2019年科協第一次硬件培訓總結

2019年科協第一次硬件培訓總結

物聯網工程學院科協第一次的硬件大培訓，主要爲大家講解了對於基本電路元器件的認知和AD18的使用，使用DXP生成PCB，手把手帶着大家繪製了流水燈。下面是對於培訓內容的詳細介紹：

一.認識元器件

1.認識元器件----電阻

簡介：
電阻器（Resistor）在日常生活中一般直接稱爲電阻。是一個限流元件，將電阻接在電路中後，電阻器的阻值是固定的一般是兩個引腳，它可限制通過它所連支路的電流大小。阻值不能改變的稱爲固定電阻器。阻值可變的稱爲電位器或可變電阻器。
種類：
固定電阻器，有線繞電阻和非線繞電阻（實心、膜式、玻璃釉）
可變電阻器，有滑線電阻器和可調線繞電阻器
敏感電阻器，熱敏電阻、光敏電阻、壓敏電阻
讀數：
帶有四個色環的其中第一、二環分別代表阻值的前兩位數；第三環代表倍率；第四環代表誤差。每種顏色所代表不同的數棕1，紅2，橙3，黃4，綠5，藍6，紫7，灰8，白9，黑0。例如當四個色環依次是黃、橙、紅、金色時，因第三環爲紅色、阻值範圍是幾點幾kΩ的，按照黃、橙兩色分別代表的數"4"和"3"代入,，則其讀數爲4.3 kΩ。第環是金色表示誤差爲5％。

下面看看電阻在AD18中的具體形象。


光敏電阻是根據光強的變化從會使其組織產生變化的敏感元器件。

熱敏電阻是根據溫度的變化其電阻值改變的敏感元器件。

壓敏電阻器是根據電壓的變化其電阻值產生變化的元器件。

2.認識元器件----電容

電容器：容納電荷的器件。廣泛應用於電路中隔直通交，耦合，旁路，濾波，調諧電路等。
特點：通交流電隔直流電；
2.1 電容器電壓不能突變：充放電時，存在電荷積累過程，電壓也存在建立過程；
2.2 電容器充電：兩極板分別帶等量異種電荷，每個極板帶電的絕對值爲電容器的帶電量；
2.3 電容器放電：電容器兩極正負電荷通過導線中和，放電過程中產生短暫的電流。
電容器的讀書方法分爲以下幾種：
2.1 直標法: 用數字和單位符號直接標出。如1uF表示1微法，有些電容用“R”表示小數點，如R56表示0.56微法。
2.2 文字符號法: 用數字和文字符號有規律的組合來表示容量。如p10表示0.1pF,1p0表示1pF,6P8表示6.8pF, 2u2表示2.2uF.
2.3 色標法: 用色環或色點表示電容器的主要參數。電容器的色標法與電阻相同。電容器偏差標誌符號：+100%-0–H、+100%-10%–R、+50%-10%–T、+30%-10%–Q、+50%-20%–S、+80%-20%–Z
2.4 數學計數法：如瓷介電容，標值272，容量就是：27X100pf=2700pf.如果標值473，即爲47X1000pf=後面的2、3，都表示10的多少次方）。又如：332=33X100pf=3300pf。
電容一般分爲無極性電容和電解電容。下面分別是原理圖和其部分封裝。

3.認識元器件----電感

簡介：
能產生電感作用的元件統稱爲電感原件，常常直接簡稱爲電感.
作用爲阻交流通直流,阻高頻通低頻(濾波)
種類：
按導磁體性質分類：空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈.
按電感量是否可調分類：固定電感器、可變電感器。
按用途分類：低頻阻流圈、高頻阻流圈、收音機、電視機專用線圈。
讀數：
直標法：在電感線圈的外殼上直接用數字和文字標出電感線圈的電感量,允許誤差及最大工作電流等主要參數。
色標法：同電阻標法.單位爲μH 。

4.認識元器件----二極管

簡介：
電子元件當中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過，許多的使用是應用其整流的功能。而變容二極管（Varicap Diode）則用來當作電子式的可調電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之爲“整流（Rectifying）”功能。二極管最普遍的功能就是隻允許電流由單一方向通過（稱爲順向偏壓），反向時阻斷 （稱爲逆向偏壓）。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。
種類：
按所用的半導體材料：可分爲鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。
按不同用途：可分爲檢波二極管、整流二極管、穩壓二極管、開關二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發光二極管、硅功率開關二極管、旋轉二極管等。
按照管芯結構：又可分爲點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。

