工程专题综合实验实验指导书Word下载.docx
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器件属性对话框会显示，你可以编辑器件的任何属性。
8.实现元器件的复制和粘贴
9.选中网络标签+12V_U/P，将其删除；
然后执行菜单Place»
NetLabel添加一个+12V_U/P的网络标签。
10.删除原理图中的任一总线，然后执行菜单Place»
Bus重新添加一条总线。
11.删除原理图中的任一导线，然后执行菜单Place»
Wire重新添加一条导线。
12.删除原理图中的任一总线入口，然后执行菜单Place»
BusEntry重新添加一条导线。
13．在库面板中，使用“Search”按钮或者菜单Tools»
FindComponent来查找器件TL16C554，加载包含此器件的元件库并使元件可用。
14．在打开的元件库中查找电阻、电容、二极管等。
在库面板中选择集成库MiscellaneousDevices.IntLib，此库是安装该软件时，默认安装的两个PCB库之一。
它包括多种离散器件，如：
电阻、电容、二极管等等。
在筛选字段里分别键入res，cap，diode，实现相应元器件的查找。
13.不保存任何改变，关闭原理图。
14.打开此工程中的PCB文件4PortSerialInterface.PcbDoc，双击焊盘（pad），了解焊盘属性的设置方法。
双击过孔（via），了解过孔的属性设置方法。
15、执行菜单Design»
Rules，打开“PCBRulesandConstraintsEditor[mm]”面板，在Routing目录下选择Width选项，可设置特定网络的布线宽度。
在Electrical目录下选择Clearance选项，可设置电气规则中的安全间距。
16.打开此项目中的库文件4PortSerialInterface.SchLib，利用SCHLibrary面板打开元器件1488_1，如下图所示
执行菜单Tool»
NewComponent，新建一个元器件，按照上图绘制元器件符号，进行相应管脚（pin）的属性设置。
17.打开此项目中的库文件PortSerialInterface.PcbLib，利用PCBLibrary面板打开PCB元件DIP8，如下图所示
DIP8的尺寸为：
焊盘的垂直间距为100mil，水平间距为300mil，外形轮廓框长400mil，宽200mil，距焊盘50mil，圆弧半径25mil。
下图中的4个坐标值是元件符号轮廓4个顶点的坐标。
NewBlankComponent，新建一个PCB元件，按照上图绘制PCB元件，熟悉焊盘的属性设置方法。
实验1.2uA741放大电路原理图
1.体会AltiumDesigner的基本操作和使用技巧。
2.学会安装元器件库的方法
3.学会并掌握绘制简单电路原理图的基本步骤及方法和技巧。
4.学习生成印刷电路板的基本步骤和方法，掌握手动布局、手动布线和覆铜等方法。
本实验设计的是uA741放大电路原理图。
原理图中所涉及的主要元件有输入端：
Header2，Header4；
电阻：
Res3；
运算放大器：
uA741；
还有电源和地。
本实验内容包括：
uA741放大电路原理图的设计及印制电路板PCB的生成、覆铜以及各种报表的生成。
三、实验设备和仪器
1、PC机一台
2、正版AltiumDesigner软件一套
参考uA741放大电路实验指导书附录部分。
五、实验报告
1、完整绘制uA741放大电路原理图，写出必要的步骤，并附上所绘制的原理图。
2、详述元器件的自动标注方式。
3、打印出电气规则检查结果，如有错误，你是如何解决的？
4、详述利用向导创建PCB文件的过程。
5、完成PCB文件中的元器件的手动布局和布线，附上所得到的PCB图；
6、打印PCB电气规则检测结果，如有错误，你是如何处理的？
7、进行覆铜，附上覆铜后的PCB图。
附录：
