關鍵詞： Protel99；原理圖；Visual C++；面向對象
1 引言
在進行電路故障診斷等軟件設計時，會遇到電路圖的顯示、拓撲分析等問題。在自己的程序中，直接實現上述功能是不現實的。Protel99是國內使用非常廣泛的電路圖的繪制工具，于是筆者開發了Protel99原理圖顯示庫，該顯示庫讀取Protel99生成的原理圖文件，完成電路圖的顯示、拓撲分析等功能，為測試人員提供盡可能多的測試信息，引導測試人員進行故障隔離定位及元件的檢測、方便電路的維修。具體如下：①讀取Protel99原理圖文件，轉變為自定義格式的原理圖文件，并顯示；②實現了電路圖的自由縮放、元件和電氣節點的點選、定位和屬性的設置；③查詢和導出電路圖的網表。
2 Protel99原理圖顯示庫的開發
Protel99原理圖顯示庫需要把Protel99原理圖文件轉換成自定義格式的原理圖文件，因此先介紹Protel99原理圖的文件格式。
2.1 Protel99原理圖的文件格式
Protel99原理圖文件（SCH）是Protel99存儲原理圖的格式，存儲了許多供Protel99使用的信息，通常是以二進制格式存放的，格式比較復雜，所以首先把SCH格式轉換為ASC格式。ASC格式是文本文件，簡明易讀，包含了構造自定義格式原理圖所需的所有信息。文本文件中每一行表達一個確定的信息，對于一行而言,每個字符串之間是用空格隔開的。Protel99原理圖文件（ASC）的基本結構如下：
(1)[Font_Table]區段
定義原理圖文本顯示使用的字體。
(2)Library……EndLibrary區段
定義元件庫，每個庫用“Component…EndComponent”描述，包含了該元件庫的信息：庫的描述、庫名、庫的組成元素（用“Part…EndNormalPart”段描述）。本區段有很多信息僅供Protel99使用的，可以忽略。
(3)[Sheet……EndSheet]區段
原理圖中元素的描述。位于緊接Sheet后的一行是描述頁面（頁面的尺寸，背景顏色，是否顯示網格等）的；Template…EndTemplate描述原理圖的模板（標簽，線條，圖標等）；位于EndTemplate之后的內容描述原理圖的中的元素（元件、導線、總線、網絡標簽等）。本區段有很多信息僅供Protel99使用的，可以忽略。
2.2 Protel99原理圖顯示庫的類的設計
VisualC++ 是面向對象的程序設計語言，其MFC封裝了幾乎所有的WINDOWS API函數,提供了完善的圖形繪制能力，可以繪制原理圖中的各種圖形元素，如矩形、點、線等。
分析可知，Protel99原理圖是由以下圖形元素組成的，直線、連續直線及多邊形區域、橢圓及橢圓區域、矩形及矩形區域、圓弧及橢圓弧、文本等，Protel99原理圖文件中已包含了各種圖形元素的具體參數和組織方式。在了解了Protel99原理圖的文件格式之后，就可以進行類的設計。設計的思想是面向對象和Protel99原理圖的文件格式相結合的方法。主要設計了如下幾個類：
2.2.1 圖形元素基類（CDrawElement）
對各類圖形元素進行分析，可以發現各類圖形元素具有一些相同的屬性和操作功能，如圖形元素的顏色、線型、線寬等和繪制圖形元素等操作。把各類圖形元素中共性的屬性和操作放在圖形元素基類（CDrawElement）中，具體的圖形元素類（圓弧類、多邊形類等）由這個類派生，不再一一贅述。
class CDrawElement : public CObject
{ long m_lColorPen; //筆色
short m_sLineWide; //線寬（像素）
………//其它屬性
void CalNewCoordinate(BOOL bMir, short sOriCom, int nComX, int nComY,
int nX,int nY,int *nNewX, int *nNewY);// 計算絕對坐標函數，參數依次為：元件鏡像否、
//元件的方向、元件的起點坐標XY、原始坐標XY、絕對坐標XY指針
//根據所屬元件的位置屬性和本元素的相對坐標計算本元素的絕對坐標
virtual void Draw(CDC *pDC, BOOL bMirrored, short sOrientation, int nComX, int nComY,)=0;
//繪制元素的純虛函數，參數依次為：繪圖設備上下文指針、元件鏡像否、元件的方向、
//元件的起點坐標XY
virtual BOOL ReadWriteFile(CFile *file, BOOL bWrite);
//存儲或讀取自定義矢量原理圖二進制文件
………//其它方法};
