电子CAD方法与应用.docx

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电子CAD方法与应用

山东交通职业学院

《电子CAD方法与应用》教案

项目0基础部分——情景1PCB功能与组成认知

科目

电子CAD方法与应用

教材

电子线路板设计项目化教程（基于protel99se）

授课班级

10413

时间

周四1、2节

10413

周四3、4节

项目学时

6学时

本次

2学时

授课地点

机电学院208机房

周次

第一周

教学摘要

整体介绍

统筹说明本课程在专业课程体系中的地位和作用

教学分析

基于工作过程的课程体系说明

学习情境1

PCB的功能与组成认知

教学目标

1.通过该项目的学习认识PCB的功能和组成

2.掌握pcb的工艺流程

3.学会安装protel99se软件，认识并了解英文版菜单命令，

4.初步掌握protel99se简单操作规程

教学重点

对pcb的功能，组成，工艺流程形成一个整体思想认识，

对protel99se的整体性入门

教学难点

英文版protel99se的认识和使用

各种元器件的查询与识别

教学方法

多媒体配合讲解，实物电路板说明介绍，学生边学边练

课前准备

课件，学材，机房准备工作

教学内容

第一部分：

新课导入：

主体介绍本课程

本课程的开设目的

本课程与本专业的紧密关系

与本课程相关的就业岗位

需要学生达到的学习目标

整体教学计划安排

第二部分：

学习情境一的学习：

PCB的功能与组成认知

0.1印刷电路板的功能

一、印刷电路板的概念：

PCB是PrintedCircuitBoard的英文缩写，中文名称为印刷电路板，又称电子线路板。

二、印制电路的概念：

通常把在绝缘材上，按预定设计，制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。

而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形，称为印制线路。

三、印制线路板的概念：

把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板，亦称为印制板或印制电路板。

四、印制电路板的功能：

1.提供各种电子元器件（如集成电路、电阻、电容等）固定、装配的机械支持。

2.PCB实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘；提供所要求的电气特性，如特性阻抗、高频微波的信号传输等。

3.PCB为自动焊锡提供附焊图形，为元件插装、检查、维修提供识别字符和图形。

4.电子设备采用印制板后，由于同类印制板的一致性，避免了人工接线的差错，并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子产品的质星，提高了劳动个产率、降低了成本，且便于维修。

0.2印刷电路板的组成

组成：

PCB主要由基板和金属膜构成，基板是由绝缘隔热并不弯曲的材质制作而成。

从PCB设计的角度来看，它包含板层、PCB元器件、焊盘、过线盘和铜膜走线等重要部分。

组成的表现形式：

PCB元件、焊盘，过线盘以及铜膜走线在板层上的表现形式如下图所示。

第三部分：

英语

介绍和专业英语的关系，学习本课程同时，认真掌握基础的专业英语，能认识元器件英文名称，会查阅相关英文电子介绍等。

思考练习

作业布置

初学protel99se，翻看本书18页图1-2，尝试画出此电路图。

目的一：

检测学生模块0的掌握情况

目的二：

通过本图预习下次课内容

教学心得

软件学习的课程学生一般都有点急功近利，希望马上可以完成一个大的项目，所以课程开始以大的项目为导向，分解为一个个小的任务，通过完成小的任务来达到预定的教学目的，同时也调动学生的积极性。

