《電子技能訓練II》課程教學大綱

PAGE1PAGE22《電子技能訓練II》課程實施大綱目錄1．教學理念12．課程介紹12.1課程的性質12.2課程在學科專業(yè)結構中的地位、作用12.3課程的前沿及發(fā)展趨勢22.4學習本課程的必要性23．課程介紹24．教師簡介24.1教師的職稱、學歷24.2教育背景24.3研究興趣（方向）25．先修課程26．課程目標36.1知識與技能方面36.2過程與方法方面36.3情感、態(tài)度與價值觀方面37．課程內容37.1課程的內容概要37.2教學重點、難點37.3學時安排48.課程實施48.1第一次48.2第二次119．課程要求189.1學生自學要求189.2課外閱讀要求189.3課堂討論要求189.4課程實踐要求1810．課程考核1810.1出勤（遲到、早退等）、作業(yè)、報告等的要求1810.2成績的構成與評分規(guī)則說明1811．學術誠信1912．課堂規(guī)范1911.1課堂紀律1911.2課堂禮儀1913．課程資源2013.1教材與參考書2013.2專業(yè)學術著作2013.3專業(yè)刊物2013.4網絡課程資源2113.5課外閱讀資源2114．教學合約22教學理念自20世紀60年代集成電路問世以來，電子技術及其應用已經成為一個十分浩瀚的領域。本課程即為電子技術領域的一門“入門級”基礎課程。