实验步骤
一、绘制简单电路原理图
1、创建新的PCB工程文件
在工具列选择File»
New»
Project»
PCBProject，开启一个项目档，或是在左边
的FILE面板点选NEW区块的BlankProject（PCB）。
2、接着在工程面板按右键选择SaveProjectAs，在文件名的位置上，输入Demo1.prjpcb，然后按储存。
3、添加新的原理图文件，在Prjpcb面板里面按右键选择SaveAs，同样的在文件名位置上输入Demo.schdoc。
4、设置原理图的一些选项
在工具列选择Design»
DocumentOptions，在StandardStyle选您所需要的图框大小，选择A4大小并按OK。
5、安装元器件库
Add/RemoveLibrary,在“AvailableLibraries”对话框中单击“install”按钮，添加AltiumDesignerSummer09\Library\STMicroelectronics库文件夹的STOperationalAmplifier.IntLib集成元器件库，如下图所示。
6、放置电路元器件
BrowseLibrary或单击面板标签system,选中libraries,打开库文件面板，如下图所示。
在面板中分别选中相应的元器件库，选择相应元器件，将其放置到电路图中。
相应元器件名称和所属的元器件库如下表所示。
表2.1元器件清单
元器件名称
库文件夹
所属的元器件库
UA741AN
Library\STMicroelectronics
STOperationalAmplifier.IntLib
Res3
Library
MiscellaneousDevices.IntLib
Header2
MiscellaneousConnectors.IntLib
Header4
7、绘制电路连线和分配元器件标号
执行菜单命令【place】»
【wire】，按下图进行电路连线。
然后执行菜单命令【Tools】»
【AnnotateSchematics...】命令进行元器件的自动标注。
最后得到的电路图如下所示。
8、检查电路原理图
执行菜单命令【Project】»
【CompilePCBProject】来进行ERC检测。
9、导入原理图设计文件
为此PCB工程文件添加一个PCB文件PCB1.PcbDoc，然后执行菜单命令【Design】»
【UpdatePCBDocumentPCB1.PcbDoc】，打开“engineeringChangeOrder”对话框，依次点击对话框中的“ValidateChanges”按钮和“ExecuteChanges”按钮，便可导入原理图设计文件。
10、元器件的布局
对元器件进行手动布局，然后执行菜单命令【Place】»
【InteractiveRouting】，进行手动布线，布线时可以通过菜单命令【Place】»
【Via】，添加过孔。
可以有不同的布局和布线，最后形成的一种元器件的布局和布线方式如下所示：
11、设计规则检测（DRC）
执行菜单命令【Tools】»
【DesignRuleCheck】，弹出“DesignRuleCheck[mil]”对话框，单击图中的“RunDesignRuleCheck”按钮，则系统运行DRC检测，其结果会显示在信息对话框中，如有错误，则要进行布局和布线的修改或者执行菜单命令【Design】»
【Rules】，进行PCB设计规则的修改。
直到检查结果没有错误为止。
12、设计覆铜
执行菜单命令【Place】»
【PolygonPour】，打开覆铜属性对话框，进行属性设置后，单击“OK”按钮，依次选择覆铜区域的各个顶点，进行覆铜。
13、档案输出
执行菜单命令【Report】»
【BillofMaterials】，输出零件表。
实验2雕刻机制板实验
1.体会印刷电路板制作的工作原理
2.掌握HW型PCB雕刻机软件的使用方法
3.学会并掌握从AltiumDesigner导出输出制造文件的方法
