《立创EDA电路设计与制作项目化教程》高职全套教学课件

项目1初始印制电路板设计与EDA软件项目1初识印制电路板设计与EDA软件项目2循环彩灯电路的设计与制作项目3直流稳压电源电路的设计与制作项目4简易电子琴电路的设计与制作项目5LM358呼吸灯电路的设计与制作项目651单片机核心板电路的设计与制作全套可编辑PPT课件项目1初始印制电路板设计与EDA软件

印制电路板是电子工业的重要部件之一。小到电子手表、计算器，大到计算机、通信电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子元件，都要使用印制电路路板使各个元件之间的电气互连。印制电路板由绝缘基材、铜箔层、导电图形组成，具有导电线路和绝缘底板的双重作用。它可以代替复杂的布线，实现电路中各个元件之间的电气连接。这不仅简化了电子产品的装配、焊接工作，减少了传统方式下的接线工作量，大大降低了工人的劳动强度，而且缩小了整机体积，降低了产品成本，提高了电子设备的质量和可靠性。印制电路板具有良好的产品一致性，它可以采用标准化设计，这有利于在生产过程中实现机械化和自动化。同时，经过装配、调试的整块印制电路板可以作为一个独立的备件使用，便于整机产品的互换与维修。目前，印制电路板已经广泛应用在电子产品的生产制造中。【项目导入】

本项目主要介绍印制电路板的设计流程，嘉立创EDA（标准版）软件的安装、激活、卸载，该软件的基本界面，以及嘉立创EDA工程及相关文件的创建等。本项目将引导读者了解电路设计的大体流程和国产EDA（ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化）电子线路设计软件，以便为后续的电子线路设计工作奠定基础。【项目导入】项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目目标】1．知识目标（1）掌握印制电路板的基础知识及设计流程。（2）了解嘉立创EDA（标准版）软件的发展及新版本特点。（3）熟悉嘉立创EDA（标准版）软件的文件管理系统。（4）了解嘉立创EDA（标准版）软件标准版电路仿真知识。项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目目标】2．能力目标（1）掌握嘉立创EDA（标准版）软件的安装、激活与卸载。（2）能够正确地打开、关闭嘉立创EDA（标准版）软件的各个工作面板。（3）熟练完成嘉立创EDA工程及相关文件的创建。（4）能够使用嘉立创EDA（标准版）软件完成电路仿真。项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目目标】3．素质目标（1）具有正确的世界观、人生观、价值观。（2）具备良好的职业道德和职业习惯，具备良好的职业规范。（3）具备爱岗敬业、精益求精、专心致志、不断创新的工匠精神。（4）养成脚踏实地、稳扎稳打的工作作风。（5）具有团队合作和敬业奉献的精神。（6）通过理实一体化的教学使学生获得较强的实践动手能力。（7）通过国产软件的使用，增强学生的爱国意识，激发学生的爱国情怀。项目1初始印制电路板设计与EDA软件

本任务介绍印制电路板的设计流程，并对印制电路板的相关术语进行介绍，要求读者能够说明相关术语及PCB设计流程。任务1.1印制电路板的设计流程

【1.1.1任务描述】项目1初始印制电路板设计与EDA软件

（1）掌握印制电路板的定义、功能。（2）了解印制电路板的组成。（3）了解常用的EDA软件。（4）了解印制电路板的设计流程。【1.1.2任务目标】任务1.1印制电路板的设计流程

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1．印制电路板的定义1）印制电路板的由来印制电路板（PrintedCircuitBoard，PCB）又称印刷线路板，是重要的电子部件。是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。PCB上通常有一系列的芯片、电阻、电容、二极管、三极管等元件，它们先通过PCB上的导线连接成电路，再通过连接器或者插槽进行信号的输入或输出，从而实现一定的功能。PCB的主要功能是为元件提供电气连接，为整个电路提供I/O端口及显示。电气连通性是PCB最重要的特性。【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

项目1初始印制电路板设计与EDA软件

1．印制电路板的定义1）印制电路板的由来印制电路板（PrintedCircuitBoard，PCB）又称印刷线路板，是重要的电子部件。是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。PCB上通常有一系列的芯片、电阻、电容、二极管、三极管等元件，它们先通过PCB上的导线连接成电路，再通过连接器或者插槽进行信号的输入或输出，从而实现一定的功能。PCB的主要功能是为元件提供电气连接，为整个电路提供I/O端口及显示。电气连通性是PCB最重要的特性。【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

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2）PCB的基本组成一块完整的PCB应由以下3个部分组成。（1）绝缘基材：一般由酚醛树脂、环氧树脂或玻璃纤维等具有绝缘隔热的材质制成，用于支撑整个电路。（2）铜箔层：PCB的主体，在其上构成电路的电气连接关系，将铜箔层的层数定义为PCB的层数。（3）导电图形：由裸露的焊盘和被阻焊剂覆盖的铜膜电路组成。3）PCB的功能（1）为集成电路等各种电子元器件的固定、装配提供机械支撑。（2）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）。（3）提供所要求的电气特性，为自动焊接提供阻焊图形，为元件的插装、检查、维修提供识别字符和图形。【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

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4）PCB的分类‌（1）根据结构的不同，PCB可分为单面板、双面板和多层板。

①

单面板只在绝缘基材的底面敷上铜箔，在底面上蚀刻导线和焊盘，在顶面上安装元器件，其中元器件的引脚穿过绝缘基材底面的焊盘后焊接在底面（也称为焊接面）上。单面板实物图的正面及背面如图1.1所示。【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