本課程的實踐性是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，提高學員創(chuàng)新能力的有力保障。本課程具有自身的體系和特點，既具有很強的理論性、系統(tǒng)性和完整性，又具有很強的工程性、實踐性，在基礎課和后續(xù)專業(yè)課之間起到了重要的承上啟下的作用，它對于培養(yǎng)學員的工程實踐能力、實際動手能力、科技創(chuàng)新能力，特別是應用電子技術思考、分析、解決實際工程問題的能力，具有非常重要的意義。2．課程介紹2.1課程的性質本課程的建設是我院本科專業(yè)基礎系列課程建設的重要內容。目前電子電路系列課成包括“電工與電路基礎”、“模擬電子技術基礎”、“數字電子技術基礎”、“高頻電子線路”、“EDA技術原理”、“單片機與嵌入式技術”等多門課程，本課程是幫助實現(xiàn)各個技術的基本實現(xiàn)方法。2.2課程在學科專業(yè)結構中的地位、作用本課程是我校電子信息類、自控類、計算機及部分非電類專業(yè)的大類技術基礎課程，是EDA技術原理、單片機與嵌入式系統(tǒng)、專用集成電路（ASIC）設計、超大規(guī)模集成電路（VLSI）設計、實時信號處理、數字信號處理、通信系統(tǒng)等許多后續(xù)專業(yè)課程的基礎。通過該課程的學習，學生們將掌握利用電子技術的基礎知識，學會分析和設計中、大規(guī)模數字電路及數字系統(tǒng)，從而培養(yǎng)學生們分析問題和解決問題的能力，為以后深入學習相關領域知識及實際應用打下堅實的基礎。其目的是使學員通過本課程的學習，培養(yǎng)學員運用芯片設計電路系統(tǒng)，為后續(xù)課程的學習、相關科學研究打下必要的理論基礎。2.3課程的前沿及發(fā)展趨勢電路與系統(tǒng)一直是電子科學與技術領域中的一個傳統(tǒng)學科，電子技術又是其中的一個重要分支。近年來，隨著微電子和計算機網絡等基礎技術的飛速發(fā)展，數字電子技術已滲透到了科研、生產和人們日常生活的各個領域。電子器件也經歷了由通用集成電路到專業(yè)集成電路（ASIC）的演化。我們要學習使用各種集成電路去構建自己的系統(tǒng)。2.4學習本課程的必要性“電子技能訓練II”是目前高等院校電子電氣、自動控制、計算機科學、通信及信息工程等專業(yè)具有入門性質的一門重要的專業(yè)技術實踐課程。3.課程介紹“電子技能訓練II”是電子及計算機等工科專業(yè)的基礎實踐課，實踐性很強。本課程的任務是使學生掌握原理圖及系統(tǒng)電路板的制作。熟悉器件及電路的設計與調試方法，為以后進一步學習和應用電子技術奠定扎實的理論與實踐基礎。從1904年年弗萊明發(fā)明的電真空二極管到1946年[美]賓州大學用18800個電子管作的世界上第一臺計算機花了40年。1947年晶體管的誕生，1958年[美]德州儀器公司工程師杰克·基爾比在一塊6.45平方毫米硅片上集成了12個元件，研制出了一個RC移相振蕩器。這是世界上第一塊集成電路芯片，它標志著電路制作上的一次革命性進展。到現(xiàn)在近60年的時間，隨著數字電子技術的發(fā)展，人們的生活發(fā)生了極大的改變，越來越離不開電子產品和店主自己技術。目前現(xiàn)代電子技術中發(fā)展最為迅猛的關鍵技術：微電子技術、EDA技術、納米電子技術和光電子技術。目前，所有的先進科技，如人工智能、VR、手機、筆記本電腦、智能醫(yī)療、智能住宅、自動駕駛等等一系列高科技都離不開電路板制作的學習。4．教師簡介5．先修課程學好電子技能訓練II的預修課程是《電路分析》，學生需要掌握初步的電路分析基礎，具有對電流、電壓、功率分析計算的能力及電阻、電容、電感性能熟知的水平。6．課程目標6.1知識與技能方面本課程旨在使學生獲得電子技術方面的基礎理論、基本知識，掌握電路分析和設計的基本技能，從而具備應用電子技術的基本能力，同時掌握從電子技術專業(yè)角度分析、解決本專業(yè)領域的實際工程問題的思維方式和實際技能，為后續(xù)課程的學習和工程應用打下良好的基礎。6.2過程與方法方面在教學過程中，按照兼顧知識結構構建與設計分析能力培養(yǎng)的教學理念，精心組織教學內容。綜合利用多媒體課件、板書、仿真演示、分組研討等手段進行課堂教學，提高教學效率。調動學員的學習積極性，提高學員的自主學習能力、分析問題能力和書面及口頭表達能力。6.3情感、態(tài)度與價值觀方面通過本課程的教學，除使學員獲得必要的學科方面的基礎知識、專業(yè)技能和分析解決實際問題的能力外，還將使他們加深對電子技術地位的認識，增強他們應用所學知識與技能服務社會的責任感、使命感、自覺性和自信心。同時，力求通過課程設計的嚴格要求和教育訓練，培養(yǎng)學員一絲不茍、嚴謹求實的工作作風和獨立思考、自主創(chuàng)新的科學精神。7．課程內容7.1課程的內容概要1.要求電路能夠通過感應裝置，檢測出是有物體接近所要保護的財產。2.要求電路當判定有物體接近時，能過通過聲光形式報警。3.要求電路當發(fā)出警報一段時間T后，能夠自動噴灑出麻醉劑。4.要求電路可以根據需要，調節(jié)噴灑出麻醉劑的等待時間T。7.2教學重點、難點1.根據已有電路畫出自己的原理圖2.PCB的制作3.整機電路的調試4.課程設計報告的書寫7.3學時安排：2周第一周星期一星期二星期三星期四星期五布置學生的設計內容軟件的講解及學習軟件的講解及學習畫設計原理圖畫設計原理圖第二周星期一星期二星期三星期四星期五制PCB板制PCB板元件焊接及調試元件焊接及調試寫報告8.