4.学习使用雕刻机钻孔、雕刻等方法。
本实验设计的PCB电路板实现的工艺。
通过HW型雕刻机把事先画好的PCB文件制作成电路板成品。
其主要的实验内容有：
加工文件的生成方法；
电路板裁剪固定；
道具的选择与安装；
雕刻机控制软件的使用；
钻孔的操作方法；
线路板雕刻方法等。
2、HW雕刻机软件一套
3、HW雕刻机一台
4、PCB板材料若干
参考雕刻机使用实验指导书附录部分。
1、写出必要的步骤，并附上实验操作照片
2、详述钻孔、雕刻的操作步骤
3、输出制造文件如何生成的、简述分别都需要哪些文件
4、详述向导设置过程
5、完成PCB雕刻并附上雕刻成果
一、生成加工文件
线路板文件设计好后，需输出机器可执行的加工文件，来驱动机器刻制出需要的线路板。
Protel99SE/ProtelDXP2004/Proteus/Cadence/Pads/Cam350等软件均自带了自动输出Gerber文件功能。
注意：
PCB文件转换前，请检查当前PCB文件是否有KeepOut（禁止布线）层，如果未设
置KeepOut层，请添加。
刻制机软件以KeepOut层为加工边界。
1、打开PCB文件，执行“文件/输出制造文件/GerberFiles”命令，显示如图2-1所示的光绘文件设定对话框。
其中含有5个选项卡，用于设置Gerber文件的精度和输入板层等参数。
图2-1文件一般参数选择
2、在“一般”标签中设置“单位”栏用公制单位毫米作为度量单位，设置“格式”栏为4:
4，如图所示。
单击“层”标签，则对话框内容如图2-2所示，在该对话框中选择输出的层，一次选中需要输出的所有的层。
请保持镜像栏的所有层为未选中。
图2-2文件层参数设定
3、单击“钻孔制图”标签，如图2-3所示，取消其中所有选中项目。
图2-3钻孔制图选项
4、单击“光圈”标签，然后选择“嵌入的光圈”，这时系统将在输出加工数据文件时，自动产生D码文件，如图2-4所示。
图2-4光圈参数设定
5、单击“高级”标签，系统显示如图2-5所示。
在其他中，选中“用软件画弧线”，其余采用默认设置。
（胶片尺寸和光圈匹配容许误差采用默认值，前导/殿后零字符选中“抑制前导零字符”，胶片上位置选中“参考相对原点”。
）
图2-5高级参数设定
6、设置完毕后，单击确认按钮，系统输出各层的Gerber文件，同时启动CAMtastic1，以图形方式显示这些文件，如图2-6所示。
本设备需要三个Gerber文件：
顶层文件*.gtl、底层文件*.gbl、禁止布线层文件*.gko，都自动保存在当前PCB文件的目录下。
至此，各层加工文件输出完毕。
7、下面，输出钻孔加工文件。
图2-6各层的Gerber文件
执行“文件/输出制造文件/NCDrillFiles”命令，在对话框中，选择单位为毫米，数据格式为4:
4，前导殿后零字符设置为抑制殿后零字符，如图2-7所示。
图2-7NC钻孔设定
8、单击确认按钮，输出NC钻孔图形文件，如图2-8所示。
加工所需的钻孔文件为*.txt，自动保存在当前PCB文件的目录下。
图2-8NC钻孔图形文件
二、雕刻前的准备操作
加工文件生成后，就要调整机器，来加工设计好的电路板了。
下面介绍机器的使用。
1、固定电路板
如图所示，确认刻制机硬件与软件安装完成后，选取一块比设计线路板图略大的覆铜板，一面贴双面胶，贴胶要注意贴匀，然后将覆铜板贴于工作平台板的适当位置，并均匀用力压紧、
压平。
（注意：
定位孔在线路板上下沿左右两边，因此请在覆铜板左右各空出1cm。
2、安装刀具
在线路板制作中，双面板的钻孔需要钻头，雕刻需要雕刻刀，割边需要铣刀，选取一种规
格的刀具，使用双扳手将主轴电机下方的螺丝松开，插入刀具后拧紧。
主轴电机钻夹头带有自矫正功能，可防止刀具安装的歪斜。
安装刀具时，请勿取下钻夹头，因为钻夹头已经高速动平衡校正。
3、开启电源