二極管也分爲很多型號，它的具體命名規則如下：

下面我們來具體介紹一下二極管的工作特性：
4.1正向導通：二極管外加正向電壓，開始時正向電壓較小，不足以克服PN結內建電場，正向電流機會爲0，這一區域稱之爲死區。
當正向電壓大於死區，PN結克服內建電場，導通，電流隨電壓幾乎呈指數增長關係。
4.2反向截止：反向加電壓在一定範圍內，通過二極管的電流爲少數載流子漂移所產生，反向電流很小几乎爲0，因此認爲反向截止。
4.3擊穿：當反向電壓足夠大達到飽和時，電流急劇增大，溫度隨之上升，這時候如果不控制電流大小的話會造成二極管由於溫度過高而損壞。

二.AD18的使用和流水燈的繪製。

1.庫的添加

我們提供了兩個庫，分別是2019-esta的原理圖庫和封裝庫。
下面將介紹是如何將這兩個庫添加入AD18中。
首先壓縮包下載，解壓到自己熟知的一個文件夾下，然後在右邊打開Libraries界面，選擇 Libraries，選擇第二個installed，在下面找到installed for file。點擊，然後找到解壓後的目錄，將文件的類型選擇爲ALL files 然後選擇兩個庫文件點擊ok就可以將庫加入進去。

2.新建工程

Step 1:
打開AD18；
鼠標左鍵單擊File -> New->Project ->PCB Project創建新工程
Step 2:
在左側工程目錄找到PCB_Project.PrjPC
鼠標右鍵單擊 -> Add New to Project->Schematic添加原理圖文件
Step 3:
在左側工程目錄找到PCB_Project.PrjPC
鼠標右鍵單擊 -> Add New to Project->PCB同理添加原理圖文件
Step 4:
鼠標左鍵單擊左上角第二個按鈕，將工程文件保存在指定目錄
注意：第一個按鈕爲保存當前打開的文件，即如果當前窗口顯示的是原理圖就只保存了原理圖；第二個按鈕是保存所有文件，一般情況下會彈出三次保存目錄選擇，分別保存工程文件、原理圖文件和PCB文件，在第一次選擇恰當路徑後兩次直接單擊保存即可
注意：未保存的文件右側符號爲紅色，保存後變爲白色，在軟件使用過程中要記得經常保存，同時未保存的原理圖文件在生成PCB文件過程中可能會出錯。

3.原理圖

原理圖----工具欄

如圖所示，工具欄從左往右依次爲
• Selection Filter 選擇篩選器
• Drag Object 拖動物體
• Select Objects By Lasso 按套索選擇對象
• Align Objects（此處也可以打開對齊界面）
• Place Part（此處也可以打開Libraries界面）
• *Place Wire(Ctrl+W)
• *GND Power Port
• Place Signal Harness 放置信號線束
• Place Sheet Symbol 放置圖紙符號
• Place Port 放置端口（類似網絡標號，區別在於此工具可以支持多圖紙設計）
• Place Blanket 鋪毯
• *Place Text String
• Place Arcs
• 注意：右鍵可以打開下拉框；
• *標記項爲常用工具

Place Wire(Ctrl+W)
• *Wire 導線
• Bus 總線
• Bus Entry 總線分支
• *Net Label 網絡標號
• *標記項爲常用工具

GND Power Port
• *Place GND power port
• *Place VCC power port
• *Place +12 power port
• *Place +5 power port
• Place -5 power port
• Place Arrow style power port
• Place Wave style power port
• Place Bar style power port
• Place Circle style power port
• Place Signal Ground power port 信號地面電源端口
• 注意：拖出來的power port上的+5等可修改；
• *標記項爲常用工具

Place Text String
• *Text String
• Text Frame
• Note
• *標記項爲常用工具

Place Arcs
• Arc 弧
• Full Circle 圓
• Ellipse 橢圓
• *Line 線
• Rectangle 矩形
• Round Rectangle 圓角矩形
• Polygon 多邊形
• Bezier
• Graphic… 圖形（外部插入）
• *標記項爲常用工具