說明：①該類是各個具體的圖形元素類的基類；②如果該類的派生類元素包含在某一元件庫中（如管腳Pin類），該元素的坐標是相對坐標（相對于所屬元件起點坐標的坐標），該元素的絕對坐標是根據所屬元件的位置屬性（起點、方向、是否鏡像）和本元素的相對坐標計算得出的；如果該類的派生類元素直接包含在原理圖中（如導線Wire類），則該元素的坐標就是絕對坐標；③該類中定義了繪制元素的純虛函數，以便在其派生類中實現多態，繪制不同的元素，如直線、圓弧等；④ReadWriteFile是存取自定義格式二進制文件，本類僅存取公共屬性，而派生類中不僅存取公共屬性而且存取各類元素特有的屬性。
2.2.2 元件類（CComponentSche）
分析Protel99原理圖文件可知，各個元件的信息是這樣組織的，元件的繪制信息，即元件的組成元素，如：管腳、直線、多邊形等，是存放在元件庫中的，其它信息，如元件的起點坐標、元件庫的索引、元件名稱等是單獨存放的。本文設計了元件庫類（CComLibSche）和元件類（CComponentSche），元件庫類（CComLibSche）見2.2.3。
元件類（CComponentSche）派生于CObject，封裝了元件的起點坐標、元件庫的索引、元件名稱等屬性和元件的繪制（結合對應的元件庫）、屬性的存取、元件的點選、得到元件的邊界矩形等操作，類代碼從略。下面給出元件的繪制的算法：
void CComponentSche::Draw(CDC *pDC)
{ CComLibSche *pComLib;// 元件庫指針
根據本元件的元件庫的索引得到相應的元件庫并把地址賦給pComLib;
pComLib->Draw(pDC,m_bMirrored,m_sOrientation,m_nX,m_nY);
//把繪圖設備上下文指針、鏡像否、方向、起點坐標等參數傳遞給
//元件庫的繪制函數，讓元件庫完成元件的繪制。
繪制元件名稱;
繪制元件型號;
根據本元件的選中狀態，繪制邊界矩形;}
2.2.3 元件庫類（CComLibSche）
派生于CObject，封裝了該類元件的組成元素（如：管腳、直線、多邊形等，各類圖形對象按照數組的形式組織）、元件庫的索引等屬性和該類元件的繪制等操作，類代碼從略。下面給出該類元件的繪制的算法：
void CComLibSche::Draw(CDC *pDC, BOOL bMirrored, short sOrientation,
int nComX, int nComY)// 參數依次為：繪圖設備上下文指針、元件鏡像否、
//元件的方向、元件的起點坐標XY
{ n=GetPinNums();//得到管腳對象數組中元素的個數
while(n--){ CPinElement* pPin;//管腳類指針
pPin =GetPin(n)//從管腳對象數組中得到一個管腳對象
pPin ->Draw(pDC,bMirrored,sOrientation,nComX,nComY);
//把繪圖設備上下文指針、元件鏡像否、元件的方向、元件起點坐標XY等參數
//傳遞給管腳類的繪制函數，讓管腳類完成管腳的繪制。
}
………//完成其它各類圖形對象的繪制}
說明：元件庫類（CComLibSche）的設計充分體現了面向對象的封裝特性。元件庫的管理機制體現在分層上，元件庫類（CComLibSche）只是封裝了各類圖形對象，不直接管理到每個圖形，各類圖形對象的操作（如：繪制、屬性的存取等）由各類圖形對象類具體負責。這種分層結構帶來了程序設計和管理上的便利，分層結構是本顯示庫設計的特色之一，原理圖類（CSCheFigure）的設計也用到了這種結構，見2.2.4的算法示例。
2.2.4 原理圖類（CSCheFigure）
派生于CObject，封裝了Protel99原理圖顯示庫的所有功能，是該顯示庫的對外接口，包含了原理圖中的相應元素，如：元件庫、元件、電氣節點、字體表、圖紙等。類代碼如下：
class __declspec(dllexport) CSCheFigure : public CObject
{CTypedPtrArray<CObArray,CComLibSche*>m_ComLibArray;//元件庫對象指針數組
CTypedPtrArray<CObArray,CComponentSche*>m_ComponentArray; //元件對象指針數組
CTypedPtrArray<CObArray,CNetNodeGroup*>m_NetGroupArray; //電氣節點對象指針數組
float m_fScale,; //比例尺
………//其它屬性
BOOL WriteSSS(CString strSSSFile);//把CSCheFigure對象的信息寫入自定義矢量原理圖二進制文件
