电子产品设计与制作项目教程-基于嘉立创EDA

一项目认识印制电路板智能产品开发团队电子产品设计与制作项目教程——基于嘉立创EDA010302工作任务1感知PCB的发展史工作任务2认识PCB的典型结构工作任务3探究PCB加工工艺目录学习内容与学习目标素养目标1.培养学生对PCB行业发展的认识2.树立规范操作和安全意识3.形成废弃PCB回收、无铅工艺的重要性等环保理念主要学习和训练内容1.PCB的发展历史及其技术演变2.PCB的典型结构组成与功能3.常见PCB分类及加工工艺知识目标1.掌握PCB的定义、功能及发展历程2.理解单层、双层、多层PCB的结构组成及特点3.了解PCB加工核心工艺能力目标1.能辨识不同类型PCB的结构特征2.能描述PCB从设计到成品的核心制造流程3.能根据应用场景合理选择PCB类型与基材工作任务1感知PCB的发展史01工作任务1感知PCB的发展史任务描述通过案例分析和时间轴梳理,了解PCB从早期导线互联到现代高密度互连(HighDensityInterconnect,HDI)的技术演进过程,分析航天通信、消费电子等典型应用场景中PCB的特点。工作任务1感知PCB的发展史知识链接

PCB是用于连接电子元件并提供机械支撑的基础组件,被很多人誉为“电子产品之母”,它是现代电子设备中的重要组成部分,广泛应用于计算机、手机、家电、汽车等各种电子产品中。知识链接主要发展史（1）1903年,当时一位名叫阿尔伯特·汉森(AlbertHanson)的德国著名发明家申请了一项英国专利,他首创利用“线路”(Circuit)的观念应用于电话交换机系统,利用金属箔切割成线路导体,然后线路导体上下面都粘上石蜡纸,在线路交点上设置导通孔实现不同层间的电气互联。图1阿尔伯特·汉森“线路”的观念示意图知识链接主要发展史（2）1925年,美国的查尔斯·杜卡斯(CharlesDucas)在绝缘的基板上印刷出线路图案,再以电镀的方式,成功将导体作为配线,这种在绝缘基板上印刷电路的方式后来就被称为PCB。图2查尔斯·杜卡斯的印刷电路方案知识链接主要发展史（3）1936年,奥地利人保罗·爱斯勒(PaulEisler)博士在英国发表箔膜技术,他在一个收音机装置内采用了印刷电路板。图3保罗·爱斯勒以及他发明的采用了印刷电路板的收音机知识链接主要发展史（4）1942年,保罗·爱斯勒博士继续改进他的PCB生产方法,发明了世界最早实用化的双面PCB,并在Pye公司正式生产,并于1943获得专利。保罗·爱斯勒也因此被誉为“印刷电路板之父”。（5）1947年12月,美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组研发出了晶体管。晶体管发热量较低且体积更小巧,从20世纪50年代开始大量取代电子管的地位,这也为印刷电路板技术的广泛使用创造了条件。（6）1950年,日本公司在基板材料研发方面进行了两项关键尝试,分别在玻璃基板上涂银作为导体和在酚醛树脂纸基板上使用铜箔作为导体。从1950年开始,印刷电路的制造技术开始被广泛接受,这时蚀刻起到了主导作用。伴随着晶体管开始走向实用化,以金属箔腐蚀法制成的单面PCB在美国开发成功,并很快地得到工业化应用。知识链接主要发展史（7）1953年,Motorola开发出电镀过孔法的双面板。1955年前后,日本的东芝公司推出了一种在铜箔表面生成氧化铜的技术,并出现了覆铜板(CopperCladLaminate,CCL)。这两种技术后来都被广泛用于多层印刷电路板的制造,它们对多层印刷电路板的出现起到了极大的推动作用。此后,多层PCB得到了广泛的应用。（8）20世纪60年代,PCB工艺也日益成熟。从Motorola的双面板问世,到多层印刷电路板开始出现,使配线与基板面积之比更为提高。图420世纪60年代的多层PCB知识链接主要发展史（9）20世纪80年代至今,PCB工艺进入高速发展阶段,从早期以单层板为主逐步演变为多层板,线宽、线距也大幅缩小。如今,PCB行业已逐渐能更高效制作出满足高精度、高频需求的PCB。高密度互连HDI、盲埋孔等先进工艺,可以提供更高密度的电路连接和更小的设计空间,广泛应用于智能手机、平板电脑、汽车电子和各种现代消费电子产品和电子设备中。工作任务1感知PCB的发展史任务实施步骤1：案例导入步骤2:PCB关键发展史PPT制作汇报步骤3:应用场景分析备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务2认识PCB的典型结构02工作任务2认识PCB的典型结构任务描述本任务要求通过观察简单的双面PCB板(不超过5个简单元件,如电阻、电容、二极管等),绘制对应的电路原理示意图,并分析PCB板上铜箔、走线、油墨、丝印标识、介质、过孔等存在的作用。知识链接PCB的典型结构（1）多层板:典型的双层板PCB结构包括顶层、底层、介质板以及连接层与层之间的孔,如果是多层板(两层以上),则除了顶层和底层外还有内层。（2）介质板:又称PCB基板,是构建电路板的基础,决定了电路板的物理、电气和热性能。介质板采用介电复合材料,一般由环氧树脂制成与铜箔一侧或两侧黏合。多层PCB板中,介质板被用作夹层间的黏合介质,并通过高温高压将所有层黏合在一起。通常电路板的层数都是双数,比如2层,4层,6层等。图5PCB基本结构（6层电路板）知识链接PCB的典型结构（3）孔PCB上的孔根据其是否参与电气连接分为镀覆孔(PTH)和非镀覆孔(NPTH)。镀覆孔(PTH)是指孔壁镀覆有金属的孔,其可以实现PCB内层、外层或内外层上导电图形之间的电气连接。根据孔贯穿PCB内外层的层次,孔可分为通孔、埋孔和盲孔。通孔:贯穿整个PCB的孔洞,主要用于实现不同层之间的电气连接和元件的定位安装。盲孔:指仅从印制电路板的单一表层(顶层或底层)延伸至内部指定信号层,且不贯穿板体整体厚度的过孔结构。埋孔:指位于PCB内层的连接孔,它不穿透板层,不会延伸到PCB的表面。工作任务2认识PCB的典型结构任务实施步骤1:认识PCB

步骤2:观察与记录步骤3:复盘和分析备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务3探究PCB加工工艺03工作任务3探究PCB加工工艺任务描述通过虚拟工厂漫游和工艺卡片排序,掌握从PCB制板的Gerber加工文件到成品PCB的完整生产流程,重点理解内层制作、层压、外层线路制作等关键环节。知识链接加工工艺