项目0基础部分——情景2PCB制作工艺流程认知

科目

电子CAD方法与应用

教材

电子线路板设计项目化教程（基于protel99se）

授课班级

10413

时间

周三1、2节

10414

周一3、4节

项目学时

6学时

本次

2学时

地点

机电学院208机房

周次

第二周

教学摘要

复习回顾

PCB的功能与组成认知

学习情境2

PCB制作工艺流程认知

实物讲解

一组一板分解讲解板子上的工艺流程体现

教学目标

通过该项目的学习更加深入认识PCB的功能和组成，详细了解制作工艺流程，介绍相关仪器设备，形成整体工艺认识，从而掌握pcb的工艺流程

教学重点

对pcb的功能，组成，工艺流程形成一个整体思想认识

与实物结合，看工艺流程在电路板上的体现

教学难点

结合仪器设备的图片来讲解每步工艺流程

教学方法

多媒体配合讲解，实物电路板参照

课前准备

课件，学材，机房准备工作

教学内容

第一部分：

新课导入：

简单回顾上次课内容，了解了pcb的功能与组成，来看到底如何来制作这样一块电路板，整体介绍工艺流程先，导入本次课具体内容。

第二部分：

学习情境2：

PCB制作工艺流程认知

0.1印刷电路板的制作工艺流程

一、单面印制板工艺流程：

•单面基板剪裁→钻孔→图形转移→蚀刻→半成品检验→网印阻焊油墨→喷锡→外形加工→成品检验→包装运输。

•单面刚性印制板工艺流程：

单面覆铜板→下料→（刷洗、干燥）→钻孔或冲孔→网印线路抗蚀刻图形或使用干膜→固化检查修板→蚀刻铜→去抗蚀印料、干燥→刷洗、干燥→网印阻焊图形（常用绿油）、UV固化→网印字符标记图形、UV固化→预热、冲孔及外形→电气开、短路测试→刷洗、干燥→预涂助焊防氧化剂（干燥）或喷锡热风整平→检验包装→成品出厂。

二、双面印制电路板工艺流程：

单面基板剪裁→钻孔→沉铜→全板电镀→图形转移→蚀刻→半成品检验→丝印阻焊油墨→喷锡→外形加工→成品检验→包装运输。

双面刚性印制板：

双面覆铜板→下料→叠板→数控钻导通孔→检验、去毛刺刷洗→化学镀（导通孔金属化）→（全板电镀薄铜）→检验刷洗→网印负性电路图形、固化（干膜或湿膜、曝光、显影）→检验、修板→线路图形电镀→电镀锡（抗蚀镍/金）→去印料（感光膜）→蚀刻铜→（退锡）→清洁刷洗→网印阻焊图形常用热固化绿油（贴感光干膜或湿膜、曝光、显影、热固化，常用感光热固化绿油）→清洗、干燥→网印标记字符图形、固化→（喷锡或有机保焊膜）→外形加工→清洗、干燥→电气通断检测→检验包装→成品出厂。

三、多层印板的工艺流程：

内层材料处理—定位孔加工—表面清洁处理一制内层走线及图形—腐蚀—层压前处理-外内层材料层压-孔加工-孔金属化一制外层图形—镀耐腐蚀可焊金属—去除感光胶一腐蚀—插头镀金一外形加工—热熔—涂助焊剂一成品。

0.2热转印法制单面板基本流程

（1）用protel画出您所需要的印刷电路板图，如图所示。

（2）将上图用激光打印机打印到热转印纸（注意不要打印顶层丝印图），如图所示。

（3）采用热转印机将热转印纸上的碳粉通过热转印机转印到敷铜板上，如图所示。

（4）将敷铜板放入喷雾蚀刻机中进行蚀刻，蚀刻后如图所示。

（5）用汽油清洗电路板上的黑色碳粉则出现如图所示。

（6）用电路板打孔机进行打孔，则出现如图所示。

（7）用仪器手工丝印阻焊油墨。

0.3雕刻法制板

雕刻前准备：

检查线路板刻制机与电脑数据线是否相连，同时检查线路板刻制机电源是否连接好。

打开电脑及线路板刻制机电源，将线路板刻制机控制面板上电源拨到“开”的位置。

导出线路板刻制机的PCB文件，然后运行线路板刻制机，选择相应参数。

升高雕刻机的刀架，固定覆铜板，装好雕刻刀。

打开雕刻文件进行试雕。

雕刻

按照PCB的精度要求调好雕刻速度，按“雕刻”按钮开始雕刻，雕刻过程无需人工干预，但也要注意在雕刻过程中不得强制停止。

钻孔：

按一下雕刻机控制面板中“停止”按键，然后将刀架升高，换上与电路中焊盘孔直径相对应的钻孔刀具，选择相对应数据，按线路板刻制机控制面板上的“启动”按钮，使刀具高速旋转。

