《印制电路板设计入门》教学大纲
课程英文名 | The Basis of PCB Design | 课程代码 | 17E0011 |
学分 | 1 | 总学时 | 16 | 理论学时 | 8 | 实验/实践学时 | 8 |
课程类别 | 通识教育课 | 课程性质 | 通识任选 | 先修课程 | 电路基础 |
面向对象 | 工科类各年级学生 | 开课学院 | 工程训练中心 |
执笔人 | 芮新芳 | 审定人 | 张松慧 | 制定时间 | 2020 年10 月 |
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一、课程地位
《印制电路板设计入门》是面向全校工科各专业学生开设的基础性公共实践课程，是融合了电路原理、计算机应用技术、智能制造工艺等多学科的实践课程。通过本课程的学习和实训，使学生了解并掌握电子产品从设计到成品的整个过程，从中学到新技术、新工艺，培养学生的工程实践能力。本课程也是一门学生参与电气类学科竞赛、创新创业等活动的基础课程。通过本课程的学习和实训，学生的综合素质与职业能力得到提高。
二、课程目标
1.熟练掌握使用Altium Designer绘制电路原理图、绘制电路原理图符、绘制封装、绘制PCB。
2.掌握电子产品的电路板制作的工艺流程，使学生对电路板设计获得感性认识。
3.培养学生的综合实践能力和创新能力，提高学生的工程实践能力与综合素质。
4.以项目为教学案例，让学生对电子产品的设计与实现过程有全面的了解，培养学生的动手实践能力、激发学生创新创业意识。
5.培养学生与人沟通的能力。
课程思政目标
以一个实训项目贯穿整个教学过程，培养和提升学生“求真务实”的科学素养。该项目按照①绘制电子产品的原理图（包含绘制原理图符）→②绘制电子产品的PCB图（包含绘制元器件封装）→③PCB打样→④焊接PCB→⑤验收电子产品功能的顺序来实施和推进。其中步骤①~④都是步骤⑤的前提和基础，每个步骤都很重要，都容不得出错，即便一点小失误也会导致电子产品无法正常工作。真正让学生认识到只有脚踏实地、一步一个脚印走好过程中的每一步，最终才能有所收获。
三、课程目标达成的途径与方法
根据本课程特点，采用线上、线下相结合的教学模式，线上以教师为主体进行演示教学，线下以学生为主体完成上机实验，以项目为导向，并辅之以课堂讨论、教学资源网络共享等多种形式或途径，确保达成课程的教学目标。
四、课程主要内容与基本要求
序号 | 教学内容 | 基本要求 |
第一章 | PCB设计软件Altium Designer简介； PCB的设计过程及相关概念； 创建项目； 原理图绘制过程； 元器件原理图符的绘制过程； 引导学生对设计结果反复修改至没有错误。 | 理解PCB设计的现实意义；了解PCB设计软件Altium Designer的发展历程；了解PCB的设计过程；掌握用该软件建立项目的方法；熟练掌握在项目中建立原理图文件及原理图符文件的方法及过程；理解常用的集成库文件，能根据需要迅速找到元器件；熟练掌握原理图的错误排查方法。 |
第二章 | PCB图的绘制及后续处理；引导学生对设计结果反复修改至没有错误。 PCB打样。 | 理解封装的实际含义及它对PCB设计的重要性；熟练掌握封装库文件的建立及元器件封装的绘制过程；熟练掌握原理图中各元器件封装属性的设置；了解电路板的基础知识；理解电路板设计中“层”的概念；熟练掌握PCB文件及封装库文件的建立方法；掌握原理图与PCB图之间的区别、联系及对应关系；掌握原理图与PCB图之间的更新方法；掌握PCB的优化原则；熟练掌握PCB文件的后续处理；了解PCB打样流程。 |
第三章 | PCB的装配及焊接、电子产品实物验收。 | 掌握电路板上各元器件正确的安装、焊接方法；了解电子产品的调试方法。 |
五、课程学时安排
章节号 | 教学内容 | 学时数 | 学生任务 | 对应课程目标 |
第一章 | PCB的概念；Altium Designer的发展及应用；项目的概念；使用该软件绘制原理图的方法；常见的各类集成库文件；元器件原理图符绘制；原理图文件的编译及错误排查；常见问题汇总分析；强调正确绘制原理图和原理图符对下一步设计的影响以及该环节在电子产品设计过程中的重要性，学生需认真且无误地完成。 | 4 | 1、课前：查找资料，了解常用的几款PCB设计软件；完成Altium Designer软件的安装； 下载课件预习。 2、课堂上未完成实验内容需课后完成。 3、课后回看教学视频，自查或互查作业中是否有误。 4、及时纠正作业中的错误，保证原理图中没有任何错误。 | 1，2，3，4，5 思政目标 |