PCB的制作非常复杂,以四层印制板为例,其主要加工流程如图6所示。图6四层板加工流程知识链接加工工艺1.PCB设计在生产前,EDA工程师需要在EDA软件上进行电路板设计,设计内容包括原理图、布局布线等,且设计时需综合考虑尺寸、层数、互联及元件排布,并遵循设计规范以确保性能与可制造性。

2.基材准备四层PCB的基材由“芯板”和“半固化片”组成。芯板:内层线路的载体,通常为玻璃纤维布+环氧树脂,两面覆铜箔。半固化片(PP片):由玻璃纤维布浸渍环氧树脂制成,未完全固化,加热加压后会流动并固化,用于层压时黏合各层芯板与外层铜箔,需根据层厚需求选择合适型号。知识链接加工工艺3.内层制作内层制作包括:开料、钻孔(埋孔)、图像转移、AOI光学检查、氧化处理。其中钻孔并非必要工序,仅在设计中有埋孔时才会在内层制作增加钻孔工艺。图7内层制作的工艺内容知识链接加工工艺4.层压层压是将多个内层和半固化片黏合在一起,形成多层结构的关键步骤。

5.通孔工艺通孔工艺与内层埋孔的钻孔工艺类似,使用高精度的数控钻床,根据Gerber文件中的钻孔层,在压合好的板子上钻出过孔、元件孔等。

6.盲孔工艺盲孔是一种连接PCB表层和内层,但不贯穿整个板子的导通孔。它的制造是HDI高密度互连技术的核心。图8盲孔的工艺流程知识链接加工工艺7.外层制作外层(顶层和底层)的制作流程与内层类似,不同的是图像转移工艺使用的是菲林正片工艺。图9外层制作工艺流程知识链接加工工艺8.阻焊与丝印阻焊层(油墨,常见为绿油)用于覆盖非焊盘区域的铜箔,防止短路、氧化和机械损伤。工艺流程包括:涂覆阻焊油墨、曝光、显影。9.表面处理PCB表面处理主要用于防氧化和增强焊接性,常用方式有喷锡、沉金和OSP。10.外形加工与终检外形加工常用数控铣或模具冲压。终检包括外观检查和电气测试。工作任务3探究PCB加工工艺任务实施步骤1:工艺视频学习步骤2:卡片排序游戏步骤3:缺陷分析实战备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分二项目初识嘉立创EDA智能产品开发团队电子产品设计与制作项目教程——基于嘉立创EDA010302工作任务1EDA设计工具选型工作任务2嘉立创EDA环境参数配置工作任务3嘉立创EDA设计环境搭建目录学习内容与学习目标素养目标1.养成规范使用EDA设计工具的职业习惯2.建立国产软件应用自信与技术探索意识3.形成EDA工具选型的工程思维主要学习和训练内容1.常见EDA软件的功能对比与适用场景2.嘉立创EDA的下载、安装与环境配置3.软件界面功能与基础操作知识目标1.掌握主流EDA工具分类及嘉立创EDA的核心优势2.熟悉软件安装流程与许可证激活机制3.理解工作界面模块功能及系统参数配置逻辑能力目标1.能独立完成嘉立创EDA的安装与账户注册2.能完成个性化参数设置，适应设计环境3.能辨析不同EDA工具的适用场景工作任务1EDA设计工具选型01工作任务1EDA设计工具选型任务描述对比主流EDA工具的技术特性与适用场景,重点分析嘉立创EDA的云端协作、国产化适配及生态优势。知识链接1.常用的国外EDA工具软件

(1)AltiumDesigner(2)CadenceAllegro(3)MentorPADS(4)KiCad(5)Eagle知识链接2.国产嘉立创EDA工具软件

(1)嘉立创EDA介绍嘉立创EDA是由中国团队研发,拥有完全独立自主知识产权的国产EDA工具,隶属于深圳嘉立创科技集团股份有限公司,其主要功能是通过计算机的辅助完成电路原理图、印刷电路板文件等的绘制、制作和仿真设计。嘉立创EDA拥有超过100多万在线免费元件库,并支持实时更新。可在设计过程中检查元器件库存、价格和立即下单购买,大大缩短设计周期。知识链接2.国产嘉立创EDA工具软件

(2)嘉立创EDA优势嘉立创EDA是一款简单易用、功能强大、集成度高的软件,同时嘉立创集团提供了高度集成的一站式服务,为学生业余科创活动、企业打样或批量生产都提供了无与伦比的便利。(3)嘉立创EDA常用的网站国产嘉立创EDA官网:/,提供嘉立创EDA软件下载、版本介绍以及EDA帮助文档等。嘉立创EDA专业版在线用户指南:/,提供了嘉立创EDA工具大量的文字和视频使用教程。立创商城:/,提供一站式元器件采购。立创开源平台:/,包含丰富的开源资源,方便广大开发者共同学习。工作任务1EDA设计工具选型任务实施步骤1:使用AI工具对EDA工具软件对比及选型步骤2:应用场景匹配讨论步骤3:总结嘉立创EDA优势备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务2嘉立创EDA设计环境搭建02工作任务2嘉立创EDA设计环境搭建任务描述完成嘉立创EDA客户端安装、账户注册/登录、许可证激活等全流程操作,解决常见安装故障,搭建嘉立创EDA设计开发环境知识链接