调整好刀具与覆铜板的距离，按“钻孔”按钮进行钻孔。

第三部分：

制版所需要的大中小型仪器设备的介绍，结合设备厂家给的资料，和产品网上性能介绍，让大家了解需要哪些设备来完成相关的制版流程中各个工艺。

思考练习

作业布置

熟悉手中的电路板，仔细看看有哪些组成，各个部分该如何完成，形成自己的思路，预习下节课内容。

教学心得

实物电路板满足了学生足够的好奇，激发了学生学习的热情，学生希望通过本课程的学习，自己也能做出一块美观大方实用的高科技电路板，同时讲解了相关仪器设备，让学生感觉每一步都不陌生，都知道是怎么来的。

有了整体的制板意识。

项目0基础部分——情景3软件Protel99SE的安装与初识

科目

电子CAD方法与应用

教材

电子线路板设计项目化教程（基于protel99se）

地点：

机电208

授课班级

10413

时间

周三1、2节

10414

周一3、4节

项目学时

6学时

本次

2学时

授课地点

机电学院208机房

周次

第三周

教学摘要

学习情境3

软件Protel99SE的安装与初识

安装过程

演示安装

初步了解

页面和菜单讲解

教学目标

学会安装protel99se软件，认识并了解英文版菜单命令，

初步掌握protel99se的简单操作规程

教学重点

对protel99se的整体性入门

克服对英语菜单的恐惧，适应英文版本

教学难点

英文版protel99se的认识和使用

各种元器件的查询与识别

教学方法

基于电子教室演示，多媒体配合讲解，学生边学边练

课前准备

课件，学材，机房准备工作

教学内容

第一部分：

新课导入：

通过前面的学习认识了PCB的功能和组成和工艺流程，接下来步入实际工作，介绍和学习必备的工作软件，protel99se,概括介绍电子线路板绘制软件的发展，为什么选择protel,为什么用99se版本，一一简单介绍，让学生了解软件和行业的发展情况，导入新课，protel99se的安装和实用。

第二部分：

学习情境3：

软件Protel99SE的安装与初识

0.1软件Protel99SE的运行环境及安装（细节略）

0.2软件Protel99SE的启动及初识

一、Protel99SE的启动

①直接在桌面上双击“Protel99SE”图标

②单击任务栏上的“开始”按钮，在“开始”菜单组中单击“Protel99SE”菜单项

③单击任务栏上的“开始”按钮，在“开始”菜单中将鼠标指针移到“所有程序（P）”菜单项，停留片刻，在跳出的“Protel99SE”菜单组中单击“Protel99SE”菜单项进行启动

二、Protel99SE的关闭

关闭Protel99SE主程序的方法有4种：

最快捷的方法是单击主窗口标题栏中的关闭按钮。

其次，也可以执行菜单命令“File→Exit”。

第三，直接双击“系统菜单”按钮。

第四，按下ALT+F4组合键。

在关闭Protel99SE主程序时，如果修改了文档而没有保存，则会出现一个对话框，询问用户是否保存，单击“Yes”按钮确认保存修改，若不需要保存修改，则单击“No”按钮，“Cancel”按钮表示取消关闭程序命令。

三、Protel99SE的文件类型介绍

Protel99SE设计数据库文件包含了所有的原理图（.sch）文件、PCB文件、库（.lib）文件等设计文件，默认时在Windows的资源管理器里能查询到的只有设计文件库。

思考练习

作业布置

初学protel99se，翻看本书18页图1-2，尝试画出此电路图。

目的一：

检测学生模块0的掌握情况

目的二：

通过本图预习下次课得内容

教学心得

软件学习的课程学生一般都有点急功近利，希望马上可以完成一个大的项目，所以课程开始以大的项目为导向，分解为一个个小的任务，通过完成小的任务来达到预定的教学目的，同时也调动学生的积极性。

