在整個電子設計流程中，電路原理圖設計是最基礎的部分。只有繪制出符合需要和規范的原理圖，最終才能變為可用于生產的PCB文件。

本章將詳細介紹關于原理圖設計的一些基礎知識，具體包括原理圖常用參數設置、原理圖的設計流程、原理圖圖紙設置、繪制原理圖的步驟等。

5.1 原理圖常用參數設置

在原理圖繪制的過程中，其效率和正確性往往與環境參數的設置有著密切的關系。系統參數設置的合理與否，直接影響到設計過程中軟件的功能能否充分發揮。執行菜單欄中的“工具”→“設置”→“偏好設置”命令，或使用快捷鍵“Ctrl+,”即可彈出的偏好設置對話框。 左側的原理圖編輯器選項卡下有6個子選項卡，分別為顯示選項、柵格選項、編輯選項、批注選項、顏色選項、字段名稱模塊，如圖5-1所示。

5.1.1 顯示選項參數設置

1.渲染引擎

渲染引擎是一種軟件結構，用于生成圖像，從而為原理圖、PCB、原理圖符號甚至是3D效果提供實時圖像或高質量圖像。

KiCad提供了兩種渲染引擎方式，分別是硬件圖形加速和軟件圖形加速。

2.柵格顯示

該選項主要用于原理圖繪制界面中柵格的顯示效果，所謂的柵格就是一些在工作區上看到的網格，這是一種幾何點或線構成的網格，其作用類似于坐標線，可幫助用戶掌握對象間的距離。

在這個選項下可以設置原理圖柵格的樣式、柵格寬度、最小柵格間距、柵格捕獲這4個參數。

（1）柵格樣式：軟件提供給用戶三種樣式的柵格分別是點狀柵格、線狀柵格、小十字柵格，顯示效果如圖5-2所示。

圖5-2 三種柵格顯示效果

（2）柵格線寬，該項用于設置柵格的線寬單位為pixels（像素/英寸）。

（3）柵格最小間距，用來設置相鄰兩個柵格之間的距離，軟件默認為10pixels。

（4）柵格捕獲，此項主要用于開啟捕獲柵格，其作用是控制光標每次移動的距離。

3.光標

光標，即鼠標在原理圖中移動時呈現的狀態，可設置為小十字和全屏十字，此項主要根據設計者自身的設計習慣進行設置。

4.外觀

主要用于原理圖中的一些顯示的控制，包括字體、顯示隱藏引腳、顯示隱藏字段、顯示ERC錯誤、顯示ERC警告、顯示ERC排除、顯示工作電壓、顯示工作點電流、顯示頁面范圍。

5.選擇和高亮

此項用于在原理圖編輯界面中選中元器件后器件的顯示效果，可使用默認設置。

6.交叉探測

在設計過程中往往存在一些原理圖和PCB需要進行比對的過程那么在此項中設計者可決定在原理圖中選中器件后在PCB中是否被高亮出來，這個功能有時很有必要的，因為在設計PCB時常常將相同模塊的器件放一起，那么此功能就能幫助設計者在眾多的元件中將相同模塊的器件找出，大大節省了設計周期。

5.1.2 柵格選項

在5.1.1小節中我們對柵格的顯示效果進行了設置，該選項主要是針對捕捉柵格的參數進行設置，即光標每次移動的距離進行設置，用戶在該項下可將柵格設置為100.00 mils（2.5400 mm）、50.00 mils（1.2700 mm）、25.00 mils（0.6350 mm）、10.00 mils（0.2540 mm）。

快速柵格切換的功能是當用戶在繪制原理圖時可以使用快捷鍵在不同柵格之間進行切換，方便設計者對原理圖的繪制。

5.1.3 編輯選項

1.編輯

在編輯選項下用戶可以設置線條繪制時的拐角角度、器件拖動方式、連線方式等操作上的設置。


（1）線條繪制模式，用來設置繪制線條拐彎的角度，可設置為90°，45°以及其他角度。

（2）單擊鼠標時執行拖動（G）操作，用于器件的移動，當鼠標單擊選中器件時按住鼠標即可對器件進行拖動，或在選中器件的狀態下使用快捷鍵G也能實現器件的移動。

（3）單擊沒有連線的引腳時自動進行連線，該功能主要是在線條繪制時當我們的光標靠近一個沒有連線的端口時光標上方就會出現一支畫筆的形狀，此時點擊該端口就能直接進行連線操作。