项目1初始印制电路板设计与EDA软件

图1.1

单面板实物图的正面及背面②

双面板在绝缘基材的两面都敷上铜箔，其正面与反面都可以布线，不同工作层之间通过过孔切换连接。双面板实物图的正面及背面如图1.2所示。【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

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图1.2双面板实物图的正面及背面③

多层板是在绝缘基材上制成三层以上的PCB，通常由几层较薄的单面板或双面板粘合而成。目前技术上具备做出50层以上PCB的能力，不过当前产品大规模使用的是4～8层的PCB。多层板的抗干扰能力强，制作成本高，并且层数越多制作过程越复杂，成本也越高。多层板结构图如图1.3所示。【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

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图1.3多层板结构图（2）根据制作的材料不同，PCB可分为刚性印制板和挠性印制板。①

刚性印制板的基材材质坚硬，刚性好，固定支撑能力强。刚性印制板的基材包括酚醛纸质层压板、环氧纸质层压板、聚酯玻璃毡层压板、环氧玻璃布层压板等。②

挠性印制板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜软性材料为基材，制成的一种具有高可靠性和较高曲挠性的PCB。挠性印制板的散热性能好，具有可弯曲、可折叠、可卷绕等优点，可在三维空间随意移动和伸缩。挠性印制板的基材包括聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、氟化乙丙稀薄膜等。【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

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2．PCB中的组成PCB分层示意图如图1.4所示。（1）铜膜导线：PCB上的铜膜走线，即铜膜导线，简称导线，用于连接各个焊盘。（2）焊盘：用于放置焊锡、连接导线和元器件引脚。在选择焊盘类型时，要综合考虑元器件的形状、大小、布置形式、振动、受热情况、受力方向等因素。焊盘可分为穿透式焊盘和表贴式焊盘。穿透式焊盘穿透了所有的板层，因此中间需要有穿孔，称为内孔。插针式元器件的焊盘宜采用穿透式焊盘。穿透式焊盘大多为圆形。表贴式焊盘直接贴在PCB的表面上，是不穿孔的。表贴式焊盘一般为长条矩形。表贴式元器件宜采用表贴式焊盘。（3）过孔：用于将不同板层上需要相连的导线连接起来。过孔可分为穿透式过孔、半盲孔和盲孔。从顶层（Top）通到底层（Bottom）的过孔称为穿透式过孔；从顶层通到内层或从内层通到底层的过孔称为半盲孔；内层之间的过孔称为盲孔，也称为隐藏过孔。

【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

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（4）助焊膜和阻焊膜：用于元器件焊接，在PCB的制作过程中必不可少。助焊膜（SolderFlux）是涂于焊盘上，用于提高可焊接性能的一层膜，其尺寸比焊盘略大。阻焊膜（SolderMask）是涂覆在焊盘以外各部位上的一层涂料，用于阻止这些部位焊锡，以使PCB适应波峰焊等焊接形式。在PCB上非焊盘处的铜箔不能焊锡。这两种膜为互补关系。（5）层：PCB的铜箔层。单面板有一层铜箔层，双面板有顶层和底层两层铜箔层，多层板有多层铜箔层。（6）丝印层：为了方便电路的安装和维修，在PCB的上、下两表面印上所需要的标志图案和文字代号等。其中，顶层的丝印层称为顶层丝印层（SilkscreenTopOverlay），层面的丝印层称为底层丝印层（SilkscreenBottomOverlay）。（7）金属镀（涂）覆层：为了保护金属铜表面的可焊性和加工过程中的抗蚀层，在PCB板面镀（涂）的某种金属覆层。金属镀（涂）覆层不仅可以保证PCB表面的可焊性或抗蚀性，而且可以作为连接器与PCB的接触面，或表面安装器件与PCB的结合层。【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

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【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

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图1.4

PCB分层示意图3．常用的EDA软件通常情况下，在电子设计中有成百上千个焊盘需要连接，这使得采用手工设计和制作PCB变得不太可能。因此，各种电子设计软件应运而生。电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation，EDA）技术，是20世纪90年代初从CAD（ComputerAidedDesign，计算机辅助设计）、CAM（ComputerAidedManufacturing，计算机辅助制造）、CAT（ComputerAidedTranslation，计算机辅助测试）和CAE（ComputerAidedEngineering，计算机辅助工程）的概念发展而来的。目前，厂家使用的EDA软件有多种，常用的有澳大利亚Altium公司的AltiumDesigner软件（简称AD）、美国Cadence公司的Allegro软件、Mentor公司的PADS软件、加拿大的Multisim软件、美国的PSpice软件，以及国产的嘉立创EDA软件。【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

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4．PCB设计流程在设计PCB时，可以直接在PCB上放置元件封装，并用导线将它们连接起来。但在复杂的PCB设计中，往往涉及大量的元件和连接，工作量很大，如果没有系统的管理是很容易出错的。因此，在设计时应采用系统的流程来规划整体工作。通用的PCB设计流程包含以下四步。（1）PCB设计准备工作。（2）绘制原理图。

（3）通过网络报表将原理图导入PCB中。（4）绘制PCB并导出PCB文件，准备制作PCB。【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