課程實施單元教學日期第1次2017.5.8單元教學目標學習使用ALtiumDesigner軟件設計電路原理圖單元教學內容（含重點、難點）元件的制作及調用原理圖的繪制單元教學方法課堂講授+課堂討論。課堂講授:從實際應用出發(fā)，讓學生使用專業(yè)軟件繪圖的意義?；樱赫垖W生提出繪圖的步驟有哪些？課堂討論：繪圖時會遇到什么問題？怎樣解決？單元作業(yè)安排繪制一張原理圖課后反思對于復雜電路圖如何繪制教學單元的參考資料周波.電路CAD.重慶：重大出版社.2016.12課前準備情況及其他相關特殊要求了解電路板、元件等等知識教學過程：第3章原理圖的設計3.1原理圖的編輯界面3.1.1添加工程點擊菜單【File】>【New】>【Project...】，選擇左側工程類型為“PCBProject”；右側的工程模板為“Default”(默認)，因為除了這個是尺寸隨意改變空白板，其余的為各種固定尺寸及用途的工控板。工程名修改為“l(fā)i1”,選擇項目保存地址后，點擊對話框底部的【OK】按鈕,返回工程面板。接下來，需要新建一個原理圖文件。3.1.2原理圖文件的編輯工具1.原理圖的界面在整個原理圖界面上，左邊是工程的面板；中間是一張標準圖紙，制圖就在上面進行；右邊有三個菜單，其中一個是非常有用的“庫”的菜單；上邊是常用的工具及主菜單；下邊是也有一些菜單，對初學者來說大部分不常用，值得指出的是在頁面的右下角有一個菜單【快捷方式】，點擊它會出現(xiàn)一個對話框，你可以快速查到對自己有用的菜單的快捷鍵方式，具體見附錄。2.常用放置工具主菜單上的【放置（P）】菜單下的一系列工具是最重要的繪圖工具。為了方便用戶，設計者為這些工具的使用提供了快捷圖標，即在桌面布局上默認放置了這些工具。值得注意的是在主菜單【放置(P)】>【線(W)】和【放置(P)】>【繪圖工具中(D)】>【線（L）】是有區(qū)別的：前者具有電氣性質，可以理解為電線；后者沒有電氣性質，可以理解為素描線。最重要的工具有：畫線：連接管腳之間的連線。使用時點擊該圖標，找到一個連接管腳畫線到另一個連線管腳即可。網絡標號：所有放置同一網絡標號的點都是等電位點。因此使用相同網絡標號的點相當于連接在一起的。使用時鼠標左鍵點擊該圖標，鼠標上便有一個浮動圖標，點擊鍵盤的“Tab”鍵，打開網絡標號的屬性，修改網絡名稱即可。值得注意的是如果網絡標號是諸如P0、P1這樣帶數字的編號，鼠標左鍵放置一次，網絡標號數值就自動增加1。如果電路比較復雜，連線比較麻煩就可以使用網絡標號來連接兩個連接點。地和電源：地和電源是很重要的網絡標號。“地”使用時點擊該圖標，鼠標上便有一個浮動圖標，點擊鍵盤的“Tab”鍵，打開“地”的屬性對話框?！半娫础笔褂脮r點擊該圖標，鼠標上便有一個浮動圖標，點擊鍵盤的“Tab”鍵，打開“電源”的屬性對話框。在設計時，“電源”的類型也可以進行修改，當然不同的電源網絡要使用不同網絡名稱?，F(xiàn)在的許多設計，大型芯片都會有多個電源，如內核電源3.3V或者1.8V，端口電源5V或者3.3V。放置端口：這是電路對外連接的端口。使用時鼠標左鍵點擊該圖標，鼠標上便有一個浮動圖標，點擊鍵盤的“Tab”鍵，打開【端口】的屬性對話框。放置圖符、放置圖符入口：這兩個工具與層次電路的設計有關。關于這個內容我們放在隨后的內容講解。還有幾個圖標：這三個工具在大多場合已經不再使用，這里不再介紹。元件放置：可以實現(xiàn)元件的查找，但是這個工具應用并不是很多。我們一般元件的查找使用界面右邊的【庫...】菜單來完成。3.1.3.編譯當原理圖繪制好后，我們使用編譯菜單可以對電路圖進行ERC（電氣規(guī)則）檢測，發(fā)送錯誤信息進行電路整改；還可以生成網絡鏈表。網絡鏈表是我們進行制板過程中元件上板必要的一個信息條件。點擊主菜單【Project】>【CompileDocumentli1.SchDoc】。或選中文件li1.SchDoc點擊鼠標右鍵，在出現(xiàn)的菜單中選擇【CompileDocumentli1.SchDoc】。這兩種方式結果都是一樣的。編譯后，如果沒有報錯的Messages出現(xiàn)，就恭喜你通過了，否則根據提示修改錯誤。3.1.4.圖紙定制在畫圖的時候，圖紙的大小如果不重新設置，是默認的A4圖紙，但有時候可能圖很大或者圖很小，這時就需要調整圖紙的大小。點擊菜單【設計(D）】>【文檔選項(O)...】進入對話框的右邊有一個【標準風格】的選項可以選擇圖紙的大小。當然還可以設置柵格、字體、圖紙的樣式、邊框等的設置。大家可以嘗試點選設置。3.1.5.生成PDF文件當設計完成，需要提交圖紙給用戶時，對方如果不是太專業(yè)的情況，不需要提供圖紙的源文件，而是將設計轉換為一個PDF文件給用戶。點擊主菜單【文件(f)】>【SmartPDF...】就會啟動生成PDF的向導?？紤]到生成PDF文件的通用性，工程文件中添加了一個PCB文件。繼續(xù)點擊菜單【Next(N)>(N)>】，進入保存的文件或項目,以及保存的地址設置。繼續(xù)點擊【Next(N)>(N)>】，進入選擇項目中的文件。繼續(xù)點擊【Next(N)>(N)>】，進入選擇是否要BOM（BillofMaterial）物料清單文件。繼續(xù)點擊【Next(N)>(N)>】，進入選擇配置打印PCB文件的設置。繼續(xù)點擊菜單【Next(N)>(N)>】，進入選擇需要添加的打印設置。繼續(xù)點擊菜單【Next(N)>(N)>】，進入選擇PDF文件的結構。繼續(xù)點擊【Next(N)>(N)>】，進入PDF文件導出是否打開。繼續(xù)點擊菜單【完成】，進入打開生成的PDF文件。生成PDF的對話框內容都是可選的，也可采用默認設置。3.1.6.常用的快捷方式以下的快捷方式必須要記住，能夠大大提供我們的工作效率。Shift

