电子产品PCB设计课程整体设计（案例）

1、电子产品PCB设计课程整体教学设计一、课程简介课程名称：电子产品PCB设计课程代码：学分：6学时：90授课时间：第 3 学期授课对象： 应用电子技术专业课程类型：应用电子技术专业职业能力必修课，专业主干课先修课程:电路基础、电子技术等基础课程。后续课程:电子设计与制作、单片机技术与应用等二、课程定位 电子产品PCB设计是应用电子技术专业的专业核心课程，该课程的先导课程为电路基础和电子技术，后续课程为单片机技术与应用、电子的设计与制作和电子产品装配工艺。该课程以电子电路的工作原理和应用为基础，遵循国际和行业规范，培养学生将电路图纸转换为印刷电路板的能力。为从事电子产品的开发、PCB设计与测试岗位

2、培养高素质技能型专门人才。三、课程相关岗位需求分析1、“电子产品PCB设计”课程的相关岗位如表3-1所示表3-1 “电子产品PCB设计”课程的相关岗位课程名称电子产品PCB设计相关岗位名称相关典型工作任务电子产品PCB设计1、电子产品原理图设计与绘制；2、电子产品原理图元件设计；3、电子产品元件封装设计；4、电子产品PCB布局与布线；5、电子产品PCB板的DRC检查与故障排除。PCB板工程师1、PCB板制作；2、焊接工具维护及保养；3、根据图纸和器件的焊接要求，独立完成PCB板的焊接，进行焊接质量测试，及对PCB板进行清洗和指定工艺处理；4、PCB板测试2、对“电子产品PCB设计”课程相关岗位

3、的工作职责、岗位要求进行深入细致调研，得出相关的岗位职责和岗位要求如表3-2所示表3-2 电子产品PCB设计课程相关岗位的岗位职责与岗位要求序号岗位类别岗位职责岗位要求1PCB设计工程师1.在开发工程师的指导和要求下进行PCB设计工作.；2.能独立理解原理图，元器件Datasheet,并在此基础上进行PCB板图的合理布局布线；3.和PCB厂家进行有效沟通完成PCB版图的相关设计（如配芯，阻抗匹配等）及制版4. 监督完成PCB板的组装。知识与技能要求1) 掌握常用的电子CAD设计软件操作知识，能使用Altium Designer等PCB设计软件创建设计项目工程文件，加载需要使用的库文件。 2)

4、掌握原理图绘制方法和原理图元件制作方法，能创建原理图库文件和制作新元件，设置原理图库编辑环境，使用绘图工具，绘制元件引脚，进行参数设置。3）掌握元件封装设计方法，能创建封装库文件和制作新封装，设置封装库编辑环境，使用绘图工具，放置封装焊盘，进行参数设置。4）能参照已知的电路原理图，绘制符合GB/T 4728等国家标准的电路原理图，设置原理图编辑环境 ，设置图纸和模版，加载文件，放置元件，设置元件属性，元件电气连线，放置字符，电气规则检查与ERC校验。5）掌握PCB版图的设计流程，能进行PCB设计，包括创建PCB文件，加载PCB封装库，导入元器件到PCB，绘制板框，设置PCB属性，设置布线规则，

5、元件的手动布局，手动布线及自动布线，PCB布线规则检查（DRC检查）6）在设计中能按IPC-2221A等标准进行PCB设计，使PCB满足可测试性，可生产性和可维护性要求；器件布局能满足单板安装条件，符合可控制造性要求；PCB布线应选择合适的线宽、线距、转折等，符合电气规则（承载电流能力、电气间隙要求等）和可制造性要求；能按照产品安装尺寸大小、位置正确设计PCB版图大小及安装孔位置。素质要求沟通协调能力：正确理解电路软件设计师的设计意图和元件选择要求；团队合作：愿意与他人合作，主动与其他成员进行沟通交流，分享信息、知识和资源，愿意帮助其他成员解决所遇到的问题，无保留地将自己所掌握的技能传授给其他