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5．实施过程在前面的相关知识中介绍了PCB的设计流程，在实施过程中，需要对其进行总结。下面以趣味闪闪灯为例（如图1.5所示），做好PCB（如图1.6所示）设计的准备工作，并填写元器件情况记录表（表1.1）与趣味闪闪灯电路PCB设计流程（表1.2）。

图1.5趣味闪闪灯电路原理示意图图1.6趣味闪闪灯PCB示意图【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

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【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

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表1.1

元器件情况记录表元器件名称元器件标号元器件标注元器件个数

【1.1.3任务实施】任务1.1印制电路板的设计流程

项目1初始印制电路板设计与EDA软件

表1.2

趣味闪闪灯电路PCB设计流程步骤内容说明1

2

3456任务实施完成后，读者可以扫描二维码下载任务评价表1.3，检测自己对本任务的掌握情况。【任务评价】任务1.1印制电路板的设计流程

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本任务介绍嘉立创EDA（标准版）软件的全流程操作，包括软件的下载、安装、激活，以及软件功能、使用界面、工程创建与管理和基础设计操作等。通过本任务的学习，读者需掌握软件的完整部署与基础使用，具备独立完成工程创建、原理图设计及PCB设计的能力。【1.2.1任务描述】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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（1）完成嘉立创EDA（标准版）软件的下载、安装与激活。（2）熟悉嘉立创EDA软件的核心功能（云端操作、仿真设计、团队协作等）。（3）掌握嘉立创EDA软件的界面布局（主菜单栏、导航面板、属性面板、画布）。（4）学会工程创建与管理、原理图设计及PCB设计的基本操作。【1.2.2任务目标】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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（1．嘉立创EDA（标准版）软件版本1）标准版标准版基于SVG（ScalableVectorGraphics，可缩放矢量图形）技术，适合简单设计，在处理大尺寸PCB时，可能卡顿，其功能以修复Bug为主，新功能不再大幅更新。2）专业版专业版基于WebGL引擎，支持数万焊盘的PCB设计，规则管理更强。该版本引入“器件”的概念（符号+封装+3D模型+属性），强化库复用，支持层次图（最多500页原理图）绘制、多单板设计，适合复杂工程。【1.2.3任务实施】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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2．嘉立创EDA软件的下载、安装与激活1）下载登录嘉立创EDA官网，单击“下载客户端”按钮，根据系统类型选择对应版本（如Windows7（X64））。2）安装双击安装包，按向导提示进行操作：选择安装路径（默认C盘，可改至D盘）→勾选“创建桌面快捷方式”复选框→单击“安装”按钮，直至完成。3）激活运行嘉立创EDA软件，选择运行模式（全在线模式、半离线模式、全离线模式），如图1.7所示。【1.2.3任务实施】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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图1.7

运行模式设置重启软件后进入激活界面，在“激活客户端”对话框中，先单击“免费下载激活文件”按钮，然后复制网页中的激活码并粘贴至文本框，再单击“激活”按钮，如图1.8～图1.11所示。【1.2.3任务实施】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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图1.8

切换运行模式

图1.9

“激活客户端”对话框图1.10

复制激活文件

图1.11

激活软件2）界面布局主菜单栏：包含文件、编辑、视图等功能分组，鼠标悬停会显示菜单名称，如图1.12所示。【1.2.3任务实施】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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图1.12

主菜单栏导航面板：包含所有工程、工程设计、常用库及器件标准化，如图1.13所示。导航面板功能表如表1.4所示。【1.2.3任务实施】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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图1.13

导航面板属性面板：查看/修改画布、元件的属性（如背景色、网格样式等），如图1.14所示。画布：核心工作区域，支持原理图绘制、PCB布局及仿真操作。另外，嘉立创EDA软件界面会根据不同的编辑类型显示不同的工具栏。图1.15所示为原理图设计界面的浮动工具。【1.2.3任务实施】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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图1.14

属性面板

图1.15

原理图设计界面的浮动工具4．工程创建与管理1）创建工程先执行“文件”→“新建”→“工程”命令，再在“新建工程”对话框中设置工程名称、描述及工程路径，这时软件会自动生成原理图文件，如图1.16～图1.18所示。【1.2.3任务实施】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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图1.16

新建工程图1.17“新建工程”对话框2）管理工程右击工程文件，可进行刷新、打开全部、新建板子、新建原理图、新建PCB等操作，如图1.19所示。【1.2.3任务实施】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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图1.19工程管理菜单图1.18

自动生成原理图文件5．原理图设计与PCB设计基础1）原理图设计常用库调用：先在左侧导航面板的，“常用库”选项卡中选择器件（如电源、电阻等），再单击放置至画布，软件支持自动编号，如图1.20所示。【1.2.3任务实施】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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图1.20常用库调用云端库搜索：通过“器件/复用模块”对话框搜索立创商城器件（如“74HC595”），可直接调用原理图与封装，如图1.21所示。【1.2.3任务实施】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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图1.21在“器件/复用模块”对话框中搜索“74HC595”2）PCB设计PCB设计的布局方式包括以下3种。（1）自由布局：手动拖动元件至PCB画布。（2）交叉选择：框选原理图模块，通过执行“工具”→“交叉选择”命令，同步高亮至PCB画布。（3）布局传递：通过执行“工具”→“布局传递”命令，一键同步原理图布局至PCB画布。PCB设计的布线操作支持34层走线。在“顶面”下拉列表中选择工作层，单击眼图可隐藏/显示图层，如图1.22所示。【1.2.3任务实施】任务1.2嘉立创EDA（标准版）软件的操作