提高滾動速度Y

放置對象的時候沿著Y軸轉X

放置對象的時候沿著X軸翻轉Esc

從當前處理中退出End

刷新屏幕Ctrl+鼠標滾輪下(或PageDown)

縮小Ctrl+鼠標滾輪上(或PageUp)

在光標處放大(先定位到光標處,再放大)鼠標滾輪

上下滾動Shift+鼠標滾輪

左右滾動Ctrl+Z

撤銷Ctrl+Y

重新執(zhí)行Ctrl+A

全選單擊

選中/取消選中光標上的對象右擊

彈出浮動菜單或退出當前操作按住左鍵并拖動鼠標

在區(qū)域內選中按住左鍵

移動光標下選中的對象雙擊

編輯對象Shift+單擊

從選中集合中添加或移除對象Tab

放置的時候編輯屬性Ctrl+PageDown

調整視圖以適合所有對象Space

移動對象時逆時針90°旋轉/放置導線、總線、直線時切換轉角模式Shift+Space

移動對象時逆時針90°旋轉/放置導線、總線、直線時在放置模式間循環(huán)切換Ctrl+Space

拖動對象時順時針90°旋轉Shift+Ctrl+Space

拖動對象時逆時針90°旋轉單擊，長按Delete鍵

移除選中導線的一個頂點單擊，長按Insert

為選中的導線添加一個頂點（其余的快捷方式請參考附錄二）3.1.7元件自動編號當原理圖元件較少的時候，我們對每一個元件進行單獨修改編號是沒有問題的，但是如果電路圖元件較多，逐一編號就容易出錯而且麻煩，這個時候就需要一次性自動對元件進行編號。我們需要對這些未編號的元件一次性性自動編號。點擊主菜單【工具（T）】>【AnnotateSchematics...】，找到自動標識元件的命令。首先，在元件自動標識的對話框中，可以按照四種方式來標識元件的標號。注意【處理順序】的四個選項，任選一個就好。其次，先點擊按鈕【更新更改列表】，進入到對器件進行修改標識對話框。點擊按鈕【接受更改(創(chuàng)建ECO)】，會打開EOC(EngineeringChangeOrder工程更改順序)對話框。點擊其中的【執(zhí)行更改】按鈕進入檢測狀態(tài)。最后，點擊按鈕【關閉】返回到原理圖界面，可以看見所有的元件已經自動編號了。3.1.8元件的屬性在從原理圖到PCB的設計中，元件的屬性的設置是非常重要的。我們任意雙擊其中一個三極管元件，可以打開元件的屬性。其中：在Properties中1）Designator:元件的編號，原理圖中不能有相同編號的元件。如Q1、U2等，可以通過手動或自動自動設置。數字前面大寫字符代表器件類型。2）Comment:元件的注釋。也可以設置顯示與不顯示。3）Description:描述。它與元件庫中的元件描述是一樣的。因此，對于元件，一定要注意修改元件的Designator編號和提供元件的封裝。3.1.9層次電路的設計現(xiàn)在的設計都是模塊化設計，自上而下。當一個電路過大時，我們需要對它進行電路拆分，即將一張大圖分解成多個模塊。層次原理圖主要包括兩大部分：頂層電路圖和底層電路圖?，F(xiàn)在我們來舉一個簡單的例子。1）點擊（放置圖表符）工具，當鼠標上有個浮動的圖標時，點擊TAB鍵，打開它的屬性。將其中的【標識】中的“Designator”更改為“電源”，【文件名】中的“FileName”更改為“電源.SchDoc”；點擊按鈕【確定】退出屬性設置對話框，回到原理圖編輯狀態(tài)，畫一個矩形框。2）點擊（放置圖紙入口）工具，當鼠標上有個浮動的圖標時，點擊鼠標左鍵將它放置到“電源”圖符中；再雙擊該圖符，打開它的屬性。修改【名稱】為“+12V”；當然還可以設置模塊端口的類型、種類、I/O類型（包括不指定、輸出、輸入、雙向）、鎖定、字體、顏色等等。在模塊放置“+12V”模塊端口。同理，我們還可以設置“GND”模塊端口。3）在當前編輯狀態(tài)，點擊主菜單【設計(D)】>【產生圖紙(R)】。鼠標這時會變成一個十字形，在“電源”模塊點擊一下鼠標左鍵，立刻出現(xiàn)一個新的文原理圖件“電源.SchDoc”，并且這個文件上有兩個端口，一個是“+12V”和“GND”。接下來，我們就可以對電源.SchDoc”進行編輯了編譯一下，可以看出這里的頂層電路圖是“l(fā)i1.SchDoc”和底層電路圖是“電源.SchDoc”。3.2簡單電路原理圖的制作現(xiàn)在我們將通過一個簡單的實例告訴大家如何設計一個原理圖。3.2.1元件庫的添加在原理圖文件“l(fā)i1.SchDoc”中編輯。由于這個電路圖需要使用philips公司的8051器件，首先添加philips公司的元件庫。點擊編輯界面右邊的菜單【庫...】，進入對話框。點擊對話框中的【Installed】下的【安裝】按鈕選項，選擇下拉選項“InstalledFromFile…”；進入打開文件狀態(tài)，找到在第二章下載下來的壓縮庫中的“PhilipsMicrocontroller8-Bit.IntLib”庫進行添加。點擊按鈕【打開】就可以添加了，返回庫操作對話框，選擇【關閉】按鈕就可以了。3.2.2原理圖的制作1.元件的選取1）選擇“庫”操作面板下的“PhilipsMicrocontroller8-Bit.IntLib”庫中的“P80C51FA-5N”元件，雙擊鼠標左鍵，鼠標上便有一個浮置的元件，可以在原理圖編輯區(qū)放置一個該元件，點擊鼠標右鍵，取消放置狀態(tài)。雙擊P80C51FA-5N元件，進入元件屬性編輯對話框，將Designator的屬性修改為“U1”。2）發(fā)光二極管的選擇在庫中找到MiscellaneousDevices.IntLib，選擇庫中的LED3元件。雙擊鼠標左鍵后，點擊鍵盤的“TAB”鍵，打開LED3的屬性，修改Designator的屬性修改為“D1”，關閉屬性設置。在原理圖編輯界面依次點擊放置八個LED。3）電阻的選擇在庫中找到MiscellaneousDevices.IntLib，選擇庫中的Res2元件。雙擊鼠標左鍵后，點擊鍵盤的“TAB”鍵，打開Res2的屬性，修改Designator的屬性修改為“R1”，Comment的屬性修改為“4.7K”關閉屬性。在原理圖編輯界面依次點擊放置9個Res2。4)電容的選擇在庫中找到MiscellaneousDevices.IntLib，選擇庫中的CapSemi元件。雙擊鼠標左鍵后，點擊鍵盤的“TAB”鍵，打開CapSemi的屬性，修改Designator的屬性修改為“C1”，Comment的屬性修改為“10U”關閉屬性。