基于Multisim+Proteus+Altium Designer的電路設計、仿真與制板-【教學大綱】

－PAGE7－《電路設計與仿真技術（B）》課程教學大綱（含有實驗、上機等實踐教學內容的課程）課程名稱：電路設計與仿真技術（B）CircuitDesignandSimulationTechnology（B）課程代碼：3420學分數(shù)：3學分學時數(shù)：48學時（理論課38學時+實踐課10學時）課程類別：必修適用專業(yè)/開課對象：測控技術與儀器開課單位：電子信息與自動化學院編制日期：2022年8月10日，2023年8月修訂一、課程目標本課程是一門工程技術性、實踐性較強的專業(yè)技術課程，屬于測控技術與儀器專業(yè)的專業(yè)必修課程。通過本課程的學習與訓練，學生能選擇合適的仿真軟件進行電路設計與仿真，能對典型的模擬電路、數(shù)字電路以及單片機的單元電路進行仿真分析，具備繪制電路原理圖符號、元件的封裝、電路原理圖及其仿真分析以及各種PCB圖的能力。課程教學目標1：能夠根據(jù)電路的特點選擇合適的AltiumDesigner、Proteus、Multisim等設計軟件工具，完成電路原理圖的設計、功能仿真分析。課程教學目標2：能夠運用Proteus、Multisim軟件工具，完成數(shù)電、模電以及單片機等單元電路的原理圖設計并進行仿真分析，能夠運用AltiumDesigner完成典型電路的原理圖、PCB以及元器件的原圖庫元件和元器件封裝設計。課程教學目標3：能夠完成典型案例原理圖設計與仿真、PCB設計、實物的裝配，并對設計中軟件的中存在局限性進行分析。課程思政目標：電路設計是智能制造的核心技術，是先進的生產(chǎn)力，是科技創(chuàng)新的前沿陣地。理解科技創(chuàng)新是建設創(chuàng)新型國家和世界科技強國的需要，樹立起創(chuàng)新科技強國的理念。表1課程目標及其對畢業(yè)要求的支撐關系課程目標支撐畢業(yè)要求的二級指標點目標1：能夠根據(jù)電路的特點選擇合適的AltiumDesigner、Proteus、Multisim等設計軟件工具，完成電路原理圖的設計、功能仿真分析。5.1能針對電子測量或無損檢測的復雜工程開發(fā)選擇恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工具。目標2：能夠運用Proteus、Multisim軟件工具，完成數(shù)電、模電以及單片機等單元電路的原理圖設計并進行仿真分析，能夠運用AltiumDesigner完成典型電路的原理圖、PCB以及元器件的原圖庫元件和元器件封裝設計。5.2能使用AltiumDesigner、Proteus、Matlab、Labview、QuartusII等工具對測控系統(tǒng)及部件進行建模、分析、計算及仿真驗證。目標3：能夠完成典型案例原理圖設計與仿真、PCB設計、實物的裝配，并對設計中軟件的中存在局限性進行分析。5.3能使用合適的現(xiàn)代工具對相關復雜工程問題進行模擬和預測，并能夠理解所使用的現(xiàn)代工具的局限性。二、課程與其他課程的關系先修課程：電路分析基礎（B)、《模擬電子技術（B）》、《數(shù)字電路與邏輯設計（C）》、《微處理器與接口技術（A）》、《C語言程序設計》。后續(xù)課程：《電子技術綜合設計（A）》、《測控技術綜合設計（B）》、《畢業(yè)設計》。三、教學內容、預期成果、教學方式及建議學時分配《電路設計與仿真技術（B）》課程主要以課堂操作與綜合設計為主，以課前預習，課后檢查為輔，提高教學效果。本課程目標、章節(jié)單元與學時分配見表2。表2課程教學目標、教學內容與學時分配章標題教學內容推薦學時學習預期成果教學方式對應的課程目標1講授：1.