BOOL ReadProtel(CString strSchFile);//讀取Protel99原理圖文本文件ASC，初始化CSCheFigure對象
void Draw(CDC *pDC);//繪制原理圖
………//其它方法};
下面給出本類中一些函數的算法：
（1）ReadProtel函數的算法
BOOL CSCheFigure::ReadProtel(CString strSchFile)
{ 打開文件strSchFile;
跳過文件頭;
生成字體表;
依次生成各個元件庫對象，并添加到元件庫對象數組;
生成頁面對象;
根據讀到的字符串，生成各個對象（如元件、導線、網絡標簽、標簽等），并添加到相應對象數組;
跳過"Version 2.0 Sheet"行及以后內容;
關閉文件strSchFile;
合并各個導線(Wire)、連接點(Junction)和電源端口(PowerObject) 對象，依次生成各個電氣節點對象，并添加到電氣節點對象數組;
return TRUE;}
（2）原理圖繪制函數的算法
void CSCheFigure::Draw(CDC *pDC)
{ m_pSheetType->Draw(pDC);//m_pSheetType為圖紙對象指針，繪制圖紙
n= GetComponentNums ();//得到元件對象數組中元素的個數
while(n--){ CComponentSche* pCom;// 元件類指針
pCom =GetComponent(n)//從元件對象數組中得到一個元件對象
pCom -> Draw(pDC); //繪制元件對象
}
………//完成其它各類圖形對象的繪制}
（3）WriteSSS函數的算法
BOOL WriteSSS(CString strSSSFile)
{ CFile file;
if(!file.Open(strDesFile,CFile::modeCreate|CFile::modeWrite,NULL))
return FALSE;
n= GetComponentNums ();//得到元件對象數組中元素的個數
file.Write((unsigned char *)&n,sizeof(int));
………//把其它對象數組中元素的個數寫入file
n= GetComponentNums ();//得到元件對象數組中元素的個數
while(n--){ CComponentSche* pCom;// 元件類指針
pCom =GetComponent(n)//從元件對象數組中得到一個元件對象
pCom -> ReadWriteFile(&file,TRUE); //把元件對象的信息寫入file
}
………//把其它各類對象的信息寫入file
file.Close();
return TRUE;}
其它類的設計，如：字體類、圖紙類等，不再一一贅述。
2.2.5 坐標的轉換和圖形的縮放
Protel99使用的坐標系是數學坐標系，坐標原點位于原理圖的左下角，以像素為單位，向右為X軸正方向，向上為Y軸正方向。為方便起見，本顯示庫采用的Windows映像方式為MM_TEXT，因為MM_TEXT方式的坐標也是以像素為單位。但是在MM_TEXT方式下，屏幕（窗口）的原點在左上角，而X和Y的正方向分別是向右和向下，所以必須進行坐標的轉換。為完成圖形的縮放，需要定義一個比例尺m_fScale，該比例尺記錄的是一個顯示坐標單位所代表的實際坐標數值。
確定比例尺的算法：
float fScale1;
fScale1=(float)(原理圖實際寬度/當前視圖的寬度);
m_fScale=(float)(原理圖實際高度)/(當前視圖的高度);
if(fScale1>m_fScale) m_fScale=fScale1;
實際坐標轉變為顯示坐標的算法：
顯示坐標X=(int)(實際坐標X/m_fScale);
顯示坐標Y =(int)( (原理圖實際高度-實際坐標Y)/m_fScale);
顯示坐標轉變為實際坐標的算法（略）
本顯示庫把上述算法封裝在原理圖類（CSCheFigure）中，需要坐標轉換時只要調用原理圖類的函數即可。
3結論
本文介紹了Protel99原理圖顯示庫開發中的關鍵技術。本顯示庫是使用Visual C++開發的，采用面向對象的設計方法，提高了代碼的可重用性；忽略了Protel99原理圖文件中一些不必要的信息；能夠用于需要顯示Protel99原理圖的軟件中，用戶也可以根據功能的需要進行擴充。在某電源測試臺軟件中Protel99原理圖顯示庫得到成功的應用，取得了滿意的效果，如圖1所示。本顯示庫稍作修改，便可用于其它矢量圖形的顯示，如AutoCAD圖形。
圖1 Protel99原理圖顯示庫在某電源測試臺軟件中的應用