图形图像
赵平
(大连理工大学自动化系，大连116024)
摘要：本文介绍了电路设计软件包Protel产生的PCB文件的格式，并在此基础上给出了一种使用c语言将位图 文件转换为制作印刷电路板所需的PCB文件的实用方法。
关键词：PCB文件；C语言；位图
引
言
下兼容该版本PCB文件，本文中着重对AUTO— TRAX格式的PCB文件格式予以介绍，由澳大利亚Protel Intemational Pty Ltd公司制 作的Protel软件包，由于其功能完善，易学易用，对 复杂电路有较高的布通率等特点，在国内电子设计
转换完成
的PCB文件也以此格式保存。
文件总体结构如下： (1)PCB FILE 4一一文件标f2)COMP 识 行业有着广泛的应用。但该软件包对印刷电路板
的设计只提供了Sans Serif及Serif两种英文字体
的字库，因此印刷电路板设计中字符串始终不能使 用中文，需外挂第三方程序才支持中ENDCOMP一一元件参数描述文字符，并且
绘制好的标志性图案、商标等无法方便地插人到板 图中。解决此类问题通常需借助于COREDRAW等 软件，将绘制好的文字或图片作为块打散为由线段 和圆弧组成的矢量图形，然后以DXF格式导入 PCB文件，或在制板过程中人工将电路板图及图 片合并，其过程繁琐不便于施行。
本文针对上述问题，提出了一种通过C语言 PCB 编程，将位图文件转换为PCB文件格式板图的实 用方法，其生成的PCB文件作为块(Block)可直接
(3)l’I' 6 422 220 424 220 2 0一一自由图元描述
(4)NETDEF一一网络表 (5)ENDPCB一一文件结束标志
其中(1)为PCB文件标识，包含了生成该文件的软件版本信息，(5)为文件结束标志，此两部 分格式固定不可更改。
元件参数描述区(2)，由元件描述起始标识 (COMP)；元件基本参数描述，包括元件标号(Desig-
现
代 1 PC B文件格式 计
插入到设计完成的电路板中使用。
算
机
^
Protel软件包由80年代的Tango升级至DOS 版的Protel，90年代初该公司推出了该软件的 Windows版，并逐渐升级至现在的Protel99SE，其
nator)、封装(Pattern)、注释(Comment)及对标号和
注释字符的描述；构成元件基本图元描述，如线条
(CT)，焊盘(CP)等及元件描述结束标识(END— COMP)组成。此部分对整张板中的所含元件进行
了说明，每一元件描述均有上述四部分结构。本文 中所介绍的方法不使用元件描述部分，对该部分不
作详细介绍，具体可参考文献【1]。总 生成的PCB板文件格式不断改进，大体上有二进 第
制文件(Binary File)和文本文件(ASCII File)两类。
-_
一
考虑到Dos版的Protel仍然拥有相当的用户数量，
_-
--
其AUTOTRAX仅支持ASCII格式，而高版本可向
期
、一
④MODERN COMPUTER 万方数据
2001．8
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自由图元部分(3)，该部分基本组成元素有圆 弧FA(Free Arc)、填充块FF(Free Fill)、焊盘FP
lmil在底层(Bottom Layer)的一线条网络表(4)，该 部分描述了此电路板图中元件(Component)的网络 连接结构，由网络报表文件(．net)导入。 Track)和
PCB文件的五部分中，除首尾标识必不可少外， (Free Pad)、字符串FS(Free String)、线条FT(Free 过孔Fv(Free Via)。此类图元的描述格式
为上述标识加一行描述性字符串组成。自由图元 描述格式相似，差别仅在于描述字符串的个数及含 义不同。在此仅就本文中用到的自由图元一线条予
其余三部分根据需要均可缺失。本文介绍的方法只使
用了自由图元，生成的PCB文件只包含文件头(1)、 自由图元描述区(3)和文件结束标志(5)三部分。 2
以详细介绍，其余图元的参量含义可参考【2】。
线条的描述格式如下：
Fr
Xl Y1 X2 Y2 Width LayerNum
其中，(X1，Y1)为起点坐标，(X2，v2)为终点
标，Width为线宽，Layer为线条所在板层标记，
Num用于描述绘图，具体意义不详，通常为O或1， 实测无影响，在此取0即可。绘制出的线条中间为
一实心矩形，两端为实心园，参见图1，线条方向可为水平、垂直或倾斜三类。
图l
相同。当线条的宽度选取较小，如角为坐标原点，逻辑单位为
0．001英寸(mil)的坐标系中。线条宽度(Width)单 位为lmil，板层标识(Layer)取值范围为(1-13)，具 体含义如下：
1-Top Layer； 2一l Mid Layer； 3-2 Mid Layer； 4-3 Mid Layer； 5—4 Mid Layer： 6—-Bottom Layer； 7-Top Overlay； 8-Bottom Overlay； 9-Ground Plane； IO-Power Plane； 11-Board Layer； 12——Keep Out Layer； 13一Multi Layer。
