第七章電子線路設(shè)計(jì)1.電子線路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)--Multisim14簡(jiǎn)介2.主界面菜單欄命令3.電子線路原理圖的設(shè)計(jì)4.PCB板的設(shè)計(jì)與制作5.項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作目錄EDA技術(shù)概述

EDA技術(shù)簡(jiǎn)介EDA技術(shù)基于CAD發(fā)展，用于集成電路設(shè)計(jì)、驗(yàn)證及物理實(shí)現(xiàn)，顯著提升設(shè)計(jì)效率。

Multisim14特點(diǎn)Multisim14支持電路仿真與調(diào)試，提供豐富元件庫(kù)及實(shí)時(shí)分析功能，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)驗(yàn)證流程。

嘉立創(chuàng)功能嘉立創(chuàng)為國(guó)產(chǎn)PCB設(shè)計(jì)工具，集成自動(dòng)布線、規(guī)則檢查，支持多層板與高密度布線需求。7.1電子線路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)Multisim14簡(jiǎn)介：Multisim14概述

Multisim基本介紹Multisim是美國(guó)NI公司推出的Windows仿真工具，適用于板級(jí)模擬/數(shù)字電路板設(shè)計(jì)，含原理圖和硬件描述語(yǔ)言輸入，具備豐富仿真分析能力。7.1.1NIMultisim14的概述軟件背景與發(fā)展NIMultisim14是由美國(guó)國(guó)家儀器公司推出的一款電路仿真工具，自2005年收購(gòu)加拿大IIT公司后，經(jīng)過多年的發(fā)展與升級(jí)，至2015年推出了功能更強(qiáng)大的14.0版本。主要功能與特點(diǎn)NIMultisim14提供了電路原理圖的圖形輸入、硬件描述語(yǔ)言輸入方式，并具備豐富的仿真分析能力，包括全新的參數(shù)分析和嵌入式硬件集成電路等高級(jí)功能。應(yīng)用領(lǐng)域與價(jià)值該軟件不僅幫助教師鞏固學(xué)生對(duì)電路理論的理解，實(shí)現(xiàn)課堂學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)的有效銜接，還廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，助力工程師通過混合模式仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)決策和電路行為。7.1.2NIMultisim14.0新特性主動(dòng)分析模式NIMultisim14.0引入的主動(dòng)分析模式，通過優(yōu)化算法和界面設(shè)計(jì)，顯著提升了仿真速度和效率，使用戶能夠更快速地獲得精確的電路分析結(jié)果。新版本中的電壓、電流和功率探針功能，提供了一種直觀的方式來觀察和分析電路中的關(guān)鍵參數(shù)，增強(qiáng)了交互式仿真的體驗(yàn)，幫助用戶更好地理解電路行為?；赪eb的MultisimLiveMultisimLive是Multisim桌面版基于Web的擴(kuò)展，可以隨時(shí)隨地使用任何設(shè)備來了解、探索和分析電路設(shè)計(jì)。電壓、電流和功率探針7.1.3NIMultisim14.0的編輯環(huán)境010302用戶界面友好性NIMultisim14.0的編輯環(huán)境設(shè)計(jì)以用戶為中心，提供了一個(gè)直觀且易于操作的界面，使得電路設(shè)計(jì)和仿真過程變得簡(jiǎn)單快捷，極大地提高了工作效率。功能區(qū)域劃分明確該軟件的主窗口清晰地劃分為多個(gè)功能區(qū)域，包括工具欄、項(xiàng)目管理器和工作區(qū)域等，每個(gè)區(qū)域都承擔(dān)著特定的功能，幫助用戶更好地組織和管理電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目。實(shí)時(shí)信息反饋機(jī)制在NIMultisim14.0中，狀態(tài)欄和電子表格視圖提供了實(shí)時(shí)的信息反饋，無論是文件運(yùn)行階段的消息還是操作過程中的相關(guān)提示，都能即時(shí)顯示，增強(qiáng)了用戶的交互體驗(yàn)。7.1.3NIMultisim14.0的編輯環(huán)境7.2.1菜單欄菜單欄概覽Multisim14的菜單欄位于主窗口頂部，包含F(xiàn)ile、Edit等12個(gè)主菜單，每個(gè)菜單下都有多個(gè)子菜單，為用戶提供了全面的功能操作選項(xiàng)。01功能分類菜單欄中的每個(gè)主菜單都對(duì)應(yīng)著不同的功能類別，如文件操作、編輯工具、視圖設(shè)置等，使得用戶能夠快速找到所需的功能并進(jìn)行操作。02操作便捷性通過菜單欄，用戶可以方便地訪問Multisim14的所有功能，無論是新建項(xiàng)目、導(dǎo)入元件還是進(jìn)行仿真分析，都能通過簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊完成。03文件（File）菜單主要用于管理所創(chuàng)建的電路文件，各子菜單的功能如圖7.2.1所示。1.文件菜單編輯（Edit）菜單包括一些最基本的編輯操作命令（如Cut、Copy、Paste、Undo等命令），以及元器件的位置操作命令。2.編輯菜單視圖（View）菜單包括調(diào)整窗口視圖的命令，用于添加或隱藏工具條、元件庫(kù)欄和狀態(tài)欄。3.視圖菜單放置（Place）菜單包括放置元器件、結(jié)點(diǎn)、線、文本、標(biāo)注等常用的繪圖元素，同時(shí)包括創(chuàng)建新層次模塊、層次模塊替換、新建子電路等關(guān)于層次化電路設(shè)計(jì)的選項(xiàng)。4.放置菜單文件（File）菜單主要用于管理所創(chuàng)建的電路文件，各子菜單的功能如圖7.2.1所示。5.MCU菜單仿真（Simulate）菜單包括一些與電路仿真相關(guān)的選項(xiàng)，如運(yùn)行、暫停、停止、儀表、誤差設(shè)置、交互仿真設(shè)置等6.仿真菜單文件傳輸（Transfer）菜單用于將所搭建電路及分析結(jié)果傳輸給其他應(yīng)用程序，如PCB、MathCAD和Excel等7.