1.嘉立创EDA标准版和专业版介绍

1.嘉立创EDA标准版和专业版介绍嘉立创EDA分为标准版和专业版两个版本,且都有在线版和本地版,标准版面向学生教育,功能和使用上更简单;专业版面向企业,团队,功能更加强大,约束性也更高。图1嘉立创EDA标准版和专业版知识链接2.嘉立创EDA专业版文件类型介绍嘉立创EDA标准版的文件类型后缀基本都是json,在嘉立创EDA专业版中扩展了很多个文件类型,不再使用json后缀存储工程文档。文件后缀文件类型备注zip压缩包文件工程压缩包，Gerber压缩包，PDF压缩包等，具体需要看文件名前缀elib离线客户端元件库文件里面存放了各种库文件，如：器件、符号、封装等eprj离线客户端工程文件是客户端专用的工程文件，可以直接被客户端离线模式打开efoo封装文件工程压缩包内的封装库文件esym符号文件工程压缩包内的符号库文件epan面板文件工程压缩包内的面板文件esch原理图文件工程压缩包内的原理图文件epcbPCB文件工程压缩包内的PCB文件ecop铺铜文件工程压缩包内铺铜的路径文件eins实例值文件工程压缩包内，原理图的实例值属性的存储文件efon字体文件工程压缩包内，PCB字体的路径文件epanm面板制造文件面板导出的面板制造文件enet网表文件原理图导出的嘉立创EDA专业版网表文件json配置文件编辑器导出的各种配置文件，具体看文件名前缀表1嘉立创EDA专业版文档工作任务2嘉立创EDA设计环境搭建任务实施步骤1:嘉立创EDA软件下载步骤2:软件安装步骤3:软件激活备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务3嘉立创EDA环境参数配置03工作任务3嘉立创EDA环境参数配置知识链接配置符合课程任务实训标准的嘉立创EDA工程模板,重点设定系统、原理图/符号、PCB/封装、面板/面板库、图纸等的核心环境参数。知识链接嘉立创EDA环境参数配置嘉立创EDA专业版提供一个现代简约易用的界面,可以很方便找到常用的功能入口。按照功能主要划分为10个区域。(1)顶部菜单(2)顶部工具栏(3)页签行(4)左侧面板(5)工程列表(6)快速开始(7)快捷方式(8)最近设计(9)底部面板(10)信息发布任务实施步骤1:系统设置步骤2:原理图/符号设置步骤3:PCB/封装设置步骤4:面板/面板库设置步骤5:常用字体设置备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分步骤6:图纸设置步骤7:属性设置步骤8:快捷键设置步骤9:顶部工具栏设置步骤10:保存设置步骤11:嘉立创EDA运行模式设置步骤12:嘉立创EDA数据路径工作任务3嘉立创EDA环境参数配置三项目USB通电检测模块的设计智能产品开发团队电子产品设计与制作项目教程——基于嘉立创EDA010302工作任务1模块电路原理图设计及绘制工作任务2模块的设计优化工作任务3模块PCB设计及绘制目录学习内容与学习目标素养目标1.培养严谨的工程态度和科学的思维方法，注重设计过程中的细节和规范，确保设计的电路板符合质量标准和应用要求2.鼓励在模块电路设计和PCB绘制过程中进行创新，培养学生的创新意识和创新能力主要学习和训练内容1.简单电路原理图的设计和绘制2.简单PCB的设计和绘制3.原理图和PCB的优化知识目标1.初步掌握原理图和PCB绘制流程2.学习电路原理图的绘制规范，包括元件符号的表示、线路连接规则以及电气特性的标注3.掌握PCB更新优化的方法能力目标1.初步具备将原理图转化为PCB版图的能力2.能够根据电路板的尺寸、性能要求和生产工艺限制，进行合理的布局布线3.初步具备结合可制造性和可测试性设计规范，优化PCB设计方案，平衡制造与测试效率的能力。工作任务1模块电路原理图设计及绘制01工作任务1模块电路原理图设计及绘制任务描述

LED作为指示灯广泛应用于各种电子设备中,本任务要求设计一个检测USB通电状态的电路原理图,其中LED作为通电指示灯,当通电时点亮,断电时不亮,并在嘉立创EDA中进行原理图的绘制。知识链接1.电子产品设计操作流程一个完整的电子产品设计流程主要包括了面板设计、原理图设计、PCB设计和外壳设计,其中实现功能的核心部分是电路原理图和PCB的设计。图1完整的设计流程知识链接1.电子产品设计操作流程一般情况下,电路原理图和PCB设计流程如下:(1)新建项目工程;(2)绘制原理图(绘制过程中若是元件库中没有所需要的元件符号,还应新建器件,建立所需要的元件符号和元件封装);(3)将原理图转PCB;(4)绘制PCB(需要先根据需求设计外框、元件的布局摆放、元件的电气连接及丝印调整);(5)导出BOM(材料清单)和Gerber(PCB制板文件)文件;(6)下单加工。知识链接2.原理图设计思路在设计一个完整的电路前,需要先对任务的设计要求进行合理分析,对任务所需的元件型号及参数进行适当评估。因此,在实际执行设计操作前,需要先掌握一定的电路原理基础和设计的预期目标。图2电源状态显示原理图工作任务1模块电路原理图设计及绘制任务实施步骤1:创建本任务工程步骤2:原理图元件选型及放置步骤3:原理图元件的参数调整步骤4:导线连接步骤5:对原理图添加文字说明步骤6:进行原理图DRC检查备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务2模块PCB设计及绘制02工作任务2模块PCB设计及绘制任务描述本任务要求在USB通电检测模块原理图的基础上,在嘉立创EDA中设计和绘制模块PCB,并为PCB添加丝印、泪滴和铺铜等操作。知识链接1.认识PCB板层在PCB设计和绘制之前,首先有必要认识一下PCB的板层。打开嘉立创EDA软件的PCB界面后,在编辑器的右侧以及下侧会看到PCB的各个板层。图3嘉立创EDAPCB编辑器中的图层知识链接2.元器件摆放的规则一般情况下,PCB中器件会按照原理图中元器件的相对位置进行摆放,在摆放时需要遵守以下规则:(1)需要插接线缆的接口元器件一般放到电路板外侧,并且接线的一面朝外(如本项目中的USB接口)。(2)为了缩短PCB布线的距离,一般元器件遵守就近原则。(3)为了美观,一般建议将元器件排列整齐。(4)一般优先摆放核心器件与重要功能单元,在此基础上再按先难后易、先大后小的逻辑顺序补充其他器件。(5)单面板布局时尽量减少导线交叉;双面板/多层板优先通过换层优化走线,减少长导线与串扰。(6)按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化摆放元器件。(7)发热元件一般应均匀分布摆放,以利于单板和整机的散热,除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。(8)去偶电容的布局要尽量靠近芯片的电源管脚,并使之与电源和地之间形成的回路最短。知识链接3.PCB布线规则在进行布线的时候,应当遵循以下规则:(1)电源走线线宽>地走线线宽>信号走线线宽。线宽与所能承受电流的关系应参考IPC-2152标准。(2)对于信号线走线,总的连线尽可能短,关键信号线最短;一般优先走模拟小信号、高速信号、高频信号、时钟信号,其次再走数字信号。高电压、大电流信号与小电流,低电压的弱信号最好完全分开;高频信号与低频信号分开。(3)晶振周围尽量保护空旷,尤其底部禁止走线,且应远离板上的电源部分,以防止电源和时钟相互干扰。(4)避免直角走线、锐角走线,因为直角、锐角走线会使得传输线的线宽产生变化,造成其阻抗的不连续。(5)对于模拟信号和数字信号应尽量分块布线,不宜交叉或混在一起,对于其模拟地和数字地也采用单点连接的方式处理,来保证接地的分区不分割。知识链接3.PCB布线规则(6)地线回路环路保持最小,即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小。(7)为了减少线间串扰,应保证线间距足够大,当线中心间距不少于3倍线宽时,则可保持70%的电场不互相干扰,称为3W规则。如要达到98%的电场不互相干扰,可使用10W的间距。(8)信号线的长度避免为关键频率的四分之一波长的奇数倍,否则此信号线会产生谐振,谐振时信号线会产生较强的辐射干扰。(9)信号走线禁止走成环形,其环形容易形成环形天线,产生较强的辐射干扰。(10)对于天线ANT端走线应尽量短而直,其阻抗也应通过SI9000去计算。(11)铺铜时,对焊盘引脚应采用十字焊盘,不宜采用实心焊盘铺铜,这样在生产时候,器件容易“立碑”。除了遵循上面一般规则之外,还可以通过嘉立创EDA软件来查看走线的相关规则,也可以手动添加新的规则,或者修改规则。知识链接4.PCB泪滴PCB泪滴是一种在焊盘或通孔与走线连接处添加的额外铜层结构,形状通常为直线或弧形。图4普通和泪滴PCB焊盘知识链接5.PCB铺铜PCB铺铜是指用铜填充PCB上无布线区域的闲置空间,这一做法能有效降低地线阻抗、提高抗干扰能力,同时对提升PCB的工艺稳定性、结构稳定性、散热性能及机械强度也有较大帮助。任务实施步骤1:确认所有元器件封装步骤2:将原理图导入到PCB步骤3:放置板框步骤4:调整元器件位置步骤5:PCB自动布线备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分步骤6:穿孔双层布线步骤7:添加泪滴步骤8:丝印管理步骤9:铺铜步骤10:PCB的DRC检查步骤11:2D和3D效果展示工作任务2模块PCB设计及绘制工作任务3模块的设计优化03工作任务3模块的设计优化知识链接在电子产品电路设计过程中,由于设计存在不合理、缺陷、错误,或需要新增功能等情况,设计者通常需要不停地迭代优化电路原理图。本任务要求在原有模块电路中新增一项开关功能和4个安装孔,最后在PCB设计中加入缝合孔。知识链接缝合孔