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图1.22

PCB设计常用工具任务实施完成后，读者可以扫描二维码下载任务评价表1.5，检测自己对本任务的掌握情况。。【任务评价】任务1.1印制电路板的设计流程

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【项目评价】

项目实施完成后，读者可以扫描二维码下载项目评价表1.6，检测自己对本项目的掌握情况。项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目拓展】（1）打开嘉立创EDA（标准版）软件，在绘制原理图之前，需要先对原理图设计环境进行通用设置，原理图设计规则的核心是设置电气规则，并检查提示错误的消息等级。如何对原理图设计环境进行通用设置，以及如何对原理图设计规则进行设置。原理图设计环境“设置”对话框，如图1.24所示。项目1初始印制电路板设计与EDA软件

图1.24

原理图通用设置界面【项目拓展】（1）单位设置原理图和符号页默认使用的单位，修改确认后，会应用到新打开的原理图和符号页上。其中单位分为inch英寸和mm毫米，1inch=25.4mm，1mm=0.0393701inch。也可以通过单击顶部工具栏的

或

按钮切换单位。（2）网格类型设置原理图和符号页默认的画布网格效果。网格类型分为网格、网点和无，默认为网格类型，可根据个人喜好选择。也可以通过单击顶部工具栏的按钮切换网格类型。效果图如图1.25所示。项目1初始印制电路板设计与EDA软件

图1.25

网格和网点类型效果图【项目拓展】（3）默认网格尺寸网格尺寸有0.1inch、0.05inch、0.02inch和0.01inch四种类型。在绘制元器件符号时，引脚间距建议0.1inch的网格尺寸；在绘制原理图时，放置元器件和连接导线也建议使用0.1inch的网格尺寸，可以避免导线与元器件未连接上的情况出现，以确保原理图的正确性。可以通过选择顶部工具栏的

，

，

或

下拉菜单切换网格尺寸。Alt吸附是指按住Alt键时，进行绘制或移动图元吸附的网格大小。在调整元器件位号等信息位置时，可以按住Alt键进行微调，保证原理图美观性。（4）十字光标设置原理图编辑器的光标大小，十字光标分为大、小和无，默认为大十字光标，可以根据个人的喜好选择，十字光标效果如图1.26所示。（5）线宽显示设置器件整体和导线线宽显示的大小，默认为“跟随缩放变化”，选择“始终1px线宽”时，画布在放大到一定程度会显得线宽很细，建议选择“跟随缩放变化”，线宽的显示效果会变得比较粗，更便于观看。如图1.27所示。项目1初始印制电路板设计与EDA软件

图1.26

十字光标大和小类型效果图1.27

跟随缩放变化和始终1px线宽观看电阻效果【项目拓展】（6）指示线设置是否显示器件符号原点和元件属性之间的指示线。指示线分为单选器件和选中属性时显示，选中时显示和不显示。默认为单选器件和选中属性时显示。如图1.28所示（7）复制/剪切设置复制或剪切的时候是否需要选择参考点，默认为不选择参考点。（8）默认网络名设置原理图中未命名的导线，在导入PCB时最终的网络命名规则，可以在右侧属性栏和网络树中查看。默认网络名分为导线ID和位号+引脚编号。如图1.29所示。9）单击导线选中

可以根据自己的使用习惯，切换单击导线时的选中范围，单段选中或整段选中。默认为选中单段，再次点击选中整段。如图1.30所示项目1初始印制电路板设计与EDA软件

图1.30单击导线选中单段，再次单击选中整段效果图图1.29

默认网络名为位号+引脚编号效果图图1.28

单选器件和选中属性时显示指示线效果图【项目拓展】2.嘉立创专业版可以完成电路仿真，采用NE555多谐振荡器组成流水灯电路的仿真。嘉立创EDA不仅能绘制原理图和PCB图，还能对电路进行仿真。下面我们以流水灯电路为例介绍其仿真功能。（1）启动嘉立创EDA仿真界面仿真模式需要在标准版中进行操作，按照专业版安装步骤完成标准版安装后，在标准版编辑器首页将“标准”改为“仿真”，点击图1.31中的“标准”，可切换为图1.32的“仿真”模式。图1.31标准模式图1.32仿真模式项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目拓展】（2）新建工程点击主菜单“文件”→“新建”→“工程”。弹出新建工程对话框，如图1.33所示。在新建工程对话框的标题处命名为流水灯电路仿真，点击“保存”，如图1.34所示。（3）NE555多谐振荡器仿真流水灯电路主要由多谐振荡器和移位计数器组成。为保证整个电路的仿真正常。分别对NE555组成多谐振荡器和CD4017组成的移位计数器进行仿真。先绘制多谐振荡器原理图、如图1.35所示。图1.33新建工程图1.34新建流水灯电路仿真工程项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目拓展】（3）NE555多谐振荡器仿真流水灯电路主要由多谐振荡器和移位计数器组成。为保证整个电路的仿真正常。分别对NE555组成多谐振荡器和CD4017组成的移位计数器进行仿真。先绘制多谐振荡器原理图、如图1.35所示。图1.35NE555多谐振荡器原理图项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目拓展】当电源接通时，NE555芯片的3脚初始状态为高电平，电源通过R1、R2和RP1向电容C1充电；当C1电容充电到电源的2/3时，3脚电压变成低电平，NE555芯片内部放电管导通，电容C1通过R2和RP1向7脚放电：当C1电容慢慢放电到电源的1/3时，3脚又从低电平变成高电平。持续循环电容充放电过程，改变RP1的阻值将改变3脚输出频率。电容充电到电源2/3电压的时间（高电平持续时间）：Tw1=0.7（R1+R2+Rp1）*C1，将图中参数带人得Tw1=26ms电容放电到电源1/3电压的时间（低电平持续时间）：Tw2=0.7（R2+Rp1）*C1，将图中参数带入得Tw2=24.5ms一个周期的时间为T=Tw1+Tw2=0.7（R1+2R2+2Rp1）*C1，将图中参数带入得T=50.5ms。项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目拓展】在常用库中选择直流电源，设置电源电压为5V，再选择示波器，将NE555的3脚连至示波器A通道，如图1.36所示。图1.36连接电源和示波器项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目拓展】点击主菜单“文件”“保存”，将电路保存，如图1.37所示。再点击主菜单“仿真”→“运行仿真”，如图1.38所示。图1.37保存文件图1.38运行仿真项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目拓展】可以在原理图编辑界面点击示波器，在最右边窗口中点击“查看仪表”，如图1.39所示。

