凤凰彩票什么是电路原理图？如何设计电路原理图？电子元件

2023-06-10 09:38:12

　　电器和电子设备中有很多电路板，它们勤勤恳恳地工作着，保障着设备的正常运行。这些小小的电路板其实是大型电路的缩小版，但也发挥着同样重要的作用。

　　正是因为有了电路板，电器和电子设备才没有乱糟糟的电线和巨大的元件，因为它们都被缩小，然后整整齐齐地排列在电路板上。

　　想要进行电路工程的设计，做出这些电路板，我们需要绘制出电路的原理图，也就是设计好谁和谁连在一起，最终构成实现某种功能的通路。然后再进行电路板的设计，也就是如何把这堆设计好的电路，合理地挤到一块小板子上。做好这些，就可以按照设计的方案，把元件一个个地焊到板子上了。

　　原理图是什么呢？呶，下面就是一个简单的电路原理图，我们可以看到整个电路回路由一个干电池、一个开关、一个电阻和一个小灯泡组成，和初中物理课本上的电路图一毛一样。

　　我们没有真地画一个电灯泡或者一块电池上去，而是用一些简单抽象的符号代替它们。没错，电路原理图（Schematics，也用 SCH 表示）就是一种电路符号彼此连接，以反映各元器件的电气连接情况的图纸。也就是一种由简单图示组成的电路图。

　　在实际的工程项目中，电路原理图和电路板（PCB）是一一对应的好基友关系，一个原理图对应一块电路板。

　　我们看到图 1 的原理图是方方正正的，甚至开关和灯泡的大小是一样的。如果看着原理图就开始在板子上焊接大小不一的元件，肯定会出问题。所以，我们需要一个可以表示元件外貌的东西——封装（Package），它描述了元件的形状大小和引脚的排列分布。

　　所以，我们根据原理图中各元器件的电气连接关系，再参考元器件的封装信息，就可以绘制出整个电路板啦。

　　在实际的工程应用上，绘制这些图需要EDA（Electronic design automation，电子设计自动化）绘图工具，工程师们常用的原理图绘制软件有 PADS、OrCAD、Altium Designer（Protel）等。 虽然几种软件的定位不同，但在绘制原理图的流程上它们基本一致。

　　下面，我就用 Altium Designer 软件为老铁们示范一下图 2 原理图的绘图流程，简单地说，就是画好一个个元件，把它们连到一起，再把这个电路搬到 PCB 上。

　　绘制原理图，首先要绘制原理图封装，也就是为每一个元件画一个抽象的图示，就像图 1 用一个矩形来表示电阻一样。

　　我们就以图 2 的电阻元件为例，绘制它的原理图封装。我们用四条蓝线围成的矩形代表电阻。因为电阻有两端，所以我们为电阻添加 2 个引脚（pin），放在蓝色矩形的两端。这样一个电阻的原理图封装就算大功告成了。

　　图 2 中的发光二极管、开关、电池的绘制方法同理，都是用一个简单图形和引脚组合的形式来完成的，恕不赘述。

　　那么应用更广泛的芯片的原理图封装怎么画呢？我们以 TI 公司的 CAN 收发器芯片 SN65HVD230 为例，首先找到这个芯片的数据手册（datasheet，在芯片生产厂商的官网上可以找到），然后找到它的引脚功能部分，也就是下图所示，显然这个芯片有 8 个引脚（pin）：

　　然后根据数据手册中对引脚的描述，我们为这个矩形添加 8 个引脚，一个芯片的原理图封装就画好了：

　　引脚的名称和序号要严格地按照数据手册执行电子元件，如果画错，那 PCB 中的芯片引脚连接就会出错。我们不能浪费画好的封装，一般会把它们一个个地放到一个集成的库（library）里面，下次要用就直接拿出来，不用重新再画。

　　网上也有别人画好的库分享在博客和论坛里。还有一种职业叫封装工程师，每天专门画封装。感觉找到了致富之路。

　　事实上，画一个元件的图示，我们只需要注意引脚的名称和配置，而不需要太注重图示的颜色形状大小等等，因为这个图示只代表了芯片的电气属性。

　　那为什么我们不把黄色的框框换成红色的小心心呢？呃...这个...画成 rectangle 可能是一个小工程师的基本素养吧。如果偏要画成下图中的样子也不是不可以的。

　　一个完整的电路图少不了无源器件的存在，比如电阻、电容、电感等等。它们的原理图封装的样式基本上是固定的：两条横线+小符号，这些都是约定俗成的画法。

　　如何判断无源器件？无源器件只需输入信号，不需要外加电源就能正常工作。有源器件除了输入信号外，还必须要有外加电源才可以正常工作。

　　简单元件的原理图封装我们会画了，那么对于较复杂元器件该怎么处理呢？比如，英特尔 A1151 接口的 CPU 有一千多个引脚，人工绘制这类芯片的原理图封装真的很令人头秃。这时，你可以尝试从芯片的制造商那里获取与你所用 EDA 工具格式兼容的原理图封装，或者使用一些辅助小工具。

　　举个例子，Altium Designer 软件就内置了一个基于 OCR（Optical Character Recognition，光学字符识别）技术的原理图封装绘制工具，它可以自动提取芯片数据手册中的引脚名称部分，把名称复制到封装中，就不用一个一个地敲字啦。

