件变成高亮。这种方法适合于自动布局。
◆第四种方法：系统提供了选取对象和释放对象的命令。选取的对象包括元件、导线、焊盘、过孔、和字符串等。选取对象的菜单命令为Edit\Select；释放对象的的菜单命令为Edit\Deselect。Edit\Select子菜单下包含多种命令，各命令功能如下。
Inside Area：选取用鼠标拖动出来的矩形区域中的所有对象。
Outside．Area：选取用鼠标拖动出来的矩形区域外的所有对象。
All：选取电路板中的所有对象。
Net：选取组成某网络的对象。
Connected Copper：选取连接为通路的铜，包括铜膜导线、焊盘和过孔等。
Physical Connection：选取连接焊盘的导线和过孔。执行该命令，用光标单击两个焊盘之间的连线即可。
A11 On Layer：选定当前工作层上的所有对象。
Free Objects：选取除元件以外的所有对象。
All Locked：选取所有被锁定的对象。
Off Grid Pads：选取所有不在电气栅格上的焊盘。
Hole Size：选取指定内孔直径的焊盘和过孔。
Toggle Selection：执行命令后，用光标单击某个对象，则该对象会在选取状态和非选取状态之间切换。
Edit\Deselect中的命令与对应的Edit\Select命令的功能相反，操作方法一样。
另外，执行菜单命令View\Selected objects，或单击主工具栏中的
按钮，可将选取的对象在工作窗口放大显示。
(2)移动元件
移动元件的方法如下。
◆第一种方法：将光标放到需要移动的元件上，按下鼠标左键不放，将元件拖至目标位置，放开鼠标左键即可。
◆第二种方法：元件在选取状态下，单击主工具栏的
按钮，光标变成十字形，在被选取的元件上，按住鼠标左键，也可实现移动操作。
◆第三种方法：执行菜单命令Edit\Move\Component，光标变为十字形，移动光标到要移动的元件，单击该元件，元件将随鼠标一起移动，到目标位置，单击鼠标左键放置元件。此时，仍处于命令状态，可移动另一个元件。单击鼠标右键，结束命令状态。
在Edit\Move子菜单下，还有若干子命令，其功能如下：
●Move：单纯地移动一个元件。使用该命令，只是移动元件本身，而与元件相连的其他对象，如导线等，则原地不动。
●Drag：用于拖动元件。该命令的执行与PCB工作参数设置对话框中的Options选项卡中设置Component drag有关。
●Component：移动元件。
●Re-Route：对选取的导线，进行拖动，任意走线。
●Break Track：折断导线。执行该命令，将选取的导线分为两段。
●Drag Track End：拖动导线的端点。
●Move Selection：将选取的多个元件进行移动。
●Rotate Selection：旋转选取的对象。
●Flip Selection：将选取的对象翻转180°。
●Polygon Vertices：更改多边形平面填充的顶点。
●Split Plane Vertices：用来更改内部电源／接地层的顶点。
(3)旋转元件
当有些元件的方向需要调整时，要对元件进行旋转操作，方法如下。
◆第一种方法：先将光标移到要旋转的元件上，然后按住鼠标左键不放，同时按下空格键，或X键，或Y键，即可旋转被选取元件的方向。使用空格键每次旋转的角度，可在PCB工作参数设置对话框中的Option选项卡中的Rotation Step文本框中设置。
◆第二种方法：使用菜单命令Edit\Move\Rotate Selection，操作步骤如下：
●先选取需要旋转的对象。
●然后执行Edit\Move\Rotate Selection命令，在弹出的对话框中，输入旋转的角度后，单击OK按钮。
●用鼠标在图纸上选定了一个旋转的基点后，单击鼠标，选取的元件就旋转了设定的角度。
(4)排列元件
如同原理图编辑器一样，在PCB编辑器中，系统也提供了元件的排列对齐功能。可以在如图12-2-6所示的元件位置调整工具栏(Component Placement)，单击相应的图标；或执行菜单命令Tools\Interactive Placement的子菜单中的命令，来实现元件的排列。
(5)调整元件标注
元件标注字符的位置、大小和方向等不合适，虽然不会影响电路的正确性，但影响电路板的美观，所以，在布局和布线结束之后，均要对元件的标注字符进行调整。调整的原则是
标注要尽量靠近元件，以指示元件的位置；标注的方向尽量统一，排列有序；标注不要放在元件的下面以及焊盘和过孔的上面；标注大小可调整。调整元件标注的方法有以下几种。
第一种方法：将光标移到要调整的元件标注上，按住鼠标左键不放。这时，可用X键、Y键和空格键对它进行旋转操作，也可移动光标到合适的位置，松开左键，完成标注的方向和位置调整。
第二种方法：用鼠标左键双击要调整的标注，或单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择Properties命令，系统会弹出该标注的属性对话框。