此时可以看到3脚输出波形，对其测量可知输出波形周期约为50ms，如图1.40所示，与前面理论计算周期一致。图1.40示波器显示仿真波形周期1.39查看仪表项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目拓展】（4）CD4017移位计数器仿真当NE555输出波形仿真结束后，绘制下一级CD4017组成的移位计数器电路图。并用逻辑分析仪对其输出波形进行检测。点击常用库，选择逻辑分析仪放置画布，如图1.41所示。图1.41放置逻辑分析仪项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目拓展】将时钟频率改为10Hz，点击查看仪表，如图1.42所示，可显示每一路输出信号的仿真形波，如图1.43所示。图1.42查看仪表图1.43输出波形项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【项目拓展】先将流水灯电路绘制完整，点击保存，并运行仿真就可以看到CD4017输出的十个发光二极管依次轮流发光，如图1.44所示。图1.44流水灯电路原理仿真图项目1初始印制电路板设计与EDA软件

【素养链接】

大国工匠徐立平

航天科技特级技师徐立平，大专学历，航天科技特级技师，工作于中国航天科技集团有限公司第四研究院7416厂。他被誉为新时代“雕刻火药、为国铸剑的大国工匠”，是中国航天事业不可或缺的宝贵财富。徐立平以其卓越的技艺、无私的奉献精神和不断创新的实践，为国家的发展和社会进步作出了巨大贡献。他的事迹和精神将永远激励着后人不断前行。项目1初始印制电路板设计与EDA软件

谢谢！

项目2循环彩灯电路的设计与制作项目2

循环彩灯电路的设计与制作

音乐喷泉水景灯光秀‌是一种结合音乐、喷泉、水景和灯光效果的表演形式（见图2.1、图2.2）。该表演通过音乐、喷泉、水景和灯光的协调配合，创造出华丽、动人和令人惊叹的视听效果，其中的灯光由最基本的发光二极管（以下简称LED）组成。【项目导入】图2.1蓝色喷泉灯光秀

图2.2荷花音乐喷泉灯光秀

本项目是循环彩灯电路的设计与制作，该电路由电阻、电容、三极管及LED组成，当三极管正常工作时，三组LED间歇亮起，无限循环。

本项目提供循环彩灯电路的元件清单（见表2.1），引导学生进行电路原理图设计、PCB设计，从而完成循环彩灯电路的设计与制作。【项目导入】项目2循环彩灯电路的设计与制作

【项目导入】项目2循环彩灯电路的设计与制作

嘉立创EDA（标准版）软件提供循环彩灯电路PCB的2D显示图，可以更直观地展示设计完成的PCB，如图2.3所示；还提供循环彩灯电路PCB的3D显示图，如图2.4所示。图2.3循环彩灯电路PCB的2D显示图图2.4循环彩灯电路PCB的3D显示图【项目目标】1．知识目标（1）了解循环彩灯电路原理图设计、PCB设计的基本流程。（2）掌握循环彩灯电路原理图设计、PCB设计的设计步骤。项目2

循环彩灯电路的设计与制作

【项目目标】2．技能目标（1）学会使用嘉立创EDA软件的绘图工具。（2）能根据设计要求绘制原理图及PCB版图。项目2循环彩灯电路的设计与制作

【项目目标】3．素质目标（1）培养学生严谨的学习态度。（2）鼓励学生参与课堂活动，形成良好的学习氛围，提高学生的学习兴趣。（3）通过学生之间多层次、多方位的合作，培养学生团结协作、互助友爱的精神。项目2循环彩灯电路的设计与制作

本次任务使用A4图纸，完成循环彩灯电路原理图的绘制，要求元器件布局合理、规范，绘制效果如图2.5所示。任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