　　画好了元件的原理图封装后，就可以开始绘制原理图了。首先我们把需要用到的元件放置到原理图中。

　　然后再放置具有电气属性的线（wire），将各个元件连接起来，一个有封装的原理图就完成了。原理图上的连线就是实际电路的连线。

　　有时，原理图中两个芯片的距离比较远，如果画线连接两个引脚，可能要画很长很绕的线，画起来很麻烦，而且也很吃藕（丑），大概就像下图：

　　这时，我们就需要另一种表示电气连接的方法——网络标号（Net Label），网络标号可以代替引脚之间用线连接的部分。举个栗子，下图是直接用线连接两个芯片的引脚：

　　两个相同的网络标号表示两个引脚的连接，虽然没有用线连接，但工具软件会认为两个引脚在同一电气网络上。凤凰彩票在绘制原理图时，我们可以根据实际情况选择连线（place wire）或者网络标号。

　　需要注意的是，连线和网络标号主要应用在单张原理图的工程中，对于多图纸的工程（原理图太大了，没法在一张纸上画完），我们还需要用到端口（port）、图纸入口（Sheet Entry）、跨图纸接口（Off-sheet Connector）等网络标识符，这些网络标识符可以描述多图纸之间的连接关系。

　　事实上，在封装库（Package Library）里，一个元件的封装包括原理图封装和PCB封装两部分的。下图就是 Altium Designer 软件的元件封装库。在命名为 xiaoze_library 的封装库里，后缀为 SchLib 的部分就是它的原理图封装库，而后缀为 PchLib 的则是 PCB 封装库。

　　也就是说，我们在原理图中画的图示，还需要相对应的 PCB 封装才算是完整的封装（PCB 封装的画法这里恕不赘述）。原理图封装和 PCB 封装是一一对应的，这样我们就可以利用软件从原理图中导出 PCB 文件。

　　导出的 PCB 文件会打乱各个元件的排列，就像物理实验课上，我们把连好的电路器材全部推到墙边排成一排一样。我们把刚刚画完的原理图导出：

　　然后我们需要对元件进行布局，相当于把器材再整齐地摆回桌子上。需要注意的是，图上的细黄线不代表元件已经连接起来，而是软件在提醒你这里是原理图中的连线部分，我们还需要按照细黄线来手动拉线。下图就是简单布局凤凰彩票、连线后的PCB电路图。

　　几个红色的矩形就是 PCB 的焊盘部分，也就是元件的引脚和 PCB 接触的部分，元件之间通过红色的线连接。在真实的 PCB 中，红色部分就是铜所在的区域，我们把元件焊在板子上，焊盘和红线就会连接在一起构成通路。

　　我们把图 4 送去工厂里制成实物后，再焊上各个元件，一块漂亮的 PCB 就完成啦～来，我们看一下模拟的 PCB，大概长这样：

　　虽然板子做好了，凤凰彩票但是我认为就算按下 S1 的开关，LED 灯也不会亮。（因为电池座里没有放电池啊，嘻嘻）

　　看到这里，小伙伴们是不是已经摩拳擦掌跃跃欲试了呢？今天就带大家做一个 USB 小夜灯的原理图。继上次教大家的 DIY 圣诞节流水灯，这次又可以带着小夜灯和喜欢的妹子一起跨年了呢！

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　　为了免除小伙伴们下载安装软件的麻烦，我诚挚推荐一款在线的 EDA 工具——立创 EDA，大家找到这个网站，简单地注册和登陆就可以在线设计了。这种在线的工具里面有现成的封装，不需要我们自己画，美滋滋。

　　拨开白色的盖板，我们可以清楚地看到内部的 PCB，目测了一下，白色 PCB 上面是 6 颗 2835 封装（也就是长×宽为 3.5mm×2.8mm）的白光 LED 和 6 个 0603 封装的 51Ω 电阻。好，相信大家脑中已经有原理图的样子了（没有也要假装有）。

　　我们打开在线软件，在左边的菜单栏里找到元件库，搜索找到我们要用到的元器件，分别是 CON-USB-M-A（A 型 USB ）、LED2835和RESISTOR（0603 封装），找到这些元器件后，将它们放置在合适的位置，如下图所示：

　　第二步，我们在电气工具的菜单框里找到导线工具（第一个即是），利用导线把 LED 和电阻串联在一起，再并联在 USB 的电源上，就像下图这样：

　　电流从 USB 的引脚 VUSB 流出，通过 LED 的正极到达负极，再流入引脚 GND，所以要注意 LED 的方向。

　　简单的两步，USB 小夜灯的原理图就画好了，选择顶部菜单栏的原理图转 PCB 功能，就可以生成 PCB 图：

　　我们再把零散的元件整齐地排布在工作区，再进行简单的布局连线，USB 小夜灯的 PCB 设计就圆满完成啦。

　　看完文章，想必各位老铁对原理图已经有所了解了。在实际的电路工程中，原理图的设计要比我们今天介绍的更为复杂，一份优秀的电路图既要简洁美观、又要便于固件工程师、嵌入式工程师等的阅读理解。毫不夸张地说，如果绘制原理图出现错误，那么整个电路板工程都是失败的凤凰彩票。