在原理圖編輯界面依次點擊放置3個CapSemi。修改后面兩個電容的容值為20p（雙擊C2或C3元件，修改屬性對話框中的Comment的屬性為“20p”，點擊“OK”按鈕關閉對話框即可）5）晶振的選擇在庫中找到MiscellaneousDevices.IntLib，選擇庫中的XTAL元件。雙擊鼠標左鍵后，點擊鍵盤的“TAB”鍵，打開XTAL的屬性，修改Designator的屬性修改為“Y1”，點擊“OK”按鈕，關閉屬性設置對話框。在原理圖編輯界面點擊放置1個XTAL。6）按鈕的選擇在庫中找到MiscellaneousDevices.IntLib，選擇庫中的SW-PB元件。雙擊鼠標左鍵后，點擊鍵盤的“TAB”鍵，打開SW-PB的屬性，修改Designator的屬性修改為“S1”，點擊“OK”按鈕，關閉屬性。在原理圖編輯界面點擊放置1個按鈕。7)16腳接口的選擇在庫中找到li1.IntLib（該庫為自己設計，在元件的設計一章中建立），選擇庫中的”connector16”元件。雙擊鼠標左鍵后，點擊鍵盤的“TAB”鍵，打開connector16的屬性，修改Designator的屬性修改為“U2”，點擊“OK”按鈕，關閉屬性。在原理圖編輯界面點擊放置1個6腳接口器件。這樣就完成了此電路圖所需要的元件。2.元件布置及連接線現(xiàn)將元件按照功能模塊排列好，然后使用連線工具，將需要連線的管腳連接起來。時使用電源和地的工具給出相應的電源和地在圖中的連接。3.連接網絡標號對于不方便連線的地方可以使用網絡標號來連接，通過修改網絡標號屬性中的“網絡”表達式即可，注意相同的網絡使用同一個網絡表達式。畫好電路圖。4.編譯選中文件li1.SchDoc點擊鼠標右鍵，在出現(xiàn)的菜單中選擇【CompileDocumentli1.SchDoc】。編譯后，如果沒有報錯的Messages出現(xiàn)，就恭喜你通過了，否則根據提示修改錯誤。5.提供器件清單電路畫好后，我們很多時候需要提供設計器件清單。使用AD14的BOM（billofmaterials）表格輸出可以方便的生成既標準又漂亮的元件清單。方法很簡單，首先來到原理圖編輯狀態(tài)，點擊主菜單【報告(R)】〉【BillofMaterials】。在對話框的中間可以看見所有元件的相關信息：描述、封裝、編號、庫中參考名等等，非常詳細。點擊左下角的【菜單】選項，在出現(xiàn)的菜單中選擇【導出】進入保存對話框，可以采用默認設置。3.3多層電路的設計通過本節(jié)的學習，我們將掌握多層電路的設計。為什么要進行多層電路的設計是因為當電路圖比較大，我們如果將它設計成一張圖會顯得比較凌亂，那么我們可以將整個電路系統(tǒng)設計成幾個小的電路模塊進行繪圖。例如本節(jié)涉及的EP2C5T144C8開發(fā)板的設計。我們將整個系統(tǒng)電路圖EP2C5T144C8.SchDoc分成4個部分功能模塊：A.config對應電路圖config.SchDoc，負責程序下載；B.core對應電路圖core.SchDoc，負責普通功能端口；C.power對應電路圖power.SchDoc，負責電源供電需要；D.U_MODULES對應電路圖U_MODULES.SchDoc負責電路的聲光報警；對于這種設計通常有兩種方法，一種是自下而上的方法，另一種是自上而下的方法。前者是先完成底層電路的設計，再完成頂層電路的設計；后者是先完成頂層電路的設計，再完成底層電路的設計。我們一般會采用后者。3.3.1頂層電路的設計設計按照以下步驟完成。1.新建一個項目工程EP2C5T144C8.PrjPcb；再新建一個原理圖文件P2C5T144C8.SchDoc。2.底層模塊的設計在EP2C5T144C8.SchDoc文件畫圖界面的上方點擊繪圖工具（放置圖表符），共放置四個。將其中一個模塊雙擊，獲得屬性對話框。將屬性中“文件”內容改為“config.SchDoc”；將“標識”改為“config”，即這個模塊的名字是config，由它生成電路原理圖文件名是“config.SchDoc”。以此類推，給出另外三個模塊的修改。3.3.2底層電路的繪制1．生成底層電路圖文件點擊主菜單【設計（D）】>【產生圖紙(R)】，鼠標變成十字形，移動鼠標點擊config模，可以看見軟件自動生成了一個文件“config.SchDoc”。接下來，可以按照此法生成另外三個模塊的電路文件。大家可從工程面板上看出為什么EP2C5T144C8.SchDoc是頂層文件，而新建的四個config.SchDoc等文件卻是底層文件。2、繪制底層文件電路圖在Altera公司的集成庫包中找到AlteraCycloneII.IntLib庫進行添加。元件庫添加完畢，在原理圖界面的“庫”面板中尋找EP2C5T144C8元件?？梢钥闯?，該元件被分成了9各部分，即partA-partI。從圖config.SchDoc電路圖可見，該圖使用了其中的4個模塊（partA-partD）。注意，在調用的時候每個模塊屬性設置“Designator”均設置成U1，它代表的是它們使用的是同一個器件的子模塊。在圖config.SchDoc中，還有另一個元件是MiscellaneousConnectors.IntLib庫中的Header10X2元件。調用四次，它們的模塊屬性設置“Designator”分別設置成P1、P2、P3、P4。器件調用完成后，端口添加好連接用的網絡標號，這樣第一張原理圖就完成了。接下來，按照上面的方法，我們可以完成config.SchDoc文件；可以完成power.SchDoc文件；可以完成_MODULES.SchDoc文件。以上的電路圖中器件大家可能會比較好奇都是些哪些器件，我們只要點擊主菜單【報告】下的【BillofMaterials】，可以看見的元件清單及所有元器件的相關信息。如果想獲得這些器件，首先需要添加以下三個庫，其次通過“查找”的方式查找各個元件。Libraries\Altera\AlteraEPCSConfigurationDevice.IntLib；Libraries\Altera\AlteraCycloneII.IntLib；Libraries\TexasInstruments\TIPowerMgtVoltageRegulator.IntLib單元教學日期第2次2017.5.9單元教學目標學習使用ALtiumDesigner軟件設計PCB板單元教學內容（含重點、難點）手動制板的方法自動制板的方法單元教學方法課堂講授+課堂討論。