项目2循环彩灯电路的设计与制作

图2.5

循环彩灯电路原理图【2.1.1任务描述】（1）掌握原理图设计的基本流程。（2）掌握画布设置的方法。（3）掌握网格、栅格的区别，以及设置参数的方法。（4）掌握创建原理图文件的步骤。（5）掌握放置元件符号的方法。（6）掌握元件符号属性的设置方法。（7）掌握元件布局原则，并完成导线连接。任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.2任务目标】任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】（1）掌握原理图设计的基本流程。（2）掌握画布设置的方法。（3）掌握网格、栅格的区别，以及设置参数的方法。（4）掌握创建原理图文件的步骤。（5）掌握放置元件符号的方法。（6）掌握元件符号属性的设置方法。（7）掌握元件布局原则，并完成导线连接。任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】1．循环彩灯电路原理图的设计流程循环彩灯电路原理图的设计分为7个步骤，分别为新建循环彩灯电路工程、新建循环彩灯电路原理图文件、设置原理图参数、搜索原理图封装、放置元器件、元器件连线和检查原理图。（1）新建循环彩灯电路工程。执行“开始”→“程序”→“嘉立创EDA”命令，或双击桌面上的软件图标，即可启动软件，并新建循环彩灯电路工程。（2）新建循环彩灯电路原理图文件。先在循环彩灯电路工程文件中，新建一个循环彩灯电路原理图文件，再进入原理图编辑器。（3）设置原理图参数。在绘制原理图之前，应设置好工作环境，即对图纸大小、方向、网格参数等进行设置。（4）搜索原理图封装。在软件的元件库中搜索原理图对应的原理图封装。任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】（5）放置元器件。一般情况下，循环彩灯电路所需的元器件在软件的常用库中都可以找到，只需从常用库中选择所需类型并添加到原理图中即可。但有些元器件需要从元件库中搜索，找到后经过编辑再进行放置。（6）元器件连线。将添加并排列好的元器件的引脚用导线、网络标签连接起来，形成完整的电路。（7）检查原理图。利用软件提供的设计管理器，对电路的元器件和网络进行检查，并根据检查结果对原理图进行调整和修改。任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】2．新建循环彩灯电路工程执行“开始”→“程序”→“嘉立创EDA”命令，或双击桌面上的软件图标，即可启动软件进入操作界面，如图2.6所示。图2.6

嘉立创EDA软件操作界面任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】2．新建循环彩灯电路工程（1）新建工程。执行菜单命令“文件”→“新建”→“工程”，新建工程，如图2.7（a）所示。也可在操作界面中的“快速开始”区单击“新建工程”图标，新建工程，如图2.7（b）所示。

（a）

（b）图2.7

新建工程任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】2．新建循环彩灯电路工程（2）工程文件命名及保存。

先在“新建工程”对话框的“工程”文本框中输入工程名称“循环彩灯电路”，然后可以在“描述”文本框中对工程进行简单的描述，再选择工程路径，最后单击“保存”按钮进行保存，如图2.8所示。图2.8

工程文件命名及保存任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】3．新建循环彩灯电路原理图文件1）新建原理图

在工程创建完成后，循环彩灯电路文件下会自动生成文件名为“Schematic1”的原理图文件和文件名为“PCB1”的PCB文件，如图2.9所示。

图2.9

循环彩灯工程界面任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】3．新建循环彩灯电路原理图文件1）新建原理图

如果需要在工程下重新创建原理图，那么可通过执行菜单命令“文件”→“新建”→“原理图”来新建原理图，如图2.10所示，此时系统默认原理图文件名为“Schematic2”；或是在“循环彩灯电路”工程文件上单击鼠标右键，并在快捷菜单中选择“新建原理图”选项，如图2.11所示。图2.10

新建原理图（方式一）图2.11

新建原理图（方式二）任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】3．新建循环彩灯电路原理图文件2）重命名原理图

在“Schematic1”文件上单击鼠标右键，并在快捷菜单中选择“重命名”选项，修改文件名为“循环彩灯电路”，如图2.12所示。在“Schematic1”文件中，含有默认文件名为“1.P1”的图纸文件。

图2.12

重命名原理图任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】3．新建循环彩灯电路原理图文件2）重命名原理图

其设计界面如图2.13所示。

图2.13

原理图设计界面任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】4．设置原理图参数

在绘制原理图之前，需要对其参数进行设置，设置内容包括设置网格、设置图纸边界、设置明细表。1）设置网格

在原理图设计界面的工具栏中包括“”图标，如图2.14所示，其中包括网格类型、网格尺寸及尺寸的单位的设置。图2.14所示的网格大小为0.05

inch，其单位还可以切换为mm。图2.14

设置网格界面任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】4．设置原理图参数

在绘制原理图之前，需要对其参数进行设置，设置内容包括设置网格、设置图纸边界、设置明细表。1）设置网格

在原理图设计界面的工具栏中包括“”图标，如图2.14所示，其中包括网格类型、网格尺寸及尺寸的单位的设置。图2.14所示的网格大小为0.05

inch，其单位还可以切换为mm。图2.14

设置网格界面任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】4．设置原理图参数

2）设置图纸边界

图纸的参数在原理图设计界面右侧的“属性”选项卡中进行设置，如图2.15所示，其中包括基础属性、图纸边界、明细表的设置。单击“图纸边界”选项左侧的下拉按钮，可以进行图纸边界的设置，其设置界面如图2.16所示。在“明细表位置”下拉列表中可以调整位置，默认选择“右下”选项；“尺寸”下拉列表默认选择“A4”选项。由于循环彩灯电路比较简单，所以A4大小的图纸即可容纳所有元件。