文件傳輸菜單報(bào)表（Reports）菜單包括與各種報(bào)表相關(guān)的選項(xiàng)。8.報(bào)表菜單選項(xiàng)（Options）菜單可對(duì)程序的運(yùn)行和界面進(jìn)行設(shè)置。9.選項(xiàng)菜單窗口（Window）菜單包括與窗口顯示方式相關(guān)的選項(xiàng)。10.窗口菜單幫助（Help）菜單提供幫助文件，按下鍵盤上的〈F1〉鍵也可獲得幫助。11.幫助菜單工具（Tools）菜單用于創(chuàng)建、編輯、復(fù)制、刪除元器件，可管理、更新元器件庫(kù)等。12.工具菜單7.2.2工具欄標(biāo)準(zhǔn)工具欄標(biāo)準(zhǔn)工具欄提供了一系列文件操作的快捷方式，如新建、打開、打印等，極大地提高了用戶在電子線路設(shè)計(jì)和仿真過程中的效率。主”工具菜單可進(jìn)行電路的建立、仿真及分析，并最終輸出設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)等，完成對(duì)電路從設(shè)計(jì)到分析的全部工作視圖工具欄“視圖”工具欄中為用戶提供了一些視圖顯示的操作方法，如放大、縮小、縮放區(qū)域縮放頁(yè)面、全屏等，方便調(diào)整所電路的視圖大小。7.2.2工具欄“Placeprobe”(放置探針)工具欄可以利用Multisim提供的探針工具來測(cè)量電路中的電壓、電流等參數(shù)，從而更準(zhǔn)確地分析電路的工作特性。仿真工具欄仿真工具欄提供了運(yùn)行仿真的快捷鍵，用戶可以通過它開始或停止電路仿真，這對(duì)于驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)的正確性和性能至關(guān)重要。元器件工具欄元器件工具欄按模型分類，包含18個(gè)元器件庫(kù)，每個(gè)庫(kù)放置同一類型的元器件，方便用戶快速找到并使用所需的電子元件。7.2.2工具欄“虛擬”工具欄在這個(gè)路徑下View--Toolbars----Virtual下是“虛擬”工具欄，顯示/隱藏模擬系列、顯示/隱藏基本系列、顯示/隱藏二極管系列等“儀表”工具欄在操作界面的最右邊一列，是進(jìn)行虛擬電子實(shí)驗(yàn)和電子設(shè)計(jì)仿真的最快捷而又形象的特殊窗口?！皥D形注解”工具欄用于在原理圖中繪制所需要的標(biāo)注信息，不代表電氣連接037.3.1元器件工具欄元器件工具欄（Componenttoolbar）實(shí)際上是用戶在電路仿真中可以使用的所有元器件符號(hào)庫(kù)，它與Multisim14的元器件模型庫(kù)對(duì)應(yīng)，共有18個(gè)分類庫(kù)，每個(gè)庫(kù)中放置著同一類型的元器件。在取用其中的某一個(gè)元器件符號(hào)時(shí)，實(shí)質(zhì)上是調(diào)用了該元器件的數(shù)學(xué)模型。在電路仿真中可以使用的所有元器件符號(hào)庫(kù)，它與Multisim14的元器件模型庫(kù)對(duì)應(yīng)，共有18個(gè)分類庫(kù)，每個(gè)庫(kù)中放置著同一類型的元器件。1.元器件模型庫(kù)虛擬元器件箱中的元器件（帶綠色襯底）可直接調(diào)用，然后再通過其屬性對(duì)話框設(shè)置其參數(shù)值。而使用實(shí)際元器件可以使仿真更接近于實(shí)際情況，而且實(shí)際的元器件都有元器件封裝標(biāo)準(zhǔn)，可將仿真后的電路原理圖直接轉(zhuǎn)換成PCB文件2.基本（Basic）元器件庫(kù)可以通過以下兩種方法在元器件庫(kù)中找到元器件：1.通過電路窗口上方的元器件工具欄或選擇菜單“Place”→“Component”命令瀏覽所有的元器件系列。查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的特定的元器件。選取一交流電源器件7.3.2元器件的選取Database：元器件所在的庫(kù)。Group：元器件的類型Family：元器件的系列Component：元器件名稱Symbol：顯示元器件的示意圖。Function：元器件功能簡(jiǎn)述Modelmanuf./D：元器件的制造廠商/編號(hào)Footprintmanuf./Type：元器件封裝廠商/模式Hyperlink：超鏈接文件。7.3.3選擇元器件和使用瀏覽窗口7.3.4NIMultisim14原理圖的輸入和仿真010203創(chuàng)建原理圖通過“開始”→“所有程序”“NIMultisim14”命令或，通過“File”菜單中的“Saveas”選項(xiàng)更改電路名完成文件的保存。打開已存在文件若要打開一個(gè)已存在的文件，用戶只需選擇“File”→“Open”命令，瀏覽到文件存放路徑，選中目標(biāo)文件后單擊"Open"按鈕即可。Multisim14支持直接打開早期版本或其他仿真軟件的文件。電路設(shè)計(jì)與仿真本例通過設(shè)計(jì)一個(gè)七段碼顯示十進(jìn)制數(shù)的電路，詳細(xì)介紹了在Multisim14中從電路設(shè)計(jì)到仿真完成的全過程，展示了軟件在電子電路設(shè)計(jì)與分析中的應(yīng)用能力。1．創(chuàng)建原理圖2．放置元器件3.點(diǎn)擊運(yùn)行7.3.4NIMultisim14原理圖的輸入和仿真7.4.1嘉立創(chuàng)EDA簡(jiǎn)介嘉立創(chuàng)EDA概述嘉立創(chuàng)EDA是一款中國(guó)獨(dú)立開發(fā)的云端PCB設(shè)計(jì)軟件，旨在為廣大電子工程師、教師、學(xué)生及制造商提供高效、便捷的電路設(shè)計(jì)解決方案。功能與版本差異嘉立創(chuàng)EDA分為標(biāo)準(zhǔn)版和專業(yè)版，標(biāo)準(zhǔn)版適合電子愛好者和教育工作者使用，支持300個(gè)元件以下的電路設(shè)計(jì)；而專業(yè)版則面向?qū)I(yè)開發(fā)人員，適用于更復(fù)雜的PCB設(shè)計(jì)需求。一站式服務(wù)特色嘉立創(chuàng)EDA不僅提供設(shè)計(jì)工具，還整合了打版、元件下單、制作等一條龍服務(wù)，極大地簡(jiǎn)化了從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的流程，助力用戶專注于創(chuàng)造與創(chuàng)新。PCB板的設(shè)計(jì)與制作：7.4.1嘉立創(chuàng)EDA簡(jiǎn)介嘉立創(chuàng)EDA概況與使用