電路設計基礎知識2.常見的電子元器件31、熟悉電路設計的基礎知識；2、熟悉電力設計中的電子元器件的符號和封裝知識。講授目標1目標22講授：基于Multisim模擬單元電路的設計與仿真分析步驟上機實操：1.繪制基于Multisim的直流穩(wěn)壓源并進行仿真分析。2.繪制基于Multisim的混聯(lián)直流電路并進行仿真分析。3.繪制基于Multisim的串聯(lián)諧振電路并進行仿真分析。4.繪制基于Multisim單管共射放大電路并進行仿真分析。5.繪制基于Multisim測量放大電路并進行仿真分析。31.能夠應用Multisim軟件進行典型模擬單元電路原理圖設計。2.能夠應用Multisim軟件中的虛擬儀器對原理進行仿真。3.能夠對仿真結果進行有效分析。講授；課堂操作；目標1目標23講授：基于Multisim數(shù)字單元電路的設計與仿真分析上機實操：1.繪制基于Multisim的譯碼器構成的跑馬燈電路并進行仿真分析2.繪制基于Multisim的二十四進制計數(shù)器電路并進行仿真分析。3.繪制基于Multisim的全加器電路并進行仿真分析。31.能夠應用Multisim軟件進行典型數(shù)字單元電路原理圖設計。2.能夠應用Multisim軟件中的虛擬儀器對原理進行仿真。3.能夠對仿真結果進行有效分析。講授；課堂操作；目標1目標24講授：簡單介紹Proteus仿真設計步驟演示：1.Proteus軟件界面及各菜單功能介紹。2.Proteus軟件電路原理圖設計步驟。上機實操：1.運用Proteus軟件繪制一簡單原理圖。2.了解Proteus軟件原理圖設計界面和常用工具。3.繪制基于Proteus的直流穩(wěn)壓電源電路設計與仿真。4.作業(yè)檢查與總結。31.了解課程內容和要求。2.具有使用Proteus電路設計軟件各項功能的能力。3.能夠應用Proteus軟件進行電路原理圖設計。講授；課堂操作；目標1目標25講授：簡單介紹音頻功率放大電路的電路組成、基本原理以及原理圖設計與仿真任務上機實操：1.繪制音頻控制電路原理圖并進行仿真分析。2.繪制前級放大電路原理圖并進行仿真分析。3.繪制50Hz濾波電路原理圖并進行仿真分析。4.繪制功率放大電路原理圖并進行仿真分析。5.作業(yè)檢查與總結。31.能夠應用Proteus軟件進行電路原理圖設計。2.能夠應用Proteus軟件中的虛擬儀器對原理進行仿真。3.能夠描述音頻功率放大電路的電路組成和基本原理。4.能夠對仿真結果進行有效分析。講授；課堂操作；目標1目標26講授：簡單介紹基于單片機控制的步進電機的工作原理。上機實操：繪制步進電機控制的原理圖并進行仿真。運用Keil軟件編寫控制程序。2.分析仿真結果對初始設計進行改進與完善。3.作業(yè)檢查與總結。3能夠應用Proteus軟件進行電路原理圖設計。2、能夠應用KeilC51軟件進行單片機程序開發(fā)。3.能夠應用Proteus軟件中的虛擬儀器對原理進行仿真。4.能夠對仿真結果進行有效分析并對設計進行改進與完善。講授；課堂操作；目標1目標27講授：簡單介紹八路搶答器原理及電路圖設計要點。上機實操：1.應用Proteus軟件或Multisim軟件設計八路搶答器原理圖。2.能對搶答器中數(shù)碼管的限流電阻的設計，說明仿真軟件的局限性進行分析。3.能夠應用AD20電路設計軟件繪制八路搶答器原理圖及PCB圖。4.作業(yè)檢查與總結。31.能夠應用Proteus軟件或Multisim軟件設計八路搶答器原理圖。2.能夠應用AD20電路設計軟件繪制八路搶答器原理圖。3.能夠應用AD20電路設計軟件繪制八路搶答器雙面板圖。講授；課堂操作；目標1目標2目標38講授：簡單介紹門鈴電路的工作原理上機實操：1.繪制門鈴電路器原理圖并進行仿真分析。2.應用AD20繪制門鈴電路器原理圖和PCB圖。