課堂講授:從實際應用出發(fā)，讓學生使用專業(yè)軟件繪圖的意義。互動：請學生提出制板的步驟有哪些？課堂討論：制板時會遇到什么問題？怎樣解決？單元作業(yè)安排繪制一張PCB課后反思對于復雜電路圖如何繪制PCB板教學單元的參考資料周波.電路CAD.重慶：重大出版社.2016.12課前準備情況及其他相關特殊要求了解電路板、元件等等知識教學過程：第4章PCB印制電路板的設計4.1 PCB的編輯界面4.1.1新建PCB文件我們需要在上一章用到的工程“l(fā)i1.PrjPcb”下添加PCB文件。點擊主菜單【文件（F）】>【New】>【PCB】，產生的PCB文件，我們可以鼠標左鍵選中“PCB1.PcbDoc”這個文件名，再點擊鼠標右鍵，在出現(xiàn)的菜單中選擇【Save】。在對話框給出文件保存的地址和文件名“l(fā)i1.PcbDoc”,選擇【保存】按鈕。4.1.2 PCB文件的編輯工具1. PCB的界面在整個PCB界面上，左邊是工程的面板；右邊有三個菜單，其中一個是非常有用的【庫...】的菜單；上邊是常用的工具及主菜單；下邊是也有一些菜單，對初學者來說大部分不常用。在下邊菜單的上面有一些板層的顯示：這些板層包括：Toplayer頂層Bottomlayer底層Mechanical機械層Keepoutlayer禁止布線層Topoverlay頂層絲印層Bottomoverlay底層絲印層Toppaste頂層焊盤層bottompaste底層焊盤層topsolder頂層阻焊層bottomsolder底層阻焊層drillguide過孔引導層drilldrawing過孔鉆孔層multilayer多層但是對于大多數的初學者來說，我們必須掌握的有Toplayer、Bottomlayer、Topoverlay、Bottomoverlay、Keepoutlayer這幾個板層，其余板層的作用見附錄三所示。Toplayer主要用于頂層走線層，在雙面板中大面積覆銅做成“地”層。Bottomlayer主要用于底層走線層，在雙面板中大面積覆銅做成“電源”或“地”層。Topoverlay主要放置頂層的說明文字，不帶電氣性質。Bottomoverlay主要放置底層的說明文字，不帶電氣性質。Keepoutlayer禁止布線設置，很多時候是做板框設置用。在PCB中，不同的板層系統(tǒng)設置用不同的顏色顯示，希望初學者不要隨意改動顏色的設置。2.常用放置工具主菜單上的【放置（P）】菜單下的一系列工具是最重要的繪圖工具。為了方便用戶，設計者為這些工具的使用提供了快捷圖標，即在桌面布局上默認放置了這些工具。值得注意的是【放置】菜單下有：（交互式布線連接）與（走線）的區(qū)別是：前者用于連接兩個管腳之間有預拉線的走線，后者可用于除開上一種情況以外的畫線（特別提醒：如果畫板框，請使用“走線”的工具）。在圖4-7的圖中，可以清楚地看見，上一根連線使用“走線”工具，很容易將兩個管腳（沒有預拉線）連在一起；而后一根線使用“交互式布線連接”工具卻不能將將兩個管腳（沒有預拉線）連在一起。另外，在有預拉線的管腳連線一定要使用“交互式布線連接”工具。雙擊這兩個工具，打開的屬性對話框都是一樣的?？梢栽O置線的寬度、板層和網絡。如果屬性中設置的板層是頂層、底層、中間布線層等走線層，那么線就有電氣性質，否則沒有電氣性質。（放置焊盤）和（放置過孔）：前者用于直插式器件管腳的連接，后者用于兩個走線層之間走線穿越用的。使用時點鼠標左鍵擊該圖標，鼠標上便有一個浮動圖標，點擊“Tab”鍵，打開它的屬性對話框。可以看出，焊盤和過孔的兩個明顯區(qū)別：前者有網絡標識，后者沒有；前者默認的尺寸是大于后者的。將焊盤和過孔放置到PCB板看見顯示，左邊焊盤，右邊過孔。(多邊形敷銅)：這是很重要的工具。它是對整個設定區(qū)域除開有焊盤、過孔或有布線網絡的部分敷一層銅。具體的應用在后面的例題中講解。（放置填充）：這個工具用得不多，它是對整個設置區(qū)域除開有焊盤或過孔的部分直接敷一層銅。（放置字符串）：雙擊這個工具，打開的屬性對話框，例如可以設置【文本】為“sichuanligong”在【層】為“TopOverlay”。點擊【確定】按鈕。（元件放置）：一般不選用這個工具，而是直接通過【庫...】菜單來查找放置。使用方法與原理圖中的元件放置工具類似。使用時，鼠標左鍵點擊該工具，會打開元件放置對話框，在框中我們直接選擇放置封裝，也可以選擇放置元件。選擇放置元件時，點擊【元件詳情】下的庫查找按鈕，進入瀏覽庫對話框。我們可以通過查找各個集成庫找到我們要的元件，進行放置，例如在MiscellaneousDevices.IntLib集成庫中選擇Bridge2器件，點擊【確定】按鈕關閉當前的對話框，返回，繼續(xù)點擊【確定】按鈕關閉對話框，就可以在PCB板上直接放置它的封裝。選擇放置封裝時點擊【封裝（F）（F）】旁邊的庫查找按鈕，打開瀏覽庫，直接在庫中選擇各種封裝進行添加即可。總結：使用這個工具進行添加元件可以不用畫原理圖而直接進行制板的工作。（坐標）：顯示當前鼠標坐標點位置。尺寸工具：這時可以進行各種尺寸的測量和設計。其中，“基線”、“中心”、“角度”、“半徑”都挺有用的。大家試試就知道了，這里不再多論述了。禁止布線：各種禁止布線的區(qū)域設置，對于自動布線中某些區(qū)域不布線的設置是有用的。3．其它工具在PCB中還有很多非常重要的工具，如板框設置、元件上板、布線規(guī)則等等，我們將在后面的例題講解中學習。4.2PCB的制作在這一節(jié)我們使用第三章的“l(fā)i1.SchDoc”文件中的原理圖進行制板。步驟包括：4.2.1 更改PCB板(圖紙)大小PCB文件一旦建立，系統(tǒng)圖會默認一個板框，但是這個板框往往大小不符合我們的需要，這個時候就需要修改板框的大小。下面介紹兩種改變板框大小的方法。方法一：直接修改法。雙擊項目操作面板里的li1.PcbDoc文件名，打開該文檔。這樣生成的板框是雙層布線板，簡稱雙層板。需要多層板的時候需要使用板框向導完成。在出現(xiàn)的PCB界面，有一個默認的板框，如果這個大小不符合你的設計需要就必須重新定義板框的大小。以前的版本都是直接在菜單欄里的，點擊菜單【設計（D）】，就可以看到【重新定義板框大小】的選項，然后再畫就可以了，但是AD14里，不可以這樣！