6、成员；工作责任感：加深专业的认识，热爱专业、热爱职业岗位、建立积极的专业情感2PCB板工程师1、主要负责PCB、电路板焊接、芯片拆卸、各类接插件接线制作；2、负责焊接工具的维护及保养；3、根据图纸和器件的焊接要求，独立完成PCB板的焊接，进行焊接质量测试，及对PCB板进行清洗和指定工艺处理；4、按照要求完成线束、电缆的制作；5、配合电子工程师对PCB板进行测试。知识与技能要求1、熟练掌握电路板焊接技术，能正确识别各种元器件；2、熟练使用电烙铁等工具，熟练焊接直插、贴片元件及IC芯片；3、熟练使用Word、Excel等Office办公软件；4、熟悉制板设备和制板工艺流程，能熟练操作制板设备；5、

7、吃苦耐劳，对工作认真负责，踏实肯干，具有较强的责任心；3、课程目标分析根据课程相关岗位的工作职责和职位调研分析，明确课程的知识、技能和素养目标如表3-3所示表3-3 课程目标分析课程名称电子产品PCB设计课程目标知识目标1）掌握常用的电子CAD设计软件操作知识2）掌握PCB设计方法与制作工艺等知识3）掌握原理图绘制方法和原理图元件制作方法。4）掌握PCB版图的设计流程。5）掌握单面和双面印制板设计、PCB板布局布线的基本规则。6）掌握元件封装的制作方法。7）掌握对现有PCB板的分析与抄板方法。技能目标1) 能使用Altium Designer软件，创建设计项目工程文件，加载需要使用的库文件。

8、2) 能创建原理图库文件和制作新元件，设置原理图库编辑环境，使用绘图工具，绘制元件引脚，进行参数设置。3）能创建封装库文件和制作新封装，设置封装库编辑环境，使用绘图工具，放置封装焊盘，进行参数设置。4）能参照已知的电路原理图，绘制符合GB/T 4728等国家标准的电路原理图，设置原理图编辑环境 ，设置图纸和模版，加载文件，放置元件，设置元件属性，元件电气连线，放置字符，电气规则检查与ERC校验。5）能进行PCB设计，包括创建PCB文件，加载PCB封装库，导入元器件到PCB，绘制板框，设置PCB属性，设置布线规则，元件的手动布局，手动布线及自动布线，PCB布线规则检查（DRC检查）6）在设计中能

9、按IPC-2221A等标准进行PCB设计，使PCB满足可测试性，可生产性和可维护性要求；器件布局能满足单板安装条件，符合可控制造性要求；PCB布线应选择合适的线宽、线距、转折等，符合电气规则（承载电流能力、电气间隙要求等）和可制造性要求；能按照产品安装尺寸大小、位置正确设计PCB版图大小及安装孔位置。7）能对项目设计文件报表文件输出，输出BOM表元件清单报表文件。素养目标学习态度与6S管理：出勤正常，积极肯干，吃苦耐劳，责任感强，工位整洁、正确使用设备，课内不产生垃圾同步训练、课堂提问、拓展训练任务完成：完成作业情况团队合作：建立良好的人际关系、互相帮助、共同学习、共同达成目标4、根据“电子产

10、品PCB设计”课程相关的岗位职责和岗位要求，充分考虑教学的针对性，实效性和适用性，归纳课程涉及的知识点和技能点如表3-4所示：表3-4 梳理“电子产品PCB设计”课程涉及的知识和技能知识点技能点1.Altium Designer的安装、启动和关闭2.Altium Designer主窗口的组成和各部分的作用3.Altium Designer工程和文件的新建、保存、打开4.原理图的一般设计流程和基本原则5.原理图图纸的设置方法6.原理图模板的制作和调用7.原理图库的添加和移除8.原理图元件的放置、位置调整、属性设置、删除、复制、粘贴、选取操作方法9.原理图元件的连线方法，节点放置方法10.电源和接