PCB缝合孔是PCB设计中常用的一种技术,其原理是在PCB的不同层之间钻出小孔,层上的较大铜区域连接在一起并用铜填充这些孔的内层,从而将不同层上的较大铜区域连接在一起。图5顶层和底层之间的缝合孔知识链接缝合孔为实现PCB顶层和底层的良好连接,可在PCB中放置一些缝合孔。过孔缝合是一种将不同层上面积较大的铜区域连接在一起的技术,它能通过电路板结构形成牢固的垂直连接,有助于保持低阻抗并缩短返回环路。同时,通孔缝合也可用于将可能与目标网络隔离的铜区域连接到该网络。为PCB添加缝合孔是非常必要的,它在印刷电路板中具有多方面的重要作用,具体如下:

（1）提升PCB的电流承载能力；（2）提高热传递；

(3)提高信号完整性；

(4)改善EMI/EMC；

(5)连接接地；工作任务3模块的设计优化任务实施步骤1:添加新元件步骤2:更新PCB

步骤3:添加缝合孔备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分四项目自动循迹避障小车的设计与制作智能产品开发团队电子产品设计与制作项目教程——基于嘉立创EDA010302工作任务1小车电路原理图设计及绘制工作任务3小车PCB元器件下单工作任务2小车PCB设计及绘制目录04工作任务4小车组装及调试学习内容与学习目标素养目标1.突破传统思路，创新优化异形PCB结构与电路，增强项目实用与创新2.统筹项目各环节进度与资源，保障项目高质落地，锤炼执行力与责任心3.严守操作环节细节，秉持精益求精理念，养成严谨细致的职业素养主要学习和训练内容1.自动循迹避障小车数模电原理2.基于嘉立创EDA的异形PCB的绘制3.PCB打样与元器件选型、采购、下单全流程4.高精度元器件焊接和小车功能调试知识目标1.掌握循迹避障小车电路原理与调试参数调节方法2.熟练使用嘉立创EDA，精通异形PCB设计全流程3.掌握元器件焊接工艺、工具使用及焊点质量判定能力目标1.熟练使用嘉立创EDA完成异形PCB设计，严格遵循工程规范2.独立负责项目全流程，高效推进落地实施3.快速排查各类问题，可完成小车调试优化，保障设备稳定运行工作任务1小车电路原理图设计及绘制01工作任务1小车电路原理图设计及绘制任务描述本任务要求基于红外传感器,使用模拟和数字电路技术设计和绘制一个具备自动循迹和避障功能的小车电路原理图,小车可以通过开关切换循迹和避障功能。知识链接1.原理图设计思路本任务中,避障功能由LM393比较器电路与红外对管组成的模拟电路实现;而循迹功能则通过74HC00N与非门和红外对管构成的数字电路完成。图1自动循迹、避障小车原理图知识链接2.模拟信号避障电路原理2.模拟信号避障电路原理模拟信号避障电路主要由两对红外发射管和红外接收管组成,分别安装在车前两侧。

(1)当车运行时,前方没有障碍物,红外发射信号不会被接收,接收管截止,LM393比较器同向输入端为电池电压,电压大于反相输入端,此时LM393比较器输出高电平,控制车辆向前运行。

(2)当车前方有障碍物时,红外发射信号被接收管接收,接收管通,LM393比较器同向输入端为低电平,电压小于反相输入端,此时LM393比较器输出低电平,对应车轮停止运行,从而实现转向避障功能。知识链接3.数字信号循迹电路3.数字信号循迹电路数字信号循迹电路包括两部分电路:红外检测电路和74HC00N与非门电路。小车循迹是靠红外检测电路来实现的,小车在运动过程中,会出现以下两种情况:

第一种:红外检测电路一侧为黑线,另一侧为白纸(需要转弯)。第二种:红外检测电路两边都是白纸(直行)。引脚符号功能引脚符号功能11A数据输入83Y数据输出21B数据输入93A数据输入31Y数据输出103B数据输入42A数据输入114Y数据输出52B数据输入124A数据输入62Y数据输出134B数据输入7GND系统地14Vcc电源端输入输出nAnBnYLLHLHHHLHHHL表4-174HC00N管脚定义表4-2真值表知识链接3.数字信号循迹电路

(1)当小车开始运动碰到白纸时,红外光发生反射,被接收管接收,接收管导通,输出端输出低电平;碰到黑线时红外光被吸收,接收管截止,输出端输出高电平。接收管的输出端分别与74HC00N输入端相连。

(2)74HC00N是与非门,当输出端输出高电平(碰到黑线),通过真值表可以知道,对应1Y/2Y管脚输出低电平,3Y/4Y管脚输出高电平;(3)此时,3Y/4Y输出的高电平会流经电机三极管,控制三极管导通,电机旋转;