通过改变该参数即可控制线条所在的图层。 例如：FT
289 134 291 134 1 6 0
即表示从(289，134)到(291，134)，宽度为
万
方数据 格式转换原理转换方法采取矢量化图形的基本思想，先对图
像进行预处理，通过二值化将图像与背景分离，然 坐重新描述后，以PCB文件格式重新储存即可由 Protel软件读取使用。
矢量化过程中为简化搜索算法，转换结果不使 用多角度直线及圆弧对图形进行描述。而全部采 用水平线条描述。转换中通过对图像进行逐行扫 描，对于在同一水平线上连通的黑像素使用同一线 条描述(参考图2)。其中斜线方格为图像点，线条
化后线条的实体部分长度与原黑像素点所占长度 lmil时，此尺寸 各坐标位于以左下已经小于通常印刷电路板生产所能达到的精度，此 时线条端点的圆弧造成的图形边缘不光滑的影响 已非常小，制板后不影响视觉效果。 髟 ·：
髟∥ ·] 髟∥ ∥ ．] 髟 ∥ ∥ ∥ ·]
图2
转换时由BMP图像的左下角开始，由左向右、
由下至上逐行对图像点进行扫描。在搜索到第一
个值小于阈值的点(黑色一即图像实体元素)，将其 作为线条的起点，继续向右搜索。在搜索到第一个
现 值大于阈值的点(白色一即背景元素)，将其作为线
代 条的终点，继续搜索直至到达本行末。同理处理其
计 余行就得到了当前图片的线条描述。
算 线条的端点坐标计算方法：在PCB板图中左 机
^
下角为坐标原点，X轴向右，Y轴向上为正方向。与
总
上述位图像像素点的搜索方向相同。设像素搜索
第
-● 坐标为第x行第Y列。则该点坐标转换后即为(xx一 Width+100，yxWidth+100)，其中Width为设定的线
-I
●-
MODERN COMPUTER 2叭8④
期
v
后对提取出的图像使用矢量图元进行描述。图像
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宽，在像素点有限而需要生成的印刷电路板上图片 m_lpBMIH=(LPBITMAPINFOHEADER)’ 较大时，该线宽可设为较大值。该坐标中X，Y坐标 new char[nSize]； 各加100，是为将生成电路板中图像起始坐标平移
移到(100，100)，以确保起始行的线宽不被截取。
以下为一实际图片转换效果(如图3)，图片大 小为512×512点，256级灰度，(a)为原始图像，(b) 为二值化后图像，(c)为转换后由Protel软件打印 输出效果。
图3
3
程序结构
程序采用VC++6．0编制，为便于使用在此给
出位图至PCB文件的转换部分的完整代码，鉴于 篇幅不再给出流程图。具体细节可参考程序中注 释部分。
在程序的调用部分将BMP文件名BMPFile． Name(8位色)，PCB文件名PCBFileName，二值化 阈值Contrast，线条宽度Width，转换结果所在层 Layer等参数传给该函数即可完成转换过程。
BOOL CBmp2PcbView：：WritePCB(CString BMPFileName， CString PCBFileName，BYTE Contrast,int Width,int Layer) {int nCount，nSize；
BITMAPFILEHEADER broth；
LPBITMAPINFOHEADER m_lpBMIH=NULL；
DWORD m_dwSizeImage=0；
LPBY'IE m_lpImage； CFile BMPFile； CStdioFile PCBFile；
if((BMPFile．Open(BMPFileName，Cfde：：modeRead))==0)
return FALSE； ／／打开位图失败
try{
nCount=BMPFile．Read((LPVOID)&bmfh，
sizeof(BITMAPFILEHEADER))；／／读头信息
if(nCount!=sizeof(BITMAPFILEHEADER))
throw new CException；／／读头信息错误
近bmfh．brrype!=0x4d421
throw new CException；∥非位图文件
一一
nSize=bmth．bfOffBits—sizeof(BITMAPFILEHEADER)；
一柏彤v @MODERN COMPUTER 2001．8
万
方数据 nCount=BMPFile．Read(mlpBMIH，nSize)；
if(m_lpBMIH->biSize!=sizeof(BITMAPINFOHEADER))
throw new CException；／／非Windows位图
if(mlpBMIH一>biBitCount!=8)
throw new CException；∥非256色位图