3.分析仿真結果對初始設計進行改進與完善。4.作業(yè)檢查與總結。31.能夠應用Proteus或Multisim軟件進行電路原理圖設計。2.能夠應用AD20電路設計軟件繪制電路原理圖。3.能夠對仿真結果進行有效分析并對設計進行改進與完善講授；課堂操作；目標1目標2目標39講授：簡單介紹元器件繪制過程演示：1.繪制元器件的步驟。上機實操：1.4針連接器、BNC連接器和60進制模型元件的繪制。2.同類多組件器件繪制。3.74LS373總線型器件繪制。4.模塊元器件繪制。5.元器件封裝屬性檢查。6.4位撥碼開關DIP封裝的繪制。7.不規(guī)則元器件：電位器和發(fā)光二極管封裝的繪制。8.貼片元器件：電阻、電容、電感、二極管和三極管封裝的繪制。9.作業(yè)檢查與總結。31.能夠應用AD軟件繪制原理圖元件庫中沒有的元器件。2.能夠建立自己專用的元件庫。3.具備元器件封裝的基本知識。4.能夠應用AD軟件繪制和修元器件封裝。5.能夠建立自己專用的元件封裝庫。講授；課堂操作；目標1目標210上機實操：1.掌握中難度電路圖的原理圖到PCB設計時相關參數(shù)的設置。2.熟練進行元件布局設計。3.熟悉自動布線及相關規(guī)則的設置。4.對自動布線中不合理的走線進行修改。5.作業(yè)檢查與總結。3能熟練應用AD軟件進行原理圖和PCB圖。具備簡單單元電路的設計能力。具備單面PCB的設計能力。學生操作目標1目標311講授：簡單介紹51單片機綜合實驗板的PCB設計要求。上機實操：1.完成51單片機綜合實驗板的原理圖設計。2.完成51單片機的PCB設計，并強調晶振電路設計中元器件布局及軟件布局的局限性。3.能繪制復雜的總線。4.對自動布線中不合理的走線進行修改。并對軟件布局存在的局限性進行分析。5.作業(yè)檢查與總結。6能熟練應用AD軟件進行原理圖和PCB圖。具備對有一定難度的單元電路的設計能力。具備較難電路的原理圖及PCB圖的設計能力。學生操作目標1目標2目標312上機實操：1.熟練使用AD20制作基于STM32的DDS信號源的原理圖、雙面板及四層板PCB圖設計，并學習用手工布線完善布通率。2.采用網(wǎng)絡標號進行元件間的連線；3.學會繪制復雜電路的總線繪圖方法；4.學會復雜電路的分塊繪制；5.培養(yǎng)學生的電路設計能力和軟件操作能力；6.分析軟件布局布線的局限性。61、能采用總線的方式實現(xiàn)復雜電路的連接方式。2、能對復雜電路進行分塊繪制其原理圖。3、具備四層電路板的設計能力。學生操作目標1目標2目標313講授：1.PCB圖紙輸出和打印時的注意事項。2.PCB板制作工藝流程。動手制作：在前面8路搶答器的設計基礎上，增加一個+5V電源電路。完成帶電源的八路搶答器的雙面PCB設計。元器件焊接。4.成品測試。5.驗收。61.能夠使用AD軟件對PCB圖進行輸出和打印。2.能夠依據(jù)PCB板的制作工藝流程進行PCB板制作。3.能夠應用各種工具完成元器件的焊接。4.能夠使用各種測試儀器和工具對成品進行測試。5.能夠對測試中出現(xiàn)的問題進行分析并提出改進方案。學生操作驗收目標1目標2目標3學時合計48—四、考核方式與成績評定辦法本課程的考核方式為考查。本課程的總成績由平時（實驗項目）成績（80%）和實物成績（20%）構成。平時實驗項目成績作為形成性過程評價中幫扶學生的依據(jù)，對平時實驗項目成績不高的學生進行幫扶，幫扶的方式主要采取上課重點關注與指導，同時指定學習成績好的學生進行結對子方式進行幫扶。成績構成方式見表3。評分標準見附錄：平時成績評分標準、實物評分標準。表3課程考核形式與課程目標的支撐關系序號課程目標考核形式及成績占比平時成績實驗（%）實物成績（%）小計（%）1目標1：能夠根據(jù)電路的特點選擇合適的AltiumDesigner、Proteus、Multisim等設計軟件工具，完成電路原理圖的設計、功能仿真分析。