车辆在地图路线上不断地碰到黑线和白线,从而不断地导通和截止三极管,实现绕黑线轨道巡线功能。工作任务1小车电路原理图设计及绘制任务实施步骤1:新建原理图步骤2:原理图模板设置步骤3:器件放置和电路原理图绘制步骤4:检查封装是否完整步骤5:原理图DRC检查步骤6:导出物料清单备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务2小车PCB设计及绘制02工作任务2小车PCB设计及绘制任务描述本任务要求在自动循迹避障小车原理图的基础上,按照PCB布局布线规则在嘉立创EDA中设计和绘制小车PCB。知识链接1.PCB布局原则PCB布局是PCB设计中的关键环节,良好的布局能提高电路性能、降低干扰并便于生产制造。以下是PCB布局应遵循的一些主要原则:(1)整体布局原则考虑整体结构与功能:根据产品的机械结构和电气功能要求,确定PCB的外形尺寸和各功能模块的大致位置。遵循信号流向:一般按照信号的流向顺序进行布局,使信号从输入到输出保持清晰的路径,减少信号的迂回和交叉。注意散热问题:对于发热量大的元器件,如功率电阻、大功率芯片等,要合理安排位置,确保热量能够有效地散发出去知识链接1.PCB布局原则

(2)元器件布局原则间距合理:元器件之间应保持适当的间距,既要避免间距过小导致焊接时出现短路等问题,又要防止间距过大浪费PCB空间。功能集中:无源元件应与对应功能模块的有源元件(如芯片)集中放置。便于焊接与维修:布局时要考虑到生产过程中的焊接工艺和后续的维修便利性。(3)特殊元件布局原则敏感元件与干扰源隔离:对于对电磁干扰(EMI)敏感的元件,如高频时钟电路、模拟信号输入端等,要与可能产生干扰的元件,如开关电源、功率放大器等保持一定的距离。高速元件布局:对于高速信号传输的元件,要尽量缩短其与相关元件之间的连线长度,减少信号传输延迟和反射。大电流元件:像电源模块中的大电流电感、电源开关等元件,要考虑其电流路径和压降问题。知识链接2.PCB布局方法PCB布局方法需要综合考虑电路功能、信号特性、电磁兼容性等多方面因素,以下是一些常见的PCB布局方法：

(1)基于功能模块的布局方法划分功能区域:首先根据电路的功能结构,将其划分为不同的功能模块,如电源模块、CPU模块、通信模块、存储模块等。确定模块连接关系:分析各个功能模块之间的信号流向和连接关系,按照信号传输的顺序和逻辑,合理安排各功能模块在PCB上的位置。

(2)基于信号类型的布局方法分离模拟信号与数字信号:由于模拟信号和数字信号的特性不同,容易相互干扰,因此要将模拟电路部分和数字电路部分进行分离布局。高速信号优先布局:对于高速信号,如高频时钟信号、高速数据传输线等,要优先考虑其布局。知识链接2.PCB布局方法(3)基于电磁兼容性(EMC)的布局方法合理布置接地与电源:良好的接地和电源布局是提高EMC性能的关键。控制干扰源与敏感元件:对容易产生电磁干扰的元件,如开关电源、晶振、继电器等,要将它们放置在远离敏感元件的位置。(4)基于布线便利性的布局方法预留布线空间:在布局时要充分考虑到后续布线的需求,为布线预留足够的空间。优化引脚方向与排列:对于多引脚的元器件,如集成电路芯片等,要合理调整其引脚方向和排列方式,使其引脚便于与其他元件连接和布线。知识链接2.PCB布局方法

(5)基于自动布局与手动调整结合的方法使用自动布局工具:利用PCB设计软件中的自动布局功能,让软件根据预设的规则和算法对元器件进行初步布局。手动精细调整:在自动布局的基础上,进行手动调整。根据实际的设计需求和经验,对元器件的位置进行精细调整,优化布局方案。工作任务2小车PCB设计及绘制任务实施步骤1:创建PCB

步骤2:PCB板框设计步骤3:元器件布局步骤4:布线步骤5:PCB后期处理备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务3小车PCB元器件下单03工作任务3小车PCB元器件下单任务描述本任务要求在基于前序已完成的自动循迹避障小车原理图与PCB版图的设计与绘制基础上,完成小车制作所需PCB及元器件的下单。知识链接1.嘉立创EDA便利的下单方式一键下单:嘉立创EDA支持一键下单功能,可直接跳转至下单页面,自动上传文件,无需手动导出和上传,减少操作步骤,提高下单效率。文件自动转换:若选择嘉立创的Layout服务,工程师可将其他格式文件人工转化为嘉立创EDA格式,设计完成后输出含有完整的源文件与生产制造文件,用户可直接在订单列表中“一键下单”完成PCB或SMT生产,减少文件出错概率。移动端支持:可通过APP或小程序查看Layout进度,后续还将支持移动端下单Layout服务,方便用户随时随地了解项目进展并进行相关操作。知识链接2.免费打样在PCB下单之前,可以领取嘉立创每月2次的免费优惠券,领取方式如下:(1)网页领取:/newOrder/#/collectCoupons(2)下载下单助手后领取优惠券,下单助手下载网址:/portal/appDownloadsWithConfig.html工作任务3小车PCB元器件下单任务实施步骤1:PCB下单步骤2:元器件下单备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务4小车组装及调试04工作任务4小车组装及调试任务描述本任务要求完成小车PCB元件焊接及电机、电池等部件装配,通过可调电阻调试避障和循迹红外传感器灵敏度,实现小车避障循迹双模式功能验证。知识链接1.焊接工艺规范PCBA(PrintedCircuitBoardAssembly)加工工艺是将电子元器件组装到印刷电路板上,形成具有特定功能的电子模块的过程。在电子产品制作中,手工焊接是常用的PCBA组装技术,掌握其要领对于确保焊接质量至关重要。在PCBA加工领域,主要有插件元件与贴片元件两种常用的电子元件。焊接元件的顺序应遵循先低后高、先小后大、先耐热后敏感的原则。在焊接过程中,需要注意以下几点:首先,保持焊接部位的清洁,避免杂质影响焊接效果;其次,掌握适当的焊接温度和时间,以确保焊点牢固;此外,还需规范操作手法,确保焊接的精准度。通过遵循这些要领,可以有效地提高手工焊接的质量和效率。知识链接2.焊接质量技术要求