图2.15

图纸的参数设置界面

图2.16

图纸边界的设置界面任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】4．设置原理图参数

3）设置明细表

明细表的设置界面如图2.17所示。在该界面中可以进行公司、图页尺寸、版本等信息的修改。

图2.17

明细表的设置界面任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】5．放置元器件

原理图设计会用到2个库，即常用库和元件库。常用库包含一些常用的元器件，不支持自定义。先在元件库中单击元件，然后移动指针到图纸上，再单击鼠标左键即可放置元件。常用库中的元件只显示元件的名称和封装，信息不够完善。循环彩灯电路用到了电阻、电容、LED、接地端电源（GND）和电源（VCC）等。

任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】5．放置元器件

下面以放置电阻为例，讲解元件的放置及属性设置。

先在原理图设计界面左侧的常用库中单击电阻元件，如图2.18所示，然后移动指针到图纸上，再单击鼠标左键即可放置电阻元件。应将电阻元件的引脚放置在格点上，以便后续导线的连线。接下来在原理图设计界面右侧的“属性”选项卡中对电阻元件的基础属性进行设置，如图2.19所示，其中主要包括名称、位号、封装和值等参数的设置。根据本项目的要求，默认名称为阻值大小，位号为R1，R1的阻值为4.7

kΩ。图2.18

放置电阻界面

图2.19

元件的基础属性设置界面任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】5．放置元器件

这里再介绍另一种设置位号的方法，即选中元件后，在移动指针到图纸的过程中按“Tab”键，在弹出的“器件”对话框中进行名称和位号的设置，如图2.20所示。

图2.20“器件”对话框图2.20“器件”对话框任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】5．放置元器件

下面重点介绍封装的修改。单击图2.19中的“封装”复选框，打开“封装管理器”对话框，如图2.21所示。根据要求在图2.21中的框选部分添加“R1206”封装。图2.21“封装管理器”对话框任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】5．放置元器件

按照同样的方法，完成图2.22中电阻、电容和LED的放置，以及相应的属性设置。图2.22中的VCC和GND可通过单击工具栏中的“”图标进行放置，如图2.23所示。在常用库中选择J1连接器，如图2.24所示，位号改为“J1”。至此，原理图中所有元件的放置均完成。图2.22

原理图中元件的放置任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】5．放置元器件

图2.22中的VCC和GND可通过单击工具栏中的“”图标进行放置，如图2.23所示。在常用库中选择J1连接器，如图2.24所示，位号改为“J1”。至此，原理图中所有元件的放置均完成。图2.23

电源放置界面

图2.24

连接器放置界面任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】6．元器件连线

当所有元件放置完成后，需要用导线将元件进行电气连接。导线是具有电气性质、用来连接元件电气点的连线。导线上的任意一点都具有电气性质。元件之间的电气连接主要通过导线来实现。单击工具栏中的“”图标进入连线模式。将指针移动到需要连接的元件引脚上，单击该引脚的端点即可放置导线的起点，如图2.25所示；移动指针到需要连接的引脚上，并在引脚的端点处单击，即可完成2个引脚之间的连接，此时指针仍处于连线模式，重复上述操作可继续连接其他引脚。单击鼠标左键可以改变导线的连接方向；单击鼠标右键，可以退出当前导线的连接；按“Esc”键，可以退出连线模式。图2.25

连接导线

任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】6．元器件连线

单击鼠标左键可以改变导线的连接方向；单击鼠标右键，可以退出当前导线的连接；按“Esc”键，可以退出连线模式。另外，导线的基础属性也可以修改，如图2.26所示。

图2.26

导线的基础属性设置界面任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】6．元器件连线

根据图2.27完成导线的连接。至此，完整的循环彩灯设计电路的元器件连线完成。图2.27

完成导线连接的原理图任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】7．检查原理图

原理图设计完成后，需要对原理图的电气连接性进行检查。最常见的检查工具有器件管理器、封装管理器及规则检查。1）器件管理器执行“工具”→“器件管理器”命令，即可打开“器件管理器”对话框，如图2.28所示。其中的检查项目包括器件的位号和备注等信息，当原理图中的器件和需要的正确器件不一致时，可以选择要替换的器件，并将选择正确的器件进行替换。图2.28“器件管理器”对话框任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】7．检查原理图2）封装管理器

执行“工具”→“封装管理器”命令，即可打开“封装管理器”对话框，如图2.29所示。其中的检查项目主要是元件的封装尺寸和焊盘尺寸等信息。图2.29“封装管理器”对话框任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】7．检查原理图2）封装管理器

单击“检查封装尺寸”按钮进行检查，显示结果如图2.30所示。图2.30封装尺寸显示结果任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】7．检查原理图3）规则检查

执行“设计”→“设计规则”命令，即可打开“设计规则”对话框，如图2.31所示。在该对话框中可以进行网络、元件等各项内容的检查。设计规则设置完成后，执行“设计”→“检查DRC”命令，即可在对话框下方显示检查结果，如图2.32所示。图2.31“设计规则”对话框任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.3任务实施】7．检查原理图3）规则检查

设计规则设置完成后，执行“设计”→“检查DRC”命令，即可在对话框下方显示检查结果，如图2.32所示。

完成以上3项检查后，原理图的检查就全部完成了。图2.32

DRC检查结果任务2.1循环彩灯电路的原理图设计

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【2.1.4任务评价】任务实施完成后，读者可以扫描二维码下载任务评价表2.2，检测自己对本任务的掌握情况。任务名称循环彩灯原理图设计姓名