300302目標2：能夠運用Proteus、Multisim軟件工具，完成數(shù)電、模電以及單片機等單元電路的原理圖設計并進行仿真分析，能夠運用AltiumDesigner完成典型電路的原理圖、PCB以及元器件的原圖庫元件和元器件封裝設計。300303目標3：能夠完成典型案例原理圖設計與仿真、PCB設計、實物的裝配，并對設計中軟件的中存在局限性進行分析。202040合計8020100注：1.課程目標在考核方式及占比：主要根據(jù)課程目標自行設計和制定多元化考核方式，表中所列僅為參考。但所列考核方式必須覆蓋全體學生，可根據(jù)當學期具體教學情況酌情調整。2.各考核方式占總成績權重：根據(jù)課程實際情況對各考核方式占總成績的權重予以賦值。3.因期末卷面考核記100分，相關課程目標考核分值應按百分制進行折算，其他教學環(huán)節(jié)考核也可進行百分制折算。五、教學說明電路設計與仿真技術是一門綜合性強，動手能力強的課程，課程教學內容涉及電路分析、模電、數(shù)電、單片機以及元器件識別等內容，使用軟件的數(shù)量多，教學強度大，需要教師準備大量的教學素材，和詳細的實驗操作步驟，學生也需課前預習和提前準備上課內容。課程通過軟件對設計的電路原理圖進行仿真分析，通過對電路原理圖和PCB設計以及電路板制作，理解理論與實踐的辯證關系，理論是實踐的指導，而實踐是檢驗理論的唯一標準；理解科技創(chuàng)新是建設創(chuàng)新型國家和世界科技強國的需要，樹立起創(chuàng)新科技強國的理念。六、建議教材與教學參考書1.建議教材：賈磊磊，李精華.《基于Multisim+Proteus+AltiumDesigner的電路設計、仿真與制板》.電子工業(yè)出版社，2024.2.教學參考書[1]郭勇，陳開洪編著.《AltiumDesigner印制電路板設計教程》.機械工業(yè)出版社，2022.[2]高敬鵬，武超群等編著.《AltiumDesigner21印制電路板設計教程》.機械工業(yè)出版社，2022.[3]趙全利，李會萍編著.《Multisim電路設計與仿真》.機械工業(yè)出版社，2017.[4]周潤景.《基于PROTEUS的電路及單片機設計與仿真（第二版)》.電子工業(yè)出版社，2018.[5]劉濤，趙中華等.《AltiumDesigner20電路設計軟件及應用》.電子科技大學出版社，2021.執(zhí)筆人：李精華審核人：院（部）負責人：[楷體小四號加粗]【后面所附附錄等環(huán)節(jié)評分標準僅在于參考，具體教學環(huán)節(jié)的設計及評分標準需根據(jù)課程情況由教研室或課程組進行確定?！?/p>

附錄1平時實驗成績評分標準教學目標要求評分標準權重（%）90-10080-8960-790-59目標1：能夠根據(jù)電路的特點選擇合適的AltiumDesigner、Proteus、Multisim等設計軟件工具，完成電路原理圖的設計、功能仿真分析。積極參與實驗，提前完成規(guī)定的實驗內容，演示正確，對指導教師提出的問題回答正確。積極參與實驗，按時完成規(guī)定的實驗內容，演示正確，對指導教師提出的問題回答正確。積極參與實驗，完成規(guī)定的實驗內容，演示基本正確，對指導教師提出的問題回答基本正確。未完成規(guī)定的實驗內容或不主動參與實驗，對指導教師提出的問題不能予以正確的回答。（未出勤實驗計0分）30目標2：能夠運用Proteus、Multisim軟件工具，完成數(shù)電、模電以及單片機等單元電路的原理圖設計并進行仿真分析，能夠運用AltiumDesigner完成典型電路的原理圖、PCB以及元器件的原圖庫元件和元器件封裝設計。積極參