开启刻制机电源，Z轴会自动复位，此时主轴电机仍保持关闭状态，向右旋转主轴电机启停钮，开启主轴电源，几秒钟后，电机转速稳定后即可开始加工。
按下启停钮即可关闭主轴电机。
在电机未完全停止转动之前，请勿触摸夹头和刀具。
三、软件功能说明
1、打开
双击图标“
”，打开CircuitWorkstation软件，主界面如图2-9所示：
图2-9主界面
若设备未连接或主机电源未打开，会提示“设备无法连接，是否仿真运行？
”，点击“是”，进入仿真状态，点击“否”，重试连接，点击“取消”，则直接退出程序。
点击菜单“文件—打开”，出现文件导入窗口，选择单/双面板，单击工具栏上的“打开”按钮
，弹出如图2-10所示对话框：
图2-10打开文件
鼠标点击右下方“浏览”，如图2-11所示，在窗口中选择加工文件夹中的任意后缀名的文件，如：
成都市样板.GKO，再单击“打开”。
图2-11选择加工文件
2、正常打开后的默认显示层为线路板底层，如2-12所示：
图2-12默认显示层为线路板底层
3、在窗口下方的状态栏中，显示当前光标的坐标位置、线路板的大小信息、主轴电机的设定与当前状态，及联机状态信息。
默认的单位为英制mil，可通过主菜单“查看——坐标单位切换”将显示单位切换至公制mm。
如打开过程出现异常提示，请检查Gerber文件转换设置是否正确。
4、菜单
（1）“查看”菜单栏：
放大、缩小、适中：
可点击工具栏上的
、
钮来放大、缩小、适中显示线路图，也可按键盘上的PageUp、PageDn来放大、缩小显示。
在线路图上按住鼠标右键，可拖动整个板图。
顶层、底层：
可点击工具栏上的、钮，来切换显示
顶层、底层线路。
孔信息：
显示所有钻孔信息。
雕刻路线：
显示雕刻走刀路径。
用红色表示。
坐标显示：
显示当前鼠标位置坐标值。
坐标单位切换：
在公制/英制之间切换单位。
（2）“设置”菜单栏：
COM口：
串口COM1、COM2选择；
刀具库：
也可点击快捷工具栏上的“
”图标，如图2-13所示：
图2-13刀具库
雕刻设置：
可设置雕刻余量。
当线径小于6mil时，可设置雕刻余量进行线径补偿。
主轴电机速度：
预置了高速（48000rpm）、中速（33000rpm）、低速（24000rpm）三档可选。
建议根据加工的精度和板材的材质选择合适的转速，线径线距越小，精度要求越高，刀尖选择越小，加工速度要求越快，另外，材质较硬的FR4板材，选择低速即可，对材质较软的柔性板材，必须选择高速。
仿真运行：
功能等同工具栏上的
钮。
按下时处于仿真运行状态。
仿真运行速度：
设置仿真的速度，有低速、中速、高速三种选择。
完成后关闭主轴：
可设置加工完成后自动关闭主轴。
主轴电机运转时，工具栏上的指示标
记为
，当主轴电机停止时，指示图标变灰。
（3）“操作”菜单栏:
向导：
钮，或在菜单上选择“操作—向导”，进入向导界面。
向导是
通过图形化界面快速操作方法。
5、向导
（1）、快速设定
快速设定可以直接设置各种孔径的实际钻头加工直径，顶、底层的雕刻刀的大小，见下图2-14所示：
图2-14向导
（2）、钻孔
设置各种孔径的实际钻头加工直径。
线路板上需要的孔径全部列在左侧栏中，实际的使用的钻头直径列在右侧栏中，中间的下拉框中有工具库中设置的所有钻头。
从左栏的第一行开始，根据需要孔径的大小，从下拉框中选择相近的钻头规格；
同时也可以根据需要调整“钻头下降速度”，然后点击“添加>
>
”按钮，右栏中就会出现对应的选择。
点“删除<
<
”删除右栏中的选择。
请确保所有需要孔径都有实际的钻头孔径与之相对应。
“还原”钮用以删除右栏中所有的选择，如下图2-15所示。
图2-15定位、钻孔向导
（4）顶层底层雕刻
把板上线路部分以外的铜箔铣掉。
刀尖直径可在刀具库中设置的所有雕刻刀中选择。
重叠率是相邻两次走刀路径的重叠比率，考虑刀尖的误差，一般设置为10%，雕刻深度默认为0。
雕刻的时间、效果和路径由选择的雕刻刀来决定，一般说，刀尖越大，时间越短；
刀尖越小，时间越长，但效果越好。