第二章 | 元器件封装的绘制； PCB文件的建立； 问题汇总分析、讨论； PCB文件的后续处理及电路板；打样； 强调正确绘制PCB图和封装对后续设计的影响以及该环节在电子产品设计过程中的重要性，学生认真完成后还需反复核对，保证PCB图无误。 | 9 | 1、课前预习封装的绘制、PCB绘制的相关知识点。 2、课堂上未完成实验内容课后继续完成。 3、课后回看讲课视频，巩固所学内容。 4、作业中的错误要及时纠正，保证PCB图正确。 | 1，2，3，4 思政目标 |
第三章 | 电路板上各元器件的安装、焊接、调试、实物作品的验收； 强调焊接质量对电子产品的影响；强调元器件的选型、正负极（对二极管、电容等）、安装方向等因素对电子产品的重要性，学生需认真且无误地完成。 | 3 | 课前预习以了解电子元器件的性质，并了解电子产品的装配、焊接及调试方法。 | 1，2，3，4，5 思政目标 |
六、实践环节及基本要求
序号 | 实验项目名称 | 学时 | 基本要求 | 学生任务 | 实验性质 | 实验类别 |
1 | 绘制原理图 | 1 | 掌握原理图的绘制方法和过程 | 建立一个项目，并为该项目建立绘制原理图文件，并绘制原理图。 | 演示性 | 必做 |
2 | 绘制原理图符 | 1 | 掌握元器件原理图符的绘制过程并完善原理图 | 绘制原理图中要用到的某元器件的原理图符，并完善原理图。 | 演示性 | 必做 |
3 | 绘制封装 | 1 | 完成封装的绘制 | 建立新的封装库文件，并在其中绘制新的封装。 | 演示性 | 必做 |
4 | 绘制PCB | 1.5 | 完成PCB的绘制 | 在已有项目中成功导入元器件，合理排布这些元器件；设定布线规则；完成自动布线。 | 设计性 | 必做 |
5 | PCB优化及后续处理、电路板打样 | 1 | 优化PCB，电路板打样 | 手工优化PCB的设计并对其后续处理；完成电路板打样。 | 演示性 | 必做 |
6 | 电路板元器件的装配及焊接 | 1.5 | 完成电路板元器件的装配及焊接 | 领取电子元器件，将它们焊接在电路板上 | 演示性 | 必做 |
7 | 电路板调通电试及验收 | 1 | 电路板的功能验收 | 电路板通电后，验证其功能；若功能未实现，查明原因并积极补救。 | 演示性 | 必做 |
注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。
七、考核方式及成绩评定
考核内容 | 考核方式 | 评定标准（依据） | 占总成绩比例 |
过程考核 | 综合考虑考勤、平时作业完成情况、实验报告、总结报告等因素。 | 优秀：无迟到，作业、实验报告、总结报告完成，且质量为“优”。 良好：迟到3次以内，作业、实验报告、总结报告完成，且质量为“良”。 中等：无旷课；作业、实验报告、总结报告完成质量为“中”。 合格：旷课1次以内，作业、实验报告、总结报告基本完成； 不合格：旷课2次以上或作业、实验报告、总结报告没有完成。 | 50% |
期末考核 | 项目验收成绩作为期末考核成绩。验收成绩综合考虑电路板的功能实现情况、电路板的元器件的布局、安装、焊接及走线情况。 | 优秀：项目验收功能实现，元器件布局合理，走线符合要求； 良好：项目验收功能实现，元器件布局基本合理，走线符合要求； 中等：项目验收功能实现，元器件布局基本合理，但有2~3处走线明显需改进； 合格：功能不能实现，但通过修改电路板（如增加跳线，或断开印刷导线，或修改由于元器件焊接或安装错误）使其功能正常化； 不合格：功能不能实现，元器件布局混乱，走线出现短路现象或没有完全布通（断路），并且无法修改至功能正常。 | 50% |
考核类别 | 考查 |
成绩登记方式 | 五级制 |
八、推荐教材与主要参考书
（一）推荐教材：PCB设计与制作（基于Altium Designer），邢云凤，中国铁道出版社有限公司，2019年7月第1版
（二）主要参考书：
1. Altium Designer应用电子设计认证之PCB绘图师，张义和，清华大学出版社，2018年4月第1版