项目一：

秒脉冲发生器的制作

——情景1秒脉冲发生器原理图设计

科目

电子CAD方法与应用

教材

电子线路板设计项目化教程（基于protel99se）

授课班级

10413

时间

周三1、2节

10414

周一3、4节

项目学时

4学时

本次

2学时

授课地点

机电学院208机房

周次

第四周

教学摘要

如何看图

看图纸，看元件，找思路，再动手

学习情境1

秒脉冲发生器原理图设计

教学目标

1．掌握原理图编辑器中具有电气意义对象的放置方法及编辑方法

2．掌握绘制原理图的基本方法，能绘制比较简单的原理图

3．掌握根据实际电路图的大小，设置合适的图纸及其显示风格的方法

4．掌握原理图图纸标题栏的设置方法

教学重点

原理图选项设置，常用元件库介绍、加载原理图元件库及移出元件库，元器件放置与编辑，绘制电路原理图，元件清单的产生和原理图的导出、打印等知识

教学难点

元器件放置与编辑，绘制电路原理图

教学方法

多媒体配合讲解，学生边学边练

课前准备

课件，学材，机房准备工作

教学内容

第一部分：

新课导入

通过模块0基础知识的学习，我们已经掌握了pcb的组成，功能以及制作工作流程，这次课开始我们就用实际的案例来联系使用protel99se来绘制pcb图。

本次课，我们以秒脉冲发生器为例。

第二部分：

内容摘要

学习情境1：

秒脉冲发生器原理图设计

【项目描述】

NE555是多用途集成时基块,以NE555为核心部件组成秒脉冲发生器，电路简单,稳定性好,频率控制范围宽。

秒脉冲发生器工作时，其输出端每秒输出一个脉冲，可以控制计数器每秒计一个数。

在该学习情境中，任务目标是将纸张的大小设置为B，标题栏类型选择Standard，用特殊字符串设置制图者为“蓝牙设计室”，标题为“新的设计”，字体为“华文彩云”，字体颜色“223#”，文档编号为“10-1”，显示不含路径的原理图文件名，