焊点的质量直接影响到电子产品的性能和寿命。因此,要求焊点电气接触良好、机械结合牢固和美观三个方面。焊接质量的主要技术要求如下:①焊点须牢固,能承受规定机械应力,无开裂或脱落;②杜绝虚焊、假焊、漏焊;③焊点间无搭焊、碰焊、桥连及溅锡;④焊点表面应光滑,无毛刺、空隙、沙眼或气孔;⑤焊点呈现均匀且亮丽的光泽;⑥保持焊点表面的整洁,无焊剂残留;⑦合理控制焊料用量,既不过多也不过少;⑧精准掌握焊接温度,防止元件热损伤或铜箔剥离。知识链接3.调试核心原理

本项目中的自动避障循迹小车通过档位开关和可调电阻R11、R15、R17、R18实现相应功能,通过电路原理分析,通过R11、R15电阻可以调节比较器阈值电压,从而控制红外传感器探头的避障距离;通过R17、R18可以调节红外循迹传感器的灵敏度,从而适应不同反光率赛道,实现可靠流畅的循迹。工作任务4小车组装及调试任务实施步骤1:PCB焊接与质检步骤2:机械部件装配步骤3:功能调试备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分五项目单片机最小系统板的设计与制作智能产品开发团队电子产品设计与制作项目教程——基于嘉立创EDA010302工作任务1认识元器件封装工作任务3利用向导完成STM32单片机器件绘制工作任务2电阻元件符号及封装绘制目录04工作任务4利用个人库绘制单片机最小系统板学习内容与学习目标素养目标1.培养电路设计的规范意识，确保符号与封装绘制符合行业标准2.提升系统思维，能统筹单片机最小系统各部分的关联与布局3.增强工具应用素养，熟练运用嘉立创EDA高效完成设计任务4.形成问题解决素养，在原理图与PCB绘制中能排查并处理技术问题主要学习和训练内容1.不同元件的封装分类以及不同封装的特点2.绘制电阻的符号以及封装3.通过嘉立创EDA向导完成单片机符号以及封装绘制4.单片机最小系统板原理图和PCB的绘制知识目标1.掌握元件封装的分类标准及各类封装的核心特点2.掌握电阻符号绘制规范、封装绘制要素及符号与封装的对应逻辑3.掌握嘉立创EDA绘制单片机符号的规范、封装设计要点及绘制流程4.掌握单片机最小系统组成，并进一步掌握原理图绘制规范、PCB布局布线原则及原理图到PCB的转化流程能力目标1.能正确分类元件封装，并依据其特点在电路设计过程中选用合适封装2.能按规范绘制电阻符号与封装，清晰梳理两者对应关系3.能运用嘉立创EDA向导，按规范完成单片机符号及封装绘制4.能设计单片机最小系统原理图与PCB，遵循布局布线原则并完成转化工作任务1认识元器件封装01工作任务1认识元器件封装任务描述封装是元器件在PCB上的物理体现,是连接原理图符号与实物之间的桥梁。本任务要求通过实物观察、卡尺测量、数据手册查阅与嘉立创EDA封装库调用对比等方法,直观认知单片机最小系统板中核心元器件的常见封装类型,并记录关键数据,建立正确的封装概念。知识链接1.元件封装和封装技术元件封装(Footprint)或称为元件外形名称,是电子元件在电路板上的物理结构,即元件的外形和引脚布局。元件封装起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用。同时,通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接,从而实现内部芯片与外部电路的连接。图1芯片封装效果图知识链接1.元件封装和封装技术封装技术的好坏还直接影响到元件自身性能的发挥和与之连接的PCB的设计和制造,因此它是至关重要的。衡量一个元件封装技术先进与否的重要指标是元件面积与封装面积之比,这个比值越接近1∶1越好。封装时主要考虑的因素:(1)为提高封装效率,元件面积与封装面积之比尽量接近1∶1;(2)引脚要尽量短以减少延迟,也能降低寄生参数;(3)引脚间的距离尽量远,以保证互不干扰,提高性能;(4)基于散热的要求,封装越薄越好。知识链接2.元器件封装类型元件的封装类型繁多,主要分为通孔插装元件(THT)和表面贴装器件(SMD)两大类。封装技术的发展历程可概括如下:结构方面:TO→DIP→PLCC→QFP→BGA→CSP;材料方面:金属、陶瓷→陶瓷、塑料→塑料;引脚形状:长引线直插→短引线/无引线贴装→球状凸点;装配方式:通孔插装→表面组装→直接安装知识链接2.元器件封装类型第一种:TO(TransisitorOutline)封装最早的封装类型,TO代表的是晶体管外壳,TO封装现在仍然是常用的封装。图2TO封装晶体管还有贴片的SOT类型,SOT-23是常用的三极管封装形式。图3SOT-23封装知识链接2.元器件封装类型第二种:DIP(DoubleIn-linePackage)封装

DIP,即双列直插式封装,早期的51单片机经常用的就是这类封装。这类封装的芯片面积大,非常好焊接,适合初学者使用。图4DIP封装知识链接2.元器件封装类型第三种:SOP(SmallOutlinePackage)封装

SOP,即小外形封装,基本采用塑料封装。引脚从封装两侧引出呈L字形。SOP封装在封装芯片的周围做出很多引脚,封装操作方便,可靠性比较高,是目前的主流封装方式之一。图5SOP封装知识链接2.元器件封装类型第四种:QFP(QuadFlatPackage)封装

QFP,即小型方块平面封装,。该封装的显著特点是在芯片四周布置海鸥翼(L)型的引脚,并从四个侧面引出。这种独特的引脚布局使得QFP封装在外观上非常容易识别。在QFP的基础上发展起来的还有TQFP(ThinQuadFlatPackage)封装、PQFP(PlasticQuadFlatPackage)封装、TSOP(ThinSmallOutlinePackage)封装等等。图6QFP封装知识链接2.元器件封装类型第五种:PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)封装

PLCC,即塑料有引线芯片载体,封装采用正方形外形,四周均匀分布有J形引脚,其外形尺寸相较于DIP封装显著减小。该封装适用于SMT表面贴装技术,可高密度地实现在PCB上的安装与布线,具有尺寸小、可靠性高的优点。与QFP封装的海鸥翼形外侧引脚不同,PLCC的引脚向内弯曲呈钩状,机械强度更高,更不易发生变形。图7PLCC封装知识链接2.元器件封装类型第六种:BGA(BallGridArrayPackage)封装

BGA,即球栅阵列封装,如图5-8所示,与TSOP封装相比,具有体积更小,散热性更好和电性能更优的特点。该封装技术显著提高了单位面积内的存储容量——在相同容量下,BGA封装的内存体积仅为TSOP封装的三分之一。此外,BGA还提供了更为高效的热管理途径。不过,BGA封装的焊接难度也远高于传统TSOP封装方式图8BGA封装知识链接2.元器件封装类型第七种:CSP(ChipScalePackage)封装