if(m_lpBMIH一>biCompression)
throw new CException；／／压缩格式
m_dwSizelmage=m_lpBMIH->biSizelmage； if(m_dwSizelmage==01 V／计算位图尺寸 DWORD“Bytes=((DWORD)HI-lpBMIH一>
biWidth。m_lpBMIH一>biBitCount)-／32； if(((DWORD)m_lpBMIH->biWidth+ mlpBMIH->biBitCount)％32)
dwBytes++； dwBytes+=4：
m_dwSizelmage=dwBytes+
m lpBMIH一>biHeight；
l∥将点读入内存
m_lplmage=(LPBYTE)new
char[m_dwSizelmage]；
nCount=BMPFile．Read(m_lplmage．m_dwSizelmage)； int LoopX=m_lpBMIH->biWidth，∥位图列数
LoopY=m_lpBMIH->biHeight；
／／位图行数
int BlankByt，t。d’； CString LineContent；
PCBFile．Open(PCBFileName，CFile：：modeCreatel
CFile：：modeWrite)；
LineContent=\"PCB F1LE钆”：／／PCB文件头
PCBFile．WriteString(HneContent)；
BlankByt=m_lpBMIH一>biWidth％4：
if(BlankByt!=0)∥计算位图行填充字节数
BlankByt--4一BlankByt； LPBYTE MyPoint=m_lplmage； BOOL BlackPointBegine=FALSE； int BeginX，EndX，CoordinateY；
for(i=0；i BlackPointBegine=TRUE； CoordinateY=i*Width+100； )) 图形图像 else{／／背景点 结语 本文提出了一种将位图文件转换为Protel可 读取的PCB文件的实用方法，并给出了转换部分 完整的C语言代码。该方法为在Protel印刷电路板 设计中使用图片和文字提供了解决方案。 程序全部代码在VC++6．0，Windows2000／98 平台下调试通过，转换结果经实际制板使用效果十 分满意。 if(BlackPointBegine){ EndX=(j+Width)+100； LineContent．Format(\"lZIXn％d％d％d ％d％d％d 0Ln\．Coordinate Y，EndX，CoordinateY，Width，Layer)； PCBFile．WriteString(LineContent)； BlackPointBegine=FALSE； }}j MyPoint+=(BlankB蚋；) LineContent=\"ENDPCB”： 参考文献 [1]明军等．TANG03．16版印刷电路板数据文件结构分析．合 肥：安徽大学学报(自然科学版)，1996 f21t纪川．ProtelTRAXEDIrI’PCB文件中基本图元的数据结 构．沈阳：小型微型计算机系统，1994 [3]David KrugliIlski．Programming Visual C++6．0技术内幕(第 五版)(修订版)．希望图书工作室．北京：希望电子出版社， 1999 PCBFile．WriteString(LineContent)； PCBFile．Close()；／／close the file BMPFile．Close()；1 catch(CException+pe){ AfxMessageBox(\"Convert error'3； pe一>Delete()； BMPFile．Close()； return FALSE；} (收稿日期：2001-07—30) retum TRUE； } le a A Method to Convert Bitmap Fi File into PCB ZHAO Ping 116024 China) University ofTechnology，Dalian (Department ofAutomation，Dalian written in C language is also given file used in Protel is discussed in this paper．A program Almtmet：The format of the PCB to demonstrate how to convert the bitmap file into PCB wD喇S：PCB File：C file． Key Language；Bitmap -一 2001．8 MODERN COMPUTER m 一相彤v 万方数据 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容