正確做法是：點擊數字鍵“1”，就會看到板框界面變綠了。這時候你再去點擊菜單欄里的【設計（D）】，就可以看到（RedefineBoardShape）【重新定義板框形狀（R）】選項。當然按下數字鍵“1”后，也可使用快捷鍵“D”+“R”，就會看到鼠標的光標變成了十字形。這時候拖動十字光標，即可拖出你需要的板形了，我畫的邊框是矩形的，要是想畫圓弧，就按shift+Space鍵即可在要不要角度（0度、45度、90度）走線間變換。定義好板形后，在按數字鍵“2”即可回到2D的布線頁面。方法二：直接生成法。這個方法可以直接生成一個你想要大小的板框。這里要使用板框向導。1.首先在工程面板左下角的【Files】面板上找到【從模板新建文件】中的最后一項【PCBBoardWizard...】，鼠標左鍵點擊后會點開一個【PCB板向導】。在話框點擊底部的【下一步（N）>>（N）】按鈕，進入新對話框進行板二框單位的選擇。單位設置為公制的。在對話框二中點擊底部的【下一步（N）>>（N）】按鈕，進入對話框三進行各種標準的板型板框選擇；如果你想自己定義一個板框，可以選擇左邊框中的第一個選項“custom”(用戶自定義)。在對話框三中點擊底部的【下一步（N）>>（N）】按鈕，進入的對話框四進行板框的形狀，板框的尺寸（這里選擇為矩形，寬度和高度均設置為100mm）的設置。如果板框不需要打孔、切掉角、尺寸線、比例等等可以把右邊框圖中的選項勾掉。在對話框四中點擊底部的【下一步（N）>>（N）】按鈕，進入對話框五設置電路板的板層數。默認為4層，兩層為信號層，兩層為電源層。在我們的學習過程中，很多時候用到的是單面板和雙面板。如圖我們設置成兩層板。在對話框五中點擊底部的【下一步（N）>>（N）】按鈕，進入對話框六設置的是過孔，由于前面選擇的雙面板，因此在這里設置的應該是“僅通過的過孔”；如果前面設置的是4層板，這里需要選擇的是第二個選項。在對話框六中點擊底部的【下一步（N）>>（N）】按鈕，進入對話框七設置的是電路板元件的類型和布線類型。如果是貼片器件多，則選擇“表面裝配元件”；如果是過孔式器件，則選擇后面的“通孔元件”。器件不是很多就放到一個板層上，否則放到兩個板層。在對話框七中點擊底部的【下一步（N）>>（N）】按鈕，進入對話框八設置的是線和過孔的尺寸，沒有特殊要求，可以使用默認設置。在對話框八中點擊底部的【下一步（N）>>（N）】按鈕，進入圖對話框九。向導完成，點擊【完成（F）(F)】就可以自動生成一塊你需要的電路板的板框了。4.2.2元件上板在第三章的最后，我們已經完成了電路圖和項目的編譯，現(xiàn)在在PCB的主菜單中點擊菜單【設計(D)】>【ImportChangesFromli1.PrjPcb】。出現(xiàn)的【工程更改順序】對話框，顯示的是添加的元件和添加的網絡。點擊【執(zhí)行更改】按鈕，進行檢測。如果沒有錯誤時，點擊【關閉】按鈕，就可以看到所有元件出現(xiàn)了，但是元件都出現(xiàn)在板外的一張紅色的“Room”上，等到將原件全部移入板上就可以刪除這個“Room”。一張圖會有一張“Room”。而且原理圖中有連線的地方在這里都有預拉線連接，注意預拉線不是真正的布線。接下來，我們將元件移到板框中，移動元件時，如果元件少，咱們可以一個一個地移動，但是當電路很復雜時，這樣移動元件將是一件很痛苦的事情。這里有一種簡便的方法介紹給大家。首先先選中原理圖li1.SchDoc中的電阻R1~R8和發(fā)光二極管D1~D8。然后回到li1.PcbDoc，可以發(fā)現(xiàn)其中的電阻R1~R8和發(fā)光二極管D1~D8元件被選中了，這時鼠標左鍵點中選中的元件將它們拖至板框的相應區(qū)域。將電阻R1~R8和發(fā)光二極管D1~D8擺放成想要放置的最終狀態(tài)。依次在原理圖中選擇相應的模塊，在PCB中將元件拖動至板框中排布好，刪去紅色的膜部分。我們可以發(fā)現(xiàn)板框設置大了些，這時如果你愿意，可以重新設置板框的大?。ㄖ匦滦薷陌蹇虺叽绮粫绊懺习宓臓顩r）。4.2.3布線規(guī)則設置元件上板后，我們接下來完成布線的設置。布線可以使用自動布線，也可以使用手動布線。自動布線是在布線規(guī)則設置中設置好你想要布線的一些約定，然后軟件幫你自動分析和連線；手動布線指的是上板元件之間的連線需要你自己分析和連線。下面我們學習布線規(guī)則的設置。點擊主菜單【設計（D）】>【規(guī)則(R)…】，打開【PCB規(guī)則及約束編輯器】設置對話框，。該對話框左側顯示的是設計規(guī)則的類型，共分10類。DesignRules(設計規(guī)則)是AD軟件根據設計人員的各種參數設置自動完成制板用的設計規(guī)則。DesingRules包括Electrical（電氣類型）、Routing（布線類型）、SMT（表面粘著元件類型）規(guī)則等等，右邊則顯示對應各項設計規(guī)則的具體設置參數。對于具體的電路可以采用不同的設計規(guī)則，如果是設計雙面板，很多規(guī)則可以采用系統(tǒng)默認值。在每一個規(guī)則上點擊鼠標右鍵，出來一組菜單，實現(xiàn)對這個設計規(guī)則的基本操作有：新規(guī)則、刪除規(guī)則、重復的規(guī)則、導出和導入規(guī)則等。我們很多時候要用到的是【新規(guī)則】。通過【新規(guī)則】的添加相當于在添加制板過程中的特殊處理要求。下面，將分別介紹各類設計規(guī)則的設置和使用方法（略）。4.2.4PCB布線設置好布線規(guī)則后，我們就可以進行布線操作了。布線分為自動布線和手動布線。我們仍然以li1.PrjPcb為例。1. 自動布線1）點擊文件“l(fā)i1.PcbDoc”文檔主菜單【自動布線(A)】>【全部（A）…】，會出現(xiàn)下布線設置報告對話框。在對話框中，可以看見布線設置檢測結果和布線設置內容（無錯誤無警告但是有提示，在這里暫且忽視這個問題），選擇【RouteAll】按鈕，很快我們就可以看見布線器自動布線開始并很快結束了，同時進行的還有一個“消息管理器”。自動布線結果?？梢宰⒁獾接疑辖怯幸粋€綠色部分，這個問題暫時不用管它。2）修改部分走線。如果我們認為自動布線不符合自己的想法，我們可以修改其中的部分走線。