班级

学号

评价内容评价标准评价要求分值得分考勤纪律（10%）无迟到、早退、旷课情况;遵守课堂各项纪律迟到、早退一次扣1分;旷课一次扣

2分;影响上课秩序一次扣

2分100

职业规则（10%）爱护公共设施、爱护个人及公共环境卫生、

不得带饮料及食品进机房视具体情况扣分100

实施步骤（80%）1.新建文件按照要求新建工程文件，并保存到指定路径；按照要求新建原理图文件，并保存到指定路径无操作失误10

2.画布属性设置按要求设置画布属性与要求不符不给分10

3.常用库元件调用能正确调用元件；按样图放置元件；对元件属性进行修改错一处扣

1分10

4.元件库使用能在库进行元件搜索；

能对元件属性进行修改；按照样图放置元件；能对库中元件进行编辑错一处扣

1分20

5.放置连线按照样图正确绘制连线错一处扣

1分20

6.放置网络标签按照样图正确修改网络

标签属性并放置网络标签与要求不符不给分10

7.原理图检查查看原理图中所有元件

封装是否符合要求；查看网络是否完整与要求不符不给分10

8.保存文件文件保存至指定位置与要求不符不给分10

合计100任务2.2循环彩灯电路的PCB设计

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【2.2.1任务描述】本任务完成循坏彩灯电路PCB版图的绘制，其中PCB的尺寸为2000

mil×1500

mil，安装孔的直径为2

mm。要求布局合理，在顶层完成元器件的放置和布线，并进行铺铜处理，网络设置为GND。VCC线宽设置为35

mil，信号线宽设置为20

mil。最终循环彩灯电路PCB如图2.33所示。图2.33

循环彩灯电路PCB任务2.2循环彩灯电路的PCB设计

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【2.2.2任务目标】（1）了解使用嘉立创EDA软件进行PCB设计的流程。（2）了解如何将原理图导入PCB文件。（3）熟悉边框、定位孔的设计方法和PCB规则设置。（4）掌握创建PCB文件的步骤。（5）掌握元件布局的操作方法。

（6）掌握PCB布线的方法。（7）能够按照要求完成循环彩灯电路的PCB设计。任务2.2循环彩灯电路的PCB设计

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【2.2.3任务实施】1．循环彩灯电路的PCB设计流程循环彩灯电路的PCB设计包含新建循环彩灯电路PCB文件、将原理图导入PCB文件、PCB规则设置、设计PCB的边框与定位孔等。（1）新建循环彩灯电路PCB件。在循环彩灯电路工程文件下，新建一个循环彩灯电路PCB文件，进入PCB编辑器。（2）将原理图导入PCB。将循环彩灯电路原理图导入新建的循环彩灯电路PCB编辑器中。（3）PCB规则设置。在PCB设计环境中设置PCB的设计规则。（4）设计边框与定位孔。在PCB编辑器中设计循环彩灯电路PCB的边框与定位孔。（5）元件布局。按照元件布局的原则，对元件进行合理地布局。（6）元件布线。选择布线工具，根据布线原则及布线注意事项，在正确的层进行布线操作。（7）添加丝印。为了方便PCB的焊接、调试、安装和维修，应在布线完成后，对PCB进行丝印添加。添加时要遵循丝印字符的布置原则。任务2.2循环彩灯电路的PCB设计

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【2.2.3任务实施】1．循环彩灯电路的PCB设计流程（8）添加PCB信息。在PCB编辑器中添加PCB信息，以便对其版本进行管理。（9）添加泪滴。在PCB设计过程中，常常需要在导线和焊盘（或过孔）的连接处添加泪滴，这样既可以避免PCB在受到撞击时出现断裂，又可以避免PCB在生产过程中出现因蚀刻不均或过孔偏位导致的裂缝。（10）PCB铺铜。铺铜可以提高电游、效率，与地线相连的铺铜还可以减少环路面积。（11）设计规则检查（DesignRuleCheck，DRC）。根据设计规则对PCB设计进行检查。在PCB设计环境下，单击“设计管理器”按钮刷新“DRC错误”，一旦检查出错误，错误信息将会出现在目录下。任务2.2循环彩灯电路的PCB设计

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【2.2.3任务实施】2．新建循环彩灯电路PCB文件

工程创建完成后，循环彩灯电路工程文件下会自动生成文件名为“Schematic1”的原理图文件和文件名为“PCB1”的PCB文件。选中“PCB1”文件并右击，在快捷菜单中选择“重命名”选项，将其修改为“循环彩灯电路PCB”，如图2.34所示。如图2.35所示，选中“循环彩灯电路”文件并右击，在快捷菜单中选择“新建PCB(P)”选项，也可以新建循环彩灯电路PCB文件。

图2.34

PCB文件的重命名

图2.35

新建循环彩灯电路PCB文件任务2.2循环彩灯电路的PCB设计

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【2.2.3任务实施】3．PCB文件的基本设置

选中PCB文件后，在PCB设计界面的右侧会出现PCB文件的属性设置窗格，主要包括文档设置、常用设置及彩色丝印设置，如图2.36所示。

图2.36

PCB文件的属性设置窗格任务2.2循环彩灯电路的PCB设计

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【2.2.3任务实施】3．PCB文件的基本设置

下面重点介绍文档设置，单击“文档”下拉按钮，其中包括单位、网格类型、网格尺寸、栅格尺寸及Alt栅格尺寸等设置，如图2.37所示。网格是指用于标识间距和校准元件符号的线段，使用网格可以方便地将元件摆放整齐。网