雕刻的深度和重叠率可根据刀尖直径调整，如下图2-16所示。
图2-16顶层底层雕刻
四、线路板钻孔
1、用双面胶把覆铜板平整的贴于加工平台上，根据线路板的大小，调整X、Y方向刀头的位置，以确定线路板合适的起始位置；
2、装好适当的钻头后，通过操作控制面板上的粗调按键或计算机软件上的粗调按钮调节钻头的垂直高度，直到钻头尖与电路板垂直距离为2mm左右；
3、改为手动微调，在操作控制面板上的Z微调旋钮是一个数字电位器旋钮，调节旋钮向左旋转，Z轴垂直向下移动0.01mm/格；
调节旋钮向右旋转，Z轴垂直向上移动0.01mm/格。
4、调节钻头的高度时，钻头快接近覆铜板时，一定要慢慢旋动旋钮直到钻头刚刚接触到覆铜板（注意：
一定要保证主轴电机处于运转状态，否则容易造成钻头断裂，并请确保当前工作面为底层）。
5、在向导中设置钻孔参数，双面板先钻定位孔，然后钻其它孔。
6、更换钻头时，只需关闭主轴电机电源，等待主轴电机完全停止转动后，才能更换钻头。
重复2、3、4步骤，钻完各个规格的孔。
五、线路板雕刻
雕刻的过程，即把板上除线路部分的铜铣掉的过程。
本设备在雕刻过程中结合了隔离和铣雕两种方式，保证了线路边缘的光滑平整。
1、安装合适规格的雕刻刀，并在向导中设置相应的雕刻参数；
2、启动主轴电机，设置加工原点，然后点击“顶层雕刻”或“底层雕刻”按钮开始雕刻。
实验3元器件的焊接与测试
1.了解元器件焊接的几种基本方式
2.掌握直插与贴片元器件的焊接方式
3.学会使用万用表检查电路板电路的基本通断
4.学习使用示波器、万用表、直流电源等器件对于电路板的简单测试
本实验首先通过学习使用万用表对已经通过HW型雕刻机雕刻完成的电路板检验是否有短路与断路的线路，学习断路与短路的修复方式，学习飞线方法。
掌握常用元器件的正负极管脚判断方法。
学习直插元器件和贴片元器件的焊接方法。
在指导教师的帮助下了解并掌握初步的通过实验仪器对线路板的纠错与检查。
2、电烙铁一把
3、元器件若干
4、万用表、示波器、直流电源等检测仪器
（1）使用万用表检查PCB电路板的通断情况并修正。
（2）通过对照PCB电路板和原理图，了解元器件正确的正负极管脚方向
（3）学会直插与贴片元器件的焊接方法
（4）了解上电后各电源输出点的电源电压状态，并用万用表测量
（5）使用示波器和直流电源测试电路板的工作状态并修正。
2、详述电路板的焊接过程
3、详述电路板的检查过程
4、电源电压测试时各点的电位
实验4MSP430编程实验
1.了解单片机基础原理
2.掌握CCS编程软件的安装方式和基本使用方法
3.学会CCSforMSP430的ware源代码库的查找帮助功能
4.学习掌握MSP430G2的简单IO程序、和PWM信号输出程序编写
本实验学习了CCSforMSP430编译环境的安装和基本项目创建、ware源代码库的查找帮助功能，使学生掌握单片机编程的一定自学方法和能力。
通过由教师指导的方式学习IO程序编写和PWM程序的编写两个程序编写，掌握一定的单片机程序编写能力。
为完成最终的综合设计打下基础。
2、MSP430G2单片机模块一套
3、USB连接线一根
4、万用表、示波器
具体步骤详见MSP430软件开发手册。
2、详述IO程序的流程图
3、详述PWM程序的流程图
实验5综合产品设计创新实验
一、实验选题
本次实验课程可选课题为：
智能避障小车
根据一般的电子产品设计流程和所学的工具软件，在一定的指导下以小组的形式完成指导教师布置的课题任务，具有一定能力的同学也可以自拟题目，由指导老师审核通过后，完成自拟的课题任务。
课题任务需要同学先根据课题构思实现方案、分小组讨论定稿后进行图纸和软件设计、制板焊接并通过运行调试等几个步骤。
三、实验要求
（1）各个小组独立完成课题项目，严禁抄袭
（2）小组方案设计要充分符合课题要求
（3）设计图纸应尽量满足电气布局布线规范
（4）小组内部应明确分工，个人报告应体现自己所分工的内容
四、实验指定
升级会员 