CSP封装是一种先进的芯片封装技术,其芯片面积与封装面积之比超过1∶1.14,几乎达到了理想的1∶1状态,被业界评为单芯片封装的最高实现形式。

CSP衍生出的封装有CSPBGA(球栅阵列)、LFCSP(引脚架构)、LGA(栅格阵列)、WLCSP(晶圆级)等。图9CSPBGA封装工作任务1认识元器件封装任务实施步骤1:实物观察与感知步骤2:关键参数测量步骤3:数据手册查阅与验证步骤4:嘉立创EDA封装库调用与比对步骤5:归纳总结与错误案例分析备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务2电阻元件符号及封装绘制02工作任务2电阻元件符号及封装绘制任务描述本任务要求遵循电子元件符号绘制规范与封装设计规范,以电路设计中最基础的0603贴片电阻为对象,独立创建该电阻的原理图符号及其对应的PCB封装,并加入到个人元件库中。知识链接1.嘉立创EDA器件库介绍嘉立创EDA专业版创建器件的逻辑顺序为:器件=符号+封装+3D模型。在此前项目中均采用嘉立创EDA内置器件库中丰富的元件资源来进行原理图和PCB的设计。虽然嘉立创EDA提供了非常丰富的元件库,但掌握元器件符号与封装的绘制技能,仍是电子工程师的核心素养。符号是元器件在原理图上的表现形式,它表示了器件的管脚及信号定义,元器件的符号不反应器件的实际大小以及管脚排列方式。元器件封装是用于绘制PCB的,它表示了器件的尺寸结构、安装方式、管脚排列方式等。元器件的封装反映出元器件在PCB中的实际形状和大小。3D模型一般用专业的3D软件创建,然后导入到嘉立创EDA即可,本教材中不讲解3D模型的创建,请读者自行学习。符号、封装和3D模型都创建好后,还需要将它们绑定起来,从而形成一个可以用于设计的器件。知识链接2.常见位号标注符号封装位号标注符号作为电子设计的标准化标识体系,意义主要体现在三方面:

首先,构建元器件“身份系统”——以标准化字母前缀(如R、C、U)按国际标准划分元件类型,搭配数字序号确保同一电路中元件的唯一性,形成清晰的类别与个体标识。其次,充当跨环节“数据纽带”——在原理图中关联符号与参数,在PCB布局中指引装配位置,在BOM中匹配型号与位置,保障从设计到制造全流程的一致性。最后,作为工程实践“效率工具”——助力快速定位故障元件以缩短调试维修周期,在复杂场景中通过位号追溯对应关系,同时降低团队协作成本,是电子工程标准化运作的重要基石知识链接3.常见贴片电阻封装尺寸在选用器件的封装时,首先就要根据电性能选择合适的封装,每种元件也会因为不同封装可以承受的电压等级、功率等级不同。贴片电阻的封装尺寸是标准的,常见的贴片电阻封装有9种,一般用尺码来表示,一种尺寸代码是由4位数字表示的代码,前两位和后两位分别表示电阻的长与宽,以英寸(inch)为单位,如我们常说的0603表示的就是长为0.06inch,宽为0.03inch。英制(inch)公制(mm)长(L)(mm)宽(W)(mm)高(t)(mm)焊盘长(mm)焊盘宽(mm)020106030.60±0.050.30±0.050.23±0.050.10±0.050.15±0.05040210051.00±0.100.50±0.100.30±0.100.20±0.100.25±0.10060316081.60±0.150.80±0.150.40±0.100.30±0.200.30±0.20080520122.00±0.201.25±0.150.50±0.100.40±0.200.40±0.20120632163.20±0.201.60±0.150.55±0.100.50±0.200.50±0.20121032253.20±0.202.50±0.200.55±0.100.50±0.200.50±0.20181248324.50±0.203.20±0.200.55±0.100.50±0.200.50±0.20201050255.00±0.202.50±0.200.55±0.100.60±0.200.60±0.20251264326.40±0.203.20±0.200.55±0.100.60±0.200.60±0.20表1常见贴片电阻封装尺寸工作任务2电阻元件符号及封装绘制任务实施步骤1:新建元件库步骤2:新建R_0603电阻符号步骤3:新建R_0603电阻封装步骤4:关联电阻符号和封装备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务3利用向导完成STM32单片机器件绘制03工作任务3利用向导完成STM32单片机器件绘制任务描述本任务要求从STM32单片机数据手册(Datasheet)中提取关键元件参数信息,利用嘉立创EDA向导功能高效、准确地创建STM32G030K6T6器件的原理图元件符号与封装。知识链接

STM32G030K6T6是意法半导体推出的一款高性能单片机,基于ArmCortex-M0+32位RISC内核构建,工作频率高达64MHz。该芯片集成度高,广泛应用于消费电子、工业控制和家电领域,且可满足各种物联网(IoT)解决方案的需求。工作环境温度范围为-40~85℃,供电电压范围为2.0~3.6V。优化的动态功耗与全面的省电模式相结合,使其能够高效支持低功耗应用设计。该系列单片机提供从8至48引脚等多种封装选项供设计者选用。知识链接创建STM32G030K6T6器件的原理图元件符号与封装

STM32G030K6T6是意法半导体推出的一款高性能单片机,基于ArmCortex-M0+32位RISC内核构建,工作频率高达64MHz。该芯片集成度高,广泛应用于消费电子、工业控制和家电领域,且可满足各种物联网(IoT)解决方案的需求。工作环境温度范围为-40~85℃,供电电压范围为2.0~3.6V。优化的动态功耗与全面的省电模式相结合,使其能够高效支持低功耗应用设计。该系列单片机提供从8至48引脚等多种封装选项供设计者选用。知识链接创建STM32G030K6T6器件的原理图元件符号与封装

STM32G030K6T6采用LQFP32封装,有32个引脚。图10STM32G030K6T6焊盘尺寸图图11STM32G030K6T6引脚定义工作任务3利用向导完成STM32单片机器件绘制任务实施步骤1:向导完成STM32G030K6T6单片机符号步骤2:向导完成STM32G030K6T6单片机封装备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务4利用个人库绘制单片机最小系统板04工作任务4利用个人库绘制单片机最小系统板任务描述本任务要求使用在工作任务2和工作任务3中自主创建的个人元件库(R_0603、STM32G030K6T6),在嘉立创EDA中完整绘制STM32单片机最小系统板的原理图和PCB,并进行PCB和SMT下单,最后在面包板上完成最小系统板基本输入输出功能的验证测试。知识链接1.单片机最小系统单片机最小系统是指能使单片机正常工作所必需的最基本电路组成,是任何STM32应用项目的硬件基石。它通常包含以下四个核心模块:(1)电源电路