2.新對象的默認值

該項主要作用就是對多圖紙操作時對新建的圖紙的圖框邊框和背景進行設置，設計者可使用默認狀態。

3.選擇

可設置鼠標單擊引腳時選中的是什么，如見此項勾選那么在鼠標單擊器件引腳時將選擇引腳符號。

4.鼠標左鍵命令

該選項為不可編輯項，主要用于告訴用戶鼠標左鍵的具體功能。

5.符號字段自動放置

該選項主要有三個可設置項，分別是自動放置符號字段、允許放置字段是自動對齊、放置字段是自動對齊到50mil柵格（W）。

5.1.4 顏色選項

可用于設置原理圖的主題和顏色等，系統默認帶有三個不可編輯的主題，用戶若想在顏色顯示界面顯示自己喜歡的顏色可在此選項下選擇新建一個主題，在這個新建的主題中用戶可以隨意更改任意顏色。

5.2 原理圖設計流程及工具介紹

1.原理圖設計流程

KiCad的原理圖設計大致可以分為如圖5-3所示的9個步驟。

圖5-3 原理圖設計流程

（1）新建原理圖：原理圖設計的第一步，KiCad軟件創建工程時自帶了一張圖紙，當這張圖紙不夠時，可創建一頁新的圖紙。

（2）圖紙設置：設置圖紙的大小、方向等參數。圖紙設置要根據電路圖的內容和標準化來進行。

（3）加載元件庫：將原理圖繪制所需用到的元件庫添加到工程中。


（4）放置元件：從加載的元件庫中選擇需要的元件，放置到原理圖中。

（5）元件位置調整：根據原理圖設計需要，將元件調整到合適的位置和方向，以便連線。

（6）連線：根據所要設計的電氣關系，用帶有電氣屬性的導線、總線、線束和網絡標號等將各個元件連接起來。

（7）位號標注：使用原理圖標注工具將元件的位號統一標注。


（8）編譯查錯：在繪制完原理圖后，繪制PCB之前，需要用軟件自帶ERC（Electrical Rule Check）功能對常規的一些電氣規則進行檢查，避免一些常規性錯誤。 （9）打印輸出：設計完成后，根據需要可選擇對原理圖進行打印或輸出電子檔格式文件。

2.原理圖設計工具介紹

原理圖編輯工具位于右側工具欄中。當一個工具被激活時，它將一直處于活動狀態，直到選擇了另一個工具或用ESC鍵取消該工具。當其他工具被取消時，選擇工具總是被激活。 ：選擇工具（默認工具）。

：用不同的顏色標記網絡和網絡標簽來高亮網絡。如果PCB編輯器也打開了，那么與所選網絡對應的銅也將高亮顯示?？梢酝ㄟ^在空白區域單擊高亮工具或使用清除網絡高亮熱鍵來清除網絡高亮。

：顯示符號選擇器對話框以放置新符號。

：顯示電源符號選擇器對話框以放置新的功率符號。

：畫線。

：畫總線。

：繪制總線入口。這些元素只是圖形化的，不創建連接，因此它們不應該用于將導線連接在一起。

：放置 “無連接” 標記。這些標記應置于本應保持但未連接的符號引腳上?！盁o連接”?標志向電氣規則檢查器表明，該引腳是故意不連接的，而不是錯誤。它們還會影響堆疊符號引腳的原理圖連接性。

：放置連接點。這將連接兩根交叉的導線或導線和引腳，如果沒有交界處（即導線末端或引腳沒有直接連接到另一根導線末端），有時會出現模糊不清的情況。

：放置一個本地標簽。局部標簽連接位于同一圖紙中的對象。對于兩個不同圖紙對象之間的連接，請使用全局或分層標簽。? ?