并且要求同学能用Protel99SE软件，从原理图元件库中调出图1-2中所需的元件，连线完成电路。

【学习目标】

1．掌握原理图编辑器中具有电气意义对象的放置方法及编辑方法

2．掌握绘制原理图的基本方法，能绘制比较简单的原理图

3．掌握根据实际电路图的大小，设置合适的图纸及其显示风格的方法

4．掌握原理图图纸标题栏的设置方法

【技能训练】

子项目1原理图选项设置

任务一、新建PCB文件

任务二、常用元件封装库介绍

任务三、加载PCB元件封装库

子项目2常用元件库介绍、加载原理图元件库及移出元件库

1、各种常用元件库介绍

2、加载元件库

3、移出元件库

4、BrowseSch选项卡介绍

子项目3元器件放置与编辑

1.元器件的放置方法

2.放置电源和接地符号

3.编辑元件

子项目4绘制电路原理图

任务一、电路图中元件属性列表

任务二、绘制秒脉冲发生器原理图

子项目5元件清单的产生和原理图的导出、打印

任务一、元件清单的产生（报表文件的生成）

任务二、原理图的导出

任务三、原理图的打印

第三部分：

*要求学生提交作业，电子教室软件在线提交，熟悉提交作业的操作，观看学生第一次画图的知识掌握情况

思考练习

作业布置

教材p34,p56页，除画图外全部测验题目自己课下完成

教学心得

学生的练习是非常重要的也是必不可少的，必须要给学生足够的自己动手使用软件的机会才能得到扎实的知识。

项目一：

秒脉冲发生器的制作——情景2秒脉冲发生器的单面PCB制作

科目

电子CAD方法与应用

教材

电子线路板设计项目化教程（基于protel99se）

授课班级

10413

时间

周三1、2节

10414

周一3、4节

项目学时

4学时

本次

2学时

授课地点

机电学院208机房

周次

第五周

教学摘要

复习考核

秒脉冲发生器原理图设计

学习情境2

秒脉冲发生器的单面PCB制作

教学目标

1．掌握原理图编辑器中具有电气意义对象的放置方法及编辑方法

2．掌握绘制原理图的基本方法，能绘制比较简单的原理图

3．掌握根据实际电路图的大小，设置合适的图纸及其显示风格的方法

4．掌握原理图图纸标题栏的设置方法

教学重点

原理图选项设置，常用元件库介绍、加载原理图元件库及移出元件库，元器件放置与编辑，绘制电路原理图，元件清单的产生和原理图的导出、打印等知识

教学难点

各种常用元件库的认识，绘制pcb图

教学方法

多媒体配合讲解，学生边学边练

课前准备

课件，学材，机房准备工作

教学内容

第一部分：

新课导入

检查学生上节课原理图的绘制情况，网络表生成中错误改正情况，导入我们的pcb设计部分

第二部分：

内容摘要

学习情境2：

秒脉冲发生器的单面PCB制作

【项目描述】在该学习情境中，任务目标是将学习情境1绘出的原理图，如下图所示，设置成单层布线，然后进行手动布局、手动布线，完成PCB图。

将绘成的PCB图导出到指定的文件夹下，进行制版、焊接、装配及调试。

【学习目标】

1.进入PCB后，根据具体情况，规划电路板（包括物理边界及电气边界）。

2.对单层布线的电路板，知道需要确定电路板的那些层？

熟悉每个层有什么作用？

3.熟悉手动布局及手工布线来绘制电路板的步骤。

【技能训练】

子项目1常用元件封装库介绍及加载元件封装库

任务一、新建PCB文件

任务二、常用元件封装库介绍

任务三、加载PCB元件封装库

子项目2元件封装（Footprint）认识

元器件封装的概念：

元件的封装的组成

元件的封装形式可以分为两大类

子项目3PCB中各层介绍

Signallayer（信号层）

Mechanicallayer（机械层）

Soldermasklayers：

阻焊层

Pastemasklayers：

锡膏防护层

Silkscreenlayers：

丝印层

Keepoutlayer：

禁止布线层

Multilayer：

多层

Drilllayers：

钻孔层

子项目4元件布局

任务一、设置布局范围和确定电路板工作层

任务二、规划电路板

任务三、放置元件

任务四、元件布局

子项目5单面电路板手工布线

注意事项：

单面板要在BottomLayer布线。

拐弯时不能走直角。

原因有两个：

①物理角度，90°角拐角尖锐，易从板上剥落、翘起；

②电磁兼容的角度，尖锐的地方，易产生电磁辐射，从而影响其它的走线及元器件。

操作步骤

①单击放置工具栏中的按钮，或执行菜单命令Place/InteractiveRouting（交互式布线），画线方法同原理图中的画线方法。