(2)复位电路

(3)时钟电路

(4)程序下载与调试接口知识链接2.最小系统板PCB布局的核心原则2.最小系统板PCB布局的核心原则布局决定了最小系统板电路的性能和抗干扰能力,应遵循以下优先级顺序:(1)核心优先:首先放置主控芯片STM32,将其放置在板框中心或略偏位置。

(2)“时钟优先,信号流”原则:放置好主控芯片后,紧接着放置晶振,且必须靠近芯片的对应时钟引脚,走线最短,并包地处理。其他元件按信号流向依次放置,形成清晰、流畅的路径。

(3)模块化布局:将功能相关的元件(如复位电路的按键、电阻、电容)集中放置,减少环路面积。

(4)接口器件靠边:将电源输入接口、调试口、IO排针等需要频繁插拔的元件放置在板边,方便操作。知识链接3.最小系统板PCB布线的核心规范最小系统板布线是将逻辑连接转化为PCB物理实现的过程,需严格遵守设计规则:(1)线宽与电流承载:最小系统板普通信号线可采用8~10mil(0.2~0.25mm)线宽。电源线需根据电流大小加粗,3.3V电源主线建议12~20mil(0.3~0.5mm)。地线(GND)通常通过铺铜实现,是最宽的“线”。(2)避免锐角与直角:与PCB布线通用规则相同,最小系统板布线转角应使用45°角或圆弧,避免90°直角,以防在高频条件下产生电磁辐射和阻抗突变。(3)地平面与铺铜:在PCB的顶层和底层未布线区域进行接地铺铜,可以显著提高最小系统板抗干扰能力、减小信号回流路径、增强电源稳定性。铺铜时需注意与导线、焊盘保持足够间距(如8~10mil)。(4)关键信号线处理:晶振走线:尽可能短、粗,且其下方各层尽量避免走其他信号线。电源线:先经过滤波电容再进入芯片电源引脚,形成“输入→电容→芯片→地”的最小环路。工作任务4利用个人库绘制单片机最小系统板任务实施步骤1:STM32G030K6T6单片机最小系统板原理图绘制步骤2:STM32G030K6T6单片机最小系统板PCB绘制步骤3:PCB、SMT下单步骤4:最小系统板测试备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分图12最小系统板功能测试六项目USB转RJ45网口适配器的设计与制作智能产品开发团队电子产品设计与制作项目教程——基于嘉立创EDA010302工作任务1适配器电路原理图设计与绘制工作任务3适配器外壳设计工作任务2适配器PCB的设计与绘制目录04工作任务4适配器面板设计05工作任务5适配器外壳及面板下单学习内容与学习目标素养目标1.培养多层板设计中的系统思维与细节把控素养​2.形成差分对线布线的严谨性与规范性素养​3.提升外壳设计的创新意识与工程实践素养​4.养成面板设计的用户导向与美学融合素养主要学习和训练内容1.多层板管理2.差分对布线3.外壳设计4.面板设计知识目标1.掌握多层板结构的设计及管理方法2.学会差分对线的布线规则和实施技巧3.理解外壳设计的原则、流程及关键要素4.掌握面板设计的规范、布局及实现方式能力目标1.能独立完成多层板的设计与管理操作​2.可熟练进行差分对线的布线实践​3.具备外壳设计方案的落地执行能力​4.能高效完成符合规范的面板设计工作任务1适配器电路原理图设计与绘制01工作任务1适配器电路原理图设计与绘制任务描述本任务要求深入研究USBType-C接口的配置方法、RJ45以太网接口电路,以及网络控制器的作用与连接方式,并基于RealtekRTL8152BUSB转以太网控制器芯片完成适配器核心电路原理图的设计与绘制。知识链接

1.适配器组成及原理USB转有线以太网网口适配器的核心原理是通过一系列硬件组件的协同工作,将USB接口的串行数据转换为以太网的网络数据,实现设备与有线网络的连接。各组件作用及整体流程如下:(1)Type-C接口:作为与主机(如电脑)连接的物理接口,负责接收主机的供电和USB数据信号传输。

(2)以太网控制器:这是核心转换部件,内置专用芯片和协议栈。

(3)RJ45连接器:作为与有线网络(如网线、交换机)连接的物理接口,负责传输以太网控制器转换后的电信号(差分信号),实现与外部网络的物理层连接。

(4)闪存芯片:通常存储以太网控制器的固件(Firmware),包含设备驱动程序、协议转换逻辑等。所以,本项目中设计的USB转RJ45网口适配器的整体工作流程如下:主机通过Type-C接口发送数据→以太网控制器接收并转换为以太网帧→经RJ45连接器传输到外部网络;

反之,外部网络数据经RJ45进入→以太网控制器转换为USB格式→通过Type-C接口传输给主机,从而实现有线网络连接功能。知识链接2.RTL8152B以太网控制器RTL8152B系列以太网芯片是瑞昱半导体(Realtek)推出的USB转以太网控制器芯片,主要用于为设备提供快速有效的有线网络连接能力。本项目中选用的具体型号为RTL8152B-VB-CG,该芯片支持USB2.0,并具备10M/100Mbps网络通信速度,结合了符合IEEE802.3u标准的媒体访问控制器(MAC)、USB总线控制器和嵌入式内存。

RTL8152B-VB-CG以太网控制器芯片目前已广泛应用于各种计算机设备和嵌入式系统中,例如台式机、笔记本电脑、平板电脑、智能电视、游戏机和工业控制设备等。工作任务1适配器电路原理图设计与绘制任务实施步骤1:芯片资料获取与关键信息提炼步骤2:设计并绘制适配器电路原理图步骤3:设计检查与整理备注：具体操作步骤及内容请参考教材任务实施部分工作任务2适配器PCB的设计与绘制02工作任务2适配器PCB的设计与绘制任务描述本任务要求遵循四层板的结构规划和高速差分信号的PCB设计规则,将完成的适配器原理图转化为可投入生产的四层印制电路板(PCB)设计文件。知识链接1.多层板设计的优势PCB多层板(MultilayerPCB)是由三层及以上导电层(铜箔)与绝缘层交替压合而成的电路板,相比单层板、双层板,具有更复杂的结构和更优的性能,广泛应用于高密度、高性能电子设备中。其核心特点如下:(1)高密度布线,节省空间

(2)优化信号完整性

(3)提升电源稳定性

(4)增强机械强度与可靠性

(5)支持复杂功能集成