：放置一個網絡類標識符。

：放置一個全局標簽。所有具有相同名稱的全局標簽都是連接的，即使它們位于不同的圖紙上。

：放置一個層次標簽。層次標簽用于在子圖和子圖的父圖紙之間創建連接。有關層次標簽、子原理圖引腳的更多信息，請參閱分層原理圖部分。

：繪制層次圖紙。您必須為這個子原理圖指定文件名。

：從子原理圖導入層次引腳。該命令只能在層次原理圖符號上執行。它將創建與目標子原理圖中的層次標簽相對應的層次引腳。

：放置文本注釋。

：放置一個文本框。

：畫一個矩形。

：畫一個圓。

：畫一條弧。

：畫一條圖形線。注意:線是圖形對象，與shiyong用導線工具放置的線不同。它們沒有連接任何東西。

：放置位圖圖像。

：刪除已單擊的項目。? ?

5.3 原理圖圖紙設置

5.3.1 圖紙大小

KiCad 8.0原理圖圖紙默認為A4，用戶可以根據設計需要將圖紙設置為其他尺寸。設置方法：在原理圖圖紙右下角的提示框區域雙擊，彈出如圖5-4所示的對話框，在尺寸下拉列表框中選擇需要的圖紙大小。

圖5-4 設置原理圖圖紙的大小

5.3.2 圖紙柵格

進入原理圖編輯環境后，可以看到其界面背景呈現為網格（或稱柵格）形，即可視柵格，用戶可根據習慣改變。柵格為元件的放置和線路的連接帶來了極大的方便，用戶可以輕松的排列器件并進行整齊的連線。Kicad 8.0提供3種柵格類型：用于導航的可視柵格、用于放置的捕捉柵格和用于幫助創建連接的電氣柵格，其具體區別如下：

可視柵格：設置原理圖圖紙背景中可見的網格，僅用作視覺對齊對象的輔助工具。此網格的設置對編輯過程中的光標移動沒有影響。

捕捉柵格：移動鼠標的步進距離，是放置或移動原理圖設計對象時光標鎖定到的網格。將此柵格的數值設置小一些，可以輕松放置或調整原理圖設計對象。

電氣柵格：用于電氣捕捉，當鼠標的光標離電氣對象（元件管腳、導線等）的距離在其捕捉設定值范圍之內時，光標就自動跳到電氣對象的中心上，以方便對電氣對象進行操作。

在原理圖編輯界面左側工具欄中菜單欄中選擇“設置”→“偏好設置”→“原理圖編輯器”→“柵格選項”命令，或單擊繪圖工具欄中的“柵格”按鈕，可以對圖紙的柵格進行設置，如圖5-5所示。

圖5-5 圖紙柵格設置

5.3.3 網絡全局高亮顯示

按住Ctrl+B快捷鍵鍵單擊網絡，可以在所有原理圖中突出顯示該網絡，而其他對象則不變，如圖5-6所示。

圖5-6 網絡全局高亮顯示 其設置方式如下：


（1）執行菜單欄中的“設置”→“偏好設置”→“快捷鍵”命令，在其搜索框中搜索“高亮網絡”，找到原理圖編輯器選項下的高亮網絡，此時會出現兩個高亮選項需要選擇“高亮相同網絡的引腳和網絡”，雙擊該項當彈出提示框時直接輸入“Ctrl+B”組合鍵即可完成設置，如圖5-7所示。


（2）在原理圖界面直接使用快捷鍵，光標變為十字圓盤，此時選擇需要高亮的網絡即可出現如圖5-6的效果。

圖5-7 高亮網絡設置

5.3.4 新建圖紙

在一些大型電路或者需要進行分類的電路中一張圖紙往往不能滿足設計需求，此時我們就需要在原來圖紙的基礎上創建新頁來滿足設計要求，步驟如下：

（1）執行菜單欄“放置”→“添加圖紙”命令，或者直接使用快捷鍵“S”來繪制新頁。


（2）命令執行完成光標上方出現畫筆形狀此時需要繪制一個新頁的入口，使用鼠標單擊確認起點，接著移動鼠標至合適大小再次單擊確認放置。


（3）此時在原理圖頁面管理面板中出現新建頁的圖紙，如圖5-8所示。


（4）圖紙新建完畢我們需要對新建的圖紙設置其屬性，包括紙張大小、創建時間、修訂者、圖紙標題等信息進行編輯，首先在新建的圖紙頁面的右下角信息欄處雙擊或執行菜單欄“文件（F）”→“頁面設置”命令，在彈出的頁面設置對話框中對圖紙的信息進行編輯。