11、地符号的放置方法11.原理图元件的查找方法12.掌握原理图元件的编辑方法13.原理图元件的创建方法14.在Altium Designer中使用Protel 99 SE元件库的方法15.总线、总线分支、网络标号的作用与绘制方法16.工程的编译和查错方法17.原理图元件的打印和报表生成18.元件的阵列粘贴方法19.Altium Designer编辑器中层面的概念20.PCB编辑器中显示层面的设置方法21.元件封装的含义，常用元件的封装22.印制电路板的设计制作过程23.PCB元件引脚封装的更改方法24.规划电路板的方法（向导法和绘制法）25.引脚封装和网络的载入的方法26.元件布局的方法27.主要

12、布线规则的设置方法，自动布线的操作方法28.载入引脚封装和网络时常见错误的修改和排除方法29.手工修改导线的必要性和操作方法30.添加电源端点的方法31.添加文字标注和尺寸标注的方法32.添加安装定位孔、覆铜区的方法33.PCB板DRC操作方法和违规错误的排除方法34.自制PCB元件引脚封装35.创建PCB引脚封装库文件的方法36.PCB元件引脚封装的编辑方法37.利用向导和手工二种方法创建PCB元件引脚封装38.手工绘制电路板边框的方法39.自制元件库的添加和自制封装元件的调用方法40.SMT元件引脚封装的制作方法41.手工修改导线的方法1.安装、启动和关闭Altium Designer软件

13、2.浏览Altium Designer主窗口和菜单3.新建、保存、打开Altium Designer工程和文件4.能说出原理图的一般设计流程和基本原则5.设置原理图图纸6.制作和调用原理图模板7.添加和移除原理图库8.放置、位置调整、属性设置、删除、复制、粘贴、选取原理图元件9.连线原理图元件，放置节点10.放置电源和接地符号11.在库中查找原理图元件12.编辑原理图元件13.创建原理图元件14.在Altium Designer中使用Protel 99 SE元件库15.绘制总线、总线分支、网络标号16.编译工程并查错17.打印原理图和生成元件报表18.阵列粘贴元件19.理解Altium Des

14、igner编辑器中层面的概念20.PCB编辑器中显示层面的设置方法21.能理解元件封装的含义，常用元件的封装22.能理解印制电路板的设计制作过程23.对PCB元件引脚封装更改24.规划电路板（向导法和绘制法）25.载入引脚封装和网络26.布局元件27.设置主要布线规则，操作自动布线28.载入引脚封装和网络时常见错误的修改和排除方法29.手工修改导线30.添加电源端点31.添加文字标注和尺寸标注32.添加安装定位孔、覆铜区33.PCB板DRC操作方法和违规错误排除34.自制PCB元件引脚封装35.创建PCB引脚封装库文件36.编辑PCB元件引脚封装37.创建PCB元件引脚封装38.手工绘制电路板

15、边框39.自制元件库的添加和自制封装元件的调用方法40.SMT元件引脚封装制作41.手工修改导线5、进一步明确专业核心技能、最前沿技术、关键素养，保证教学的有效性和时代性，确定电子产品PCB设计课程的核心点、前沿技术和关键素养如表3-5所示：表3-5 电子产品PCB设计课程的核心技能点、前沿技术和关键素养核心技能点前沿技术关键素养1.创建工程、原理图文档、原理图元件库、封装库和PCB文档2.安装库文件，调用原理图元件3.对元件进行编辑和操作4.创建原理图元件5.创建元件封装库和元件封装6.调用元件封装7.PCB元件布局8.PCB规则设置9.PCB布线10.PCB整理与DRC检查排错Allegr

16、oPADSADPCB布局布线能力、领悟能力、工作协调能力、沟通能力、团队合作精神6、根据“电子产品PCB设计”课程类型和教学特点，初步拟定以电路原理图PCB板为载体。如表3-6所示：表3-6 电子产品PCB设计课程载体选择方案1PCB电路板工作内容选取若干个PCB电路板，分别以工程和文档创建、库加载和元件调用、原理图元件制作、元件封装制作、调用封装到元件属性中、元件操作与连线、封装载入、电路板规划和元件手工布局、自动布线为主要内容螺旋递进训练设计PCB板7、拟定学习任务根据初选的载体，按照从易到难，由简单到复杂螺旋递进的规律，拟定8个学习任务，第1、2两个任务采用照葫芦画瓢的训练方式，进行，老