2导线的拐弯模式和切换：

在绘制导线过程中，可以用Shift+空格键来切换导线的模式，可使走线在45，90，圆弧之间切换。

子项目6PCB图的导出、打印

思考练习

作业布置

教材,p56页，画图测验题目自己联系完成

教学心得

学生的联系是非常重要的也是必不可少的，必须要给学生足够的自己动手使用软件的机会才能得到扎实的知识。

项目二两级放大器的制作

——情境1两级放大器原理图设计

科目

电子CAD方法与应用

教材

电子线路板设计项目化教程（基于protel99se）

授课班级

10413

时间

周三1、2节

10414

周一3、4节

项目学时

4学时

本次

2学时

授课地点

机电学院208实验室

周次

第七周

教学摘要

复习回顾

熟悉protel99se个菜单页面及基本操作

学习情境1

两级放大器原理图设计

教学目标

1．能根据实际要求设置电路图的大小及图纸标题栏的设置方法。

2．掌握原理图中常用元件所在的元件库名称及每个元件在库中的名称；掌握修改元件属性选项的方法。

3．掌握绘制原理图的基本方法，能熟练的绘制原理图。

4．能一次性对同类元件进行合适的封装。

5．掌握网络表文件的扩展名、作及网络表文件的生成方法及其格式包括哪些内容

教学重点

电路图的大小及图纸标题栏的设置方法，熟练的绘制原理图

教学难点

熟悉元件库，熟练找出元件，手自动布线绘制电路板

教学方法

多媒体配合讲解，学生边学边练

课前准备

课件，学材，机房准备工作

教学内容

第一部分：

新课导入

通过项目一秒脉冲发生器的制作我们已经基本了解用protel99se来绘制原理图的基本步骤，以及制作pcb板得实用流程，接下来通过项目二两级放大器的制作来加深和巩固相关的知识。

第二部分：

新课纲要

项目2两级放大器的制作

•学习情境2.1：

两级放大器原理图设计

2.1.1【项目描述】

列出右图所示两级放大器电路图中所有元件的元件属性及所对应的元件库表。

设定图纸方向为水平放置，图纸大小为A4纸，标题栏为Standard样式，标题为“两级放大器”，设计者为“山东交通职业学院”，字体为仿宋体。

熟练地画出右图所示的电路图。

将元件封装属性统一进行设置。

生成网络表。

2.1.2【学习目标】

1．能根据实际要求设置电路图的大小及图纸标题栏的设置方法。

2．掌握原理图中常用元件所在的元件库名称及每个元件在库中的名称；掌握修改元件属性选项的方法。

3．掌握绘制原理图的基本方法，能熟练的绘制原理图。

4．能一次性对同类元件进行合适的封装。

5．掌握网络表文件的扩展名、作及网络表文件的生成方法及其格式包括哪些内容。

2.1.3【技能训练】

子项目1绘制电路原理图

任务一、电路图元件属性列表

任务二、按项目描述完成图纸设置

任务三、绘制原理图

子项目2原理图的电气规则检查

任务一、Setup（设置）页面设置的内容

任务二、RuleMatrix（电气规则测试矩阵）

任务三、生成ERC报告文件

子项目3网络表的生成与导出

一、生成网络表的步骤

二、网络表文件的格式

三、网络表文件的导出

思考练习

作业布置

教材P70相关思考与联系，完成项目之余画图联系p87绘图题目

教学心得

真正的动手来完成一副原理图，才能加深对各个菜单功能的认识，杜绝眼高手低、只看不练得现象。

项目二两级放大器的制作

——情境2两级放大器的单面PCB制作

科目

电子CAD方法与应用

教材

电子线路板设计项目化教程（基于protel99se）

授课班级

10413

时间

周三1、2节

10414

周一3、4节

项目学时

4学时

本次

2学时

授课地点

机电学院208机房

周次

第八周

教学摘要

学习情境2

两级放大器的单面PCB制作

教学目标

1．掌握网络表文件的扩展名、作及网络表文件的生成方法及其格式包括哪些内容

2.进入PCB后，会设置相对原点；能根据要求规划电路板。

标注电路板的实际尺寸。

3.对单层布线的电路板，知道需要哪些层？

如何确定这些层？

熟悉每个层有什么作用？

4.熟悉手动布局及自动布线绘制电路板的步骤

教学重点

熟练的绘制原理图后成功生成网络表，更改所有网络表中出现的错误，手动布局及自动布线绘制电路板的步骤

教学难点

手自动布线绘制电路板

教学方法

多媒体配合讲解，学生边学边练

课前准备

课件，学材，机房准备工作

教学内容

第一部分：

新课导入

成功修改网络表中出现的所有错误和警告，直到所有宏通过，导入到pcb图中

第二部分：

新课纲要

学习情境