圖5-8 原理圖圖紙管理面板

5.3.5 網絡標簽的設置

在繪制原理圖時對于一些較長的連接網絡或者數量比較多的網絡連接，繪制時如果全部采用導線的連接方式去連接，不方便設計。這個時候可以采取網絡標簽（Net Lable）方式來協助設計，網絡標簽和線都是連接網絡的方式。

KiCad 8.0提供了3種網絡標簽形式供設計者使用，他們分別是網絡標簽、層次標簽、全局標簽三者的區別主要是其作用域不同，接下來將分別對其進行介紹。 網絡標簽，其作用域僅在當前原理圖內連接信號，即在同一張圖紙下表示網絡連接。優點是優化了同一張圖紙的走線，節省時間。缺點是在多層次設計時若要實現多張圖紙之間的網絡連接網絡標簽顯然不適用。


層次標簽，在多層次原理圖設計時使用，在多張圖紙之間可通過分層引腳進行連接，優點是能實現多層次原理圖設計網絡連接，圖紙之間網絡明了圖紙可讀性增強。缺點是在使用時需要通過多次放置層次標簽才能實現網絡的連接。 全局標簽，其作用域為整個原理圖，不分圖紙，使用此標簽和在電路中使用接地符等作用效果相同，在整個原理圖里都能被識別，缺點是標簽太多導致圖紙整體可讀性降低。

5.4 放置元器件

5.4.1 查找并放置元件

在原理圖中放置元件，需要在當前項目加載的元件庫中找到對應的元件并放置。下面以放置9001-1416COOA座子為例，說明放置元件的具體步驟。

（1）在原理圖編輯界面執行菜單欄“放置（P）”→“添加符號”命令，或直接使用快捷鍵“A”即可彈出器件選擇界面，如圖5-9所示。

圖5-9 器件選擇對話框

（2）在器件選擇對話框中選擇在2.3節中創建的“TestLibrary”這個庫，在其下拉列表中選擇“9001-1416COOA”這個器件。

（3）點擊確認按鈕后，器件符號會跟隨光標的移動而移動，在移動到合適位置時點擊鼠標確認放置，由于“9001-1416COOA”這個器件是一個多部件器件所以在放置完成第一個部件后光標上會出現第二個部件的符號，此時單機鼠標即可放置完成。

（4）器件放置完成后還處在放置器件的狀態，此時點擊鍵盤“ESC”鍵即可退出器件放置狀態。

5.4.2 設置元件屬性

雙擊需要編輯的元件，或者在放置元件過程中按E鍵，打開符號屬性面板，如圖5-10所示。下面介紹元件常規屬性的設置。

1.通用選項

字段：用于設置器件的位號（原理圖中相同器件數量及排序）、數值、封裝、數據手冊以及對器件的描述。

通用：對于多部件器件來說，該項主要對部件單元、旋轉角度、是否鏡像等操作進行設置。對于單部件器件來說此項就只能設置旋轉角度和鏡像顯示進行設置。

特性：對器件的仿真特性進行設置。

2.引腳功能

對器件的所有引腳進行羅列并將引腳屬性一并列出，如圖5-11所示。

圖5-10 符號屬性編輯面板

圖5-11 引腳屬性面板

5.4.3 元件的復制和粘貼

1.元件的復制

元件的復制是指將元件復制到剪貼板中。


（1）在電路原理圖上選中需要復制的元件或元件組。

（2）進行復制操作，有以下3種方法：

執行菜單欄中的“編輯（E）”→“復制”命令。

鼠標右鍵選擇復制。

按快捷鍵Ctrl＋C。

執行上述操作之一，即可將元件復制到剪貼板中完成復制操作。

2.元件的粘貼

元件的粘貼就是把剪貼板中的元件放置到編輯區中，有以下3種方法：

執行菜單欄中的“編輯（E）”→“粘貼”命令。

鼠標右鍵選擇粘貼。

按快捷鍵Ctrl＋V。

3.元件的特殊粘貼

執行菜單欄“編輯（E）”→“特殊粘貼”命令即可彈出特殊粘貼對話框，如圖5-12所示。

圖5-12 特殊粘貼對話框

5.5 連接元件

5.5.1 自定義快捷鍵

為提高設計效率，在設計過程中通常使用快捷鍵，KiCad 8.0默認的快捷鍵有很多，有些快捷鍵會由2～3個鍵組成，操作時可能會比較麻煩，用戶可以自定義快捷方式。 建議用戶對常用的命令進行快捷設置，如原理圖中放置線、網絡標簽等命令；PCB中如放置走線、過孔，鋪銅等命令。設置快捷鍵的方式如下。