17、师演示，学生同步跟学；第3、4个任务采用仿制方法，给出参考的PCB板，要求学生在布局布线设计时参考样板进行设计；第5个任务开始，要求学生独立完成PCB板的设计，并根据产品工艺要求思考自己设计的产品是否符号要求。同时根据知识学习和技能训练需要，进一步细化学习任务。如表3-7所示：表3-7 拟定的“电子产品PCB设计”课程学习任务序号学习任务学习任务的细化1剖析整流滤波电路图剖析电路原理图分析电路图组成要素AD软件安装操作AD软件原理图编辑操作剖析PCB版图分析PCB版图组成要素AD软件PCB图界面熟悉与基本操作PCB编辑操作2三极管放大电路单面PCB图设计1、 创建文件夹和项目2、 创建原理图并

18、对图纸进行设置3、 原理图编辑4、创建PCB，设置PCB参数5、原理图元件转换PCB板，进行元件布局（对照样图）6、自动布线方式设计PCB板（对照样图）3多谐振荡器单面PCB图设计1、原理图设计2、创建原理图库，绘制原理图元件NE555NEW3、装载元件库并调用元件、绘制电路原理图4、修改元件属性，添加元件封装5、对原理图运行电气规则检查，并排除错误6、创建PCB，设置PCB参数7、原理图元件转换PCB板，元件布局（对照样图）8、 对照样例手动布线绘制PCB板4单片机控制继电器单面PCB图设计1、创建元件封装库，绘制元件封装JDQ2、将已有项目的电路原理图进行完善3、创建PCB，设置PCB参数

19、4、PCB布局设计（根据布局规则）5、设置布线规则6、手动自动混合布线7、DRC检查与排错5直流稳压电源单面PCB图设计1、原理图元件7812和元件封装CAP设计2、电路原理图设计3、PCB设计（根据布局规则）4、添加安装孔5、自动布线DRC检查与排错6、整理丝印标记7、输出BOM表6信号发生器双面PCB图设计1、修改元件封装SOT23_NEW 2、电路原理图设计3、PCB设计4、添加安装孔5、自动布线DRC检查与排错6、整理丝印标记7、输出BOM表7单片机控制LED 双面PCB图设计1、向导法制作元件封装DIP20 2、电路原理图设计3、PCB设计4、添加安装孔5、手工布线、DRC检查与排错

20、6、焊盘补泪滴，整理丝印标识7、输出BOM表80-99秒表双面PCB图设计1、绘制元件NE555NEW 2、绘制电路原理图并进行规则检查3、设计PCB版图4、添加安装孔5、在PCB上标注设计时间和设计者姓名6、焊盘补泪滴，整理丝印标识7、输出BOM表序号学习任务学习任务的细化1剖析整流滤波电路图剖析电路原理图分析电路图组成要素AD软件安装操作AD软件原理图界面熟悉与基本操作修改元件属性原理图元件布局与绘制原理图电气规则检查与排错剖析PCB版图分析PCB版图组成要素AD软件PCB图界面熟悉与基本操作PCB封装布局PCB布线（对照样例）丝印层标号调整2三极管放大电路单面PCB图设计1、 创建文件夹

21、和项目2、 创建原理图并对图纸进行设置3、 装载元件库并调用元件、绘制电路原理图4、 修改元件属性，添加元件封装5、 对原理图运行电气规则检查，并排除错误6、创建PCB，设置PCB参数7、 原理图元件转换PCB板，进行元件布局（对照样图）8、 自动布线设计PCB板3多谐振荡器单面PCB图设计1、创建项目、原理图并对图纸进行设置2、创建原理图库，绘制原理图元件NE555NEW3、装载元件库并调用元件、绘制电路原理图4、修改元件属性，添加元件封装5、对原理图运行电气规则检查，并排除错误6、创建PCB，设置PCB参数7、原理图元件转换PCB板，元件布局（对照样图）8、 对照样例手动布线绘制PCB板4