原理圖----元件的添加

首先打開AD18，在右邊打開Libraries界面。選擇恰當的庫文件，我們這裏使用的是2019-esta庫文件。而後選擇自己需要的元件，然後長按，就可以將元件拖入原理圖了。

原理圖----元件的對齊。

在有多個元件時，會顯得比較凌亂，所以這時候我們就需要對齊。選中需要對齊的元件，鼠標右鍵->Align->Align（或者快捷鍵A A ps;快捷鍵僅在英文輸入法下有效）,選擇恰當的對齊方式，如圖示爲水平左對齊，垂直均勻分佈，單擊OK即完成對齊.

原理圖----重命名

首先，我們雙擊需要修改名稱的元件，打開Properties屬性面板，修改Designator既可以修改元件名稱。

在元件件比較多時，這種命名方法顯然是顯得複雜了。我們這裏提供一種批量重命名的方法。選擇Tools->Annotation->Annotate Schematics（或者快捷鍵T A A）
選擇命名順序，鼠標左鍵單擊Update Changes List，選中OK確定，此時灰選的Accept Changes(Create ECO)可選，單擊。目錄中顯示爲修改名稱的元件，確認無誤後單擊Validate Changes->Execute Changes，完成重命名。

原理圖----連線

連線我們用到的是工具欄的Place Wire（快捷鍵Ctrl+W）。

4.PCB

在將我們繪製好的原理圖，以及整個PCB工程保存好後，我們就可以生成PCB了。Design->Update PCB Document PCB1.PcbDoc（或者快捷鍵D U）。
生成PCB後記得刪除Sheet的框，不然繪圖時會報錯

PCB----板層介紹

AD最多可提供32個信號層，這裏只介紹常用的幾個
信號層
TopLayer (頂層信號層) 也稱零件層，主要用來放置元器件，對於雙層板和多層板可以用來佈置導線或覆銅。
BottomLayer (底層信號層) 也稱焊接層，主要用於佈線及焊接，對於雙層板和多層板可以用來放置元器件。
絲印層
TopOverlay (頂層絲印層) 用於標註元器件的投影輪廓、元器件的標號、標稱值或型號以及各種註釋字符。
BottomOverlay (底層絲印層) 與頂層絲印層相同，若所有標註在頂層絲印層都已經包含，底層絲印層可關閉。
MechanicalLayers (機械層) 機械層，一般用於放置有關制板和裝配方法的指示性信息，如PCB的外形尺寸、尺寸標記、數據資料、過孔信息、裝配說明等信息。

PCB----線寬

Design->Rules(快捷鍵D R）
注意：僅在打開PCB文件時可用，用於設置PCB繪製規則

然後完成連續就可以了。

PCB----滴淚

打開Tools，選擇Teardrops，然後點擊ok，就滴淚完成了。
注意：滴淚處的範圍是可以自己調節的

PCB----裁板

爲了板子美觀大小合適，我們會選擇裁板。
首先用線畫出板子外形，（注意：必須閉合），拖動鼠標選中所有（快捷鍵Ctrl+A）然後進行切板，選擇Design->Board Shape->Define from selected objects。切板後我們需要爲板子四周添加機械層，Design->Board Shape->creatprimitives from Board Shape。

PCB----佈線規則

在繪製PCB時，爲了達到更好的電氣效果，需要遵守一定的規則，如華爲公司設計了《華爲PCB設計規範》，這裏僅列舉常用的幾條：
電源線一般較寬，以便承受更大的電流；信號線越短越好，且遠離電源等干擾較大的電路
不同層之間的信號線應垂直佈線
擺放佈局要合理（人性化）；元器件之間要儘量緊湊；元器件之間的白線儘量少交叉
連線儘量短、直；連線避免銳角和直角；模擬電路、地線不能出現環路；一般不允許出現一段浮空的線，避免天線效應。

四. 總結

本次培訓的內容是最基礎的一些電路知識。包括了一些基本元器件的用處和功能，以及帶大家使用了AD18這個軟件，練習如何繪製原理圖和PCB。內容都很基礎實用，部分專業的同學也都會在未來用到這些知識。但是還是希望大家勤加練習，早日成爲大佬！！！！