（1）執行菜單欄“設置（P）”→“偏好設置”→“快捷鍵”命令，或直接使用快捷鍵“Ctrl+,”即可彈出偏好設置對話框，接著選擇快捷鍵選項。

（2）在搜索框中填入與想要功能關鍵字，或者在軟件每個模塊的下拉列表中尋找。

（3）找到自己想要的功能后雙擊就可對該功能快捷鍵進行設置。

該項主要是根據用戶的設計習慣進行設置，當然用戶也可使用默認設置。

提示：原理圖與PCB界面自定義快捷方式不會沖突。假設原理圖的走線命令設為F2，PCB的交互式布線命令也設為F2，不會出現沖突現象。

5.5.2 放置導線連接元件

導線是電路原理圖元件連接關系最基本的組件之一，原理圖中的導線具有電氣連接意義。下面介紹繪制導線的具體步驟和導線的屬性設置。

1.啟動繪制導線命令主要有以下5種方法：

執行菜單欄“放置（P）”→“添加連線”命令，進入導線繪制狀態。

單擊原理圖界面的工具欄的添加連線按鈕，進入導線繪制狀態。

使用快捷鍵“W”能快速進入導線繪制狀態。

在原理圖圖紙空白區域右擊，在彈出的快捷菜單中執行“添加連線”命令。

移動光標置至器件引腳處，當光標上方出現添加連線圖標時表示進入導線繪制狀態，注意此種方法只適用于器件引腳未連接導線的情況或者導線處存在短路的情況。

2.繪制導線

進入繪制導線狀態后，光標上方出現繪制導線圖標，系統處于繪制導線狀態，其具體步驟如下：

（1）將光標移到要繪制導線的起點。若導線的起點是元件的管腳，當光標靠近元件管腳時，光標會自動吸附到元件的管腳上。單擊確定導線起點。

（2）移動光標到導線折點或終點，在導線折點或終點處單擊確定導線的位置，每折一次都要單擊一次。

（3）繪制完第一條導線后，此時系統仍處于繪制導線狀態，將光標移動到新的導線起點，按照上面的方法繼續繪制其他導線。

（4）繪制完所有導線后，按ESC鍵或右擊退出繪制導線狀態。

5.6 原理圖電氣檢測及編譯

原理圖設計是前期準備工作，一些初學者為了省事，畫完原理圖后直接更新到PCB中，這樣往往是得不償失的。按照設計流程來進行PCB設計，一方面可以養成良好的習慣，另一方面對復雜的電路可有效避免錯誤。由于軟件的差異及電路的復雜性，原理圖可能存在一些單端網絡、電氣開路等問題，不經過相關檢測工具檢查就盲目生產，等板子做好后才發現問題就晚了，所以原理圖的編譯步驟還是很有必要的。

KiCad 8.0自帶ERC功能，可以對原理圖的一些電氣連接特性進行自動檢查。檢查后的錯誤信息將在電氣規則檢查面板中列出，同時也會在原理圖中標注出來。用戶可以對檢測規則進行設置，然后根據電氣規則檢查面板中所列出的錯誤信息對原理圖存在的錯誤進行修改。

5.6.1 原理圖常用檢測設置

原理圖的常用檢測項可在“文件（F）”→“原理圖設置”→“電氣規則”中設置，打開電氣規則設置對話框，如圖5-13所示，所有與項目有關的選項都可以在此對話框中設置。

圖5-13 電器規則設置對話框

建議用戶不要隨意去修改系統默認的檢查項的報告格式，只有很清楚哪些檢測項是可以忽略的才能去修改，否則會造成原理圖編譯即使有錯誤也不會被檢查出來。 需要特別注意的是，原理圖的檢測只是針對用戶原理圖的電氣連接性，無法完全判斷原理圖的正確性。例如設計中將電解電容正負極接反了，軟件是無法判定的。所以用戶在通過編譯正確后，還需仔細對照設計圖，確保設計電路的正確性。