22、单片机控制继电器单面PCB图设计1、创建元件封装库，绘制元件封装JDQ2、将已有项目的电路原理图进行完善3、创建PCB，设置PCB参数4、PCB布局设计（根据布局规则）5、设置布线规则6、手动自动混合布线7、DRC检查与排错5直流稳压电源单面PCB图设计1、在已有库中绘制原理图元件7812和元件封装CAP2、绘制电路原理图并进行规则检查3、修改元件属性，添加元件封装4、PCB布局（根据布局规则）5、添加安装孔6、设置布线规则7、自动布线DRC检查与排错8、调整丝印标记9、输出BOM表6信号发生器双面PCB图设计1、在已有库中绘制元件封装SOT23_NEW 2、绘制电路原理图并进行规则检查3、设

23、计PCB版图（根据布局规则）4、设置布线规则5、添加安装孔6、自动布线7、DRC检查与排错8、调整丝印标记9、输出BOM表7单片机控制LED 双面PCB图设计1、在已有库中绘制封装DIP20 2、绘制电路原理图并进行规则检查3、设计PCB版图（根据布局规则）4、添加安装孔5、手工布线6、DRC检查与排错7、焊盘补泪滴，整理丝印标识8、输出BOM表80-99秒表双面PCB图设计1、绘制元件NE555NEW 2、绘制电路原理图并进行规则检查3、设计PCB版图4、添加安装孔5、在PCB上标注设计时间和设计者姓名6、焊盘补泪滴，整理丝印标识7、输出BOM表8、划分教学单元表3-8 电子产品PCB设计课

24、程教学单元设计方案单元名称对应的任务单元1 整流滤波电路剖析剖析电路原理图分析电路图组成要素AD软件安装操作AD软件原理图界面熟悉与基本操作修改元件属性原理图元件布局与绘制原理图电气规则检查与排错剖析PCB版图分析PCB版图组成要素AD软件PCB图界面熟悉与基本操作PCB封装布局PCB布线（对照样图）单元2 三极管放大电路单面PCB版图设计1、 创建文件夹和项目2、 创建原理图并对图纸进行设置3、 装载元件库并调用元件、绘制电路原理图4、 修改元件属性，添加元件封装5、 对原理图运行电气规则检查，并排除错误6、创建PCB，设置PCB参数7、 原理图元件转换PCB板，进行元件布局（对照样图）8、

25、 自动布线设计PCB板单元3 多谐振荡器单面PCB版图设计1、创建项目、原理图并对图纸进行设置2、创建原理图库，绘制原理图元件NE555NEW3、装载元件库并调用元件、绘制电路原理图4、修改元件属性，添加元件封装5、对原理图运行电气规则检查，并排除错误6、创建PCB，设置PCB参数7、PCB布局工艺8、要求原理图元件转换PCB板，元件布局9、对照样例手动布线绘制PCB板单元4 单片机控制继电器单面PCB版图设计1、创建元件封装库，绘制元件封装JDQ2、将已有项目的电路原理图进行完善3、创建PCB，设置PCB参数4、PCB布局设计（根据布局工艺要求）5、设置布线规则6、手动自动混合布线7、DRC

26、检查与排错单元5 直流稳压电源单面PCB版图设计1、在已有库中绘制原理图元件7812和元件封装CAP2、绘制电路原理图并进行规则检查3、修改元件属性，添加元件封装4、PCB布局（根据布局规则）5、添加安装孔6、设置布线规则7、自动布线DRC检查与排错8、调整丝印标记9、输出BOM表单元6 信号发生器双面PCB版图设计1、在已有库中绘制元件封装SOT23_NEW 2、绘制电路原理图并进行规则检查3、设计PCB版图（根据布局工艺要求）4、设置布线规则5、添加安装孔6、自动布线7、DRC检查与排错8、调整丝印标记9、输出BOM表单元7 单片机控制LED 双面PCB版图设计1、在已有库中绘制封装DIP