我們需要點擊工具欄上的（交互式布線連接）工具，點擊需要修改的連線進行重畫；畫好后，點擊鼠標右鍵退出畫線狀態(tài)，同時可以消除原來的連線。2. 手動布線手動布線雖然麻煩些，但是有些電路板設計要注意的內容卻是布線規(guī)則沒有給出的，因此自動布線的電路板就不會按照你的愿望來實現(xiàn)。通常的模擬電路和數字電路中，信號走線的長度越短越好，比如電路中的差分信號線，要求不僅越短越好，并且平行走線，可以防止外界的干擾和信號同步。另一些場合，例如數字電路中并行數據的傳輸，考慮通信協(xié)議的時序問題，建議并行線要等長。還有些場合，比如遙控器或者收音機中，我們需要畫一根長線代表小電阻或接收天線，這樣可以節(jié)約成本。因此，對待特殊情況我們要特殊處理，這個時候手動布線是不錯的選擇。1）.在元件剛上板的狀態(tài)，我們點擊工具欄上的（交互式布線連接）工具。我們可以選擇其中的某些網絡先進行手工布線。2)對剩余網絡自動布線。點擊文件“l(fā)i1.PcbDoc”文檔主菜單【自動布線】>【全部】菜單。注意對話框中要選中右下方的【鎖定已有布線】選項，點擊【RouteAll】按鈕，布線結果。這樣完成的PCB會保留用戶自己手動繪制的網絡部分。當然電路中的所有預拉線都可以由用戶自己手動布線完成。4.2.5電路板敷銅步驟：1）.當電路布好線后，點擊工具欄上的“”（放置多邊形平面）工具進入【多邊形敷銅】對話框?！咎畛淠Ｊ健窟x擇“solid”；【屬性】區(qū)塊敷銅選在“TopLayer”，注意一定要將【IsPoured】選項選中；【網絡選項】區(qū)塊中【連接到網絡】選擇為“GND”；【移除死銅】選項選中。設置好后，點擊【確定】按鈕。2）.關閉圖4-83，鼠標上會帶有一個十字型圖標，在PCB上找到一個起點，繪出一個需要敷銅的閉合區(qū)域后，點擊鼠標右鍵結束敷銅區(qū)域的設置。再點擊鼠標左鍵，得到一個大面積接地敷銅的PCB板。3）.如果你想把覆銅設計成網格狀的，我們需要修改“多邊形敷銅”對話框中的選項?！咎畛淠Ｊ健窟x擇“Hatched”；軌跡寬度、柵格尺寸、包圍焊盤寬度、孵化模式可以選擇默認設置；【屬性】區(qū)塊將敷銅選在“TopLayer”，注意一定要將【IsPoured】選項選中；【網絡選項】區(qū)塊中【連接到網絡】選擇為“GND”，【移除死銅】選項選中。設置好后，點擊【確定】按鈕。有的同學在設計過程中發(fā)現(xiàn)，敷銅后的板子少數區(qū)域可能是綠色的，在這個例題中可以擇主菜單【工具（T）】>【復位錯誤標志(M)】，可以看見綠色不見了。其實問題是沒有解決的，只是隱藏了。在下一節(jié)的例題中，我們會仔細講解這個問題。4.2.63D顯示PCB設計好以后，我們會希望看看板子的3D視圖。方法一：按快捷鍵“3”，可以顯示3D界面。方法二：點擊主菜單【察看(V)】>【切換到3維顯示】，可以顯示3D界面。注意：如果一手按住shift鍵，一手按住鼠標右鍵拉動鼠標即可旋轉視圖；如果一手按Ctrl鍵，一手按住鼠標右鍵拉動鼠標即可放大或者縮小視圖。9．課程要求9.1學生自學的要求學生課后查閱相關的畫圖軟件設計方法，包括畫圖、PCB制板、調試方法。9.2課外閱讀的要求學生課后不僅要翻閱應該學習的課本參考書，還需要參考相關學科的書籍，做到學有所用。9.3課堂討論的要求在設計時候，經常發(fā)揮學生的主觀能動性，自己根據理論判斷結果的正確性，這需要學生經常在設計的時候展開討論。9.4課程實踐的要求數字電路一門實踐性很強的課程，加強工程訓練，特別是技能的培養(yǎng)，對于培養(yǎng)工程人員的素質和能力具有十分重要的作用。在電子信息類本科教學中，數字電路課程設計是一個重要的實踐環(huán)節(jié)，它包括選擇課題、電子電路設計、組裝、調試和編寫總結報告等實踐內容。通過課程設計要實現(xiàn)以下兩個目標：第一，讓學生初步掌握電路系統(tǒng)的試驗、設計方法。即學生根據設計要求和性能參數，查閱文獻資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調試等實踐活動，使電路達到性能指標；第二，課程設計為后續(xù)的畢業(yè)設計打好基礎。10.課程考核方式及評分辦法10.1出勤（遲到、早退等）、作業(yè)、報告等的要求上課不遲到不早退；實物裝置獨立完成；報告數據真實，結論分析得當。10.2成績的構成與評分規(guī)則說明總成績評定：五分制記分標準：平時成績占30%，制作成績占30%，報告占40%平時成績組成：由考勤組成，缺一次扣10分制作部分：完成好的90分以上，根據制板質量加分；完成部分功能的75以上，根據功能完成情況加分；未完成的75以下，根據具體情況扣分。報告部分，內容清晰，功能完整的90-95分；缺少實驗結果分析的扣10分；缺少功能描述扣10分；缺少標準電路圖（原理圖及PCB）的扣5分。11.學術誠信以下行為均視為違反學術誠信，包括考試作弊、杜撰數據信息、引用、抄襲論文，協(xié)助他人作弊。作弊是指任何利用或企圖利用不誠實，欺詐或未經認可的手段，獲取學分的行為。學生違反任何學術誠信行為將按照教務處有關規(guī)定給予相應的處罰。12．課堂規(guī)范12.1課堂紀律(1)上課期間關閉手機，或調至振動模式。(2)不準將食物和飲料帶進教室。(2)考試嚴禁使用手機、掌上電腦，及其他電子設備。12.2課堂禮儀1、教師應在備好課的基礎上，遵循教學原則和規(guī)律，運用有效的教學方法和手段，講好每一次課。2、教師上課應做到：教態(tài)端莊、舉止大方、著裝整潔、愛護學生、嚴格課堂紀律，注意學習動態(tài)，檢查學生出勤，做到為人師表、教書育人。3、提倡教法改革，充分發(fā)揮學生的主體作用，師生互動的作用，著重培養(yǎng)學生的自學能力、分析問題能力和解決實際工作問題的能力。4、課堂教學具體要求為：（1）時間分配：通常每學時45分鐘，每次課兩學時。①組織教學、復習提問5～10分鐘。②講授新課70～75分鐘。③歸納小結，布置作業(yè)5～10分鐘。（2）教師講授理論知識時要概念準確，條理清晰，重點突出，富有啟發(fā)性。（3）教師傳授專業(yè)技能時應嚴格遵守有關標準和規(guī)則，進行集中示范，巡回指導，不斷探索和總結先進的技能教學法。（4）教師授課應合理利用電教手段和設備，以及計算機多媒體技術，聲像合一、圖文并茂，把傳授的知識和技能形象化、實物化，增強教學效果。（5）提問