27、20 2、绘制电路原理图并进行规则检查3、设计PCB版图（根据布局工艺要求）4、添加安装孔5、手工布线6、DRC检查与排错7、焊盘补泪滴，整理丝印标识8、输出BOM表单元8 0-99秒表双面PCB版图设计1、绘制元件NE555NEW 2、绘制电路原理图并进行规则检查3、设计PCB版图4、添加安装孔5、在PCB上标注设计时间和设计者姓名6、焊盘补泪滴，整理丝印标识7、输出BOM表9、序化教学内容表3-9 电子产品PCB设计课程教学内容的整合与序化单元名称知识点技能点单元1 整流滤波电路剖析电路原理图的组成要素电路PCB版图的组成要素Altium Designer的安装、启动和关闭方法AD主窗口的

28、组成和各部分的作用A D基本操作原理图绘制流程原理图图纸的设置方法原理图元件、符号的操作方法元件封装的连接方法安装、启动和关闭AD软件浏览A D主窗口和各菜单功能设置原理图文件栅格等参数选项制作和调用原理图模板添加和移除原理图库查找、放置、旋转、删除、复制、粘贴、选取原理图元件操作，并进行属性设置连接各原理图元件，形成电路原理图连接各元件封装，形成PCB图单元2 三极管放大电路单面PCB版图设计新建、保存、打开AD工程和文件在AD中添加元件库的方法设置原理图图纸的方法装载元件库并调用元件的方法绘制电路原理图的方法修改元件属性，添加元件封装的方法原理图转PCB的方法设置PCB参数的方法元件布局方

29、法（参照样图法）自动布线设计PCB板的方法设置原理图文档选项添加和移除原理图库元件操作：查找、放置、旋转、删除、复制、粘贴、选取原理图元件操作，并进行属性设置布局并连接各原理图元件，形成电路图设置PCB编辑器参数元件封装操作：移动、旋转等单元3 多谐振荡器单面PCB版图设计原理图库创建，原理图元件绘制方法在AD中查找元件的方法设置原理图文档属性的方法修改元件属性，添加元件封装的方法原理图转PCB的方法设置PCB参数的方法PCB元件布局工艺PCB手工布线方法设置原理图文档选项添加和移除原理图库元件操作：查找、放置、旋转、删除、复制、粘贴、选取原理图元件操作，并进行属性设置布局并连接各原理图元件，

30、形成电路图设置PCB编辑器参数元件封装操作：移动、旋转等创建和编辑原理图元件调用自己设计的原理图元件单元4 单片机控制继电器单面PCB版图设计创建元件封装库，绘制元件封装JDQ测量元件封装尺寸的方法添加封装的方法创建PCB，设置PCB参数的方法PCB层的概念PCB设计的流程PCB布局设计（根据布局工艺要求）设置布线规则方法手动自动混合布线方法DRC检查与排错方法创建元件封装库和元件封装测量元件封装尺寸在已有封装的基础上修改封装内容和名称利用封装管理器对元件添加封装设置布线规则手动自动布线DRC检查、排错单元5 直流稳压电源单面PCB版图设计修改原理图元件方法PCB布局方法（根据低频板布局工艺）添加安装孔方法设置布线规则手动修改布线方法调整丝印标记方法输出BOM表方法修改原理图元件引脚序号，位置等PCB元件封装布局添加安装孔设置布线规则修改布线调整丝印符号输出BOM表单元6 信号发生器双面PCB版图设计修改元件封装方法高频板布线规则修改原理图后更新到PCB板的方法添加安装孔自动布线及修改方法DRC检查与排错方法调整丝印标记方法输出BOM表方法修改元件封装方法高频板布线规则修改原理图后更新到PCB板的方法添加安