01嘉立創(chuàng)EDA簡(jiǎn)介中國(guó)自主研發(fā)，云端PCB設(shè)計(jì)軟件，服務(wù)電子工程師、教師、學(xué)生等，體現(xiàn)國(guó)產(chǎn)軟件在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)嵙Α?/p>

02嘉立創(chuàng)EDA使用方式聯(lián)網(wǎng)即用，瀏覽器輸入官方網(wǎng)址或搜索“嘉立創(chuàng)EDA”登錄主頁(yè)，提供在線與離線使用，包括標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)、教育版。PCB板的設(shè)計(jì)與制作：PCB板原理圖的設(shè)計(jì)原理圖基本概念原理圖是表示電路板器件連接原理的圖表，含電路所需電子元器件的電氣符號(hào)，可通過導(dǎo)線、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)、總線等方式連接。PCB設(shè)計(jì)階段主要包括制作元件封裝、繪制PCB、DRC檢查等工作;生產(chǎn)文件導(dǎo)出階段主要有導(dǎo)出坐標(biāo)文件、Gerber文件、BOM等工作。在原理圖設(shè)計(jì)階段，工程師們需要完成元件符號(hào)的制作、原理圖的繪制以及原理圖的檢查等工作。進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)階段，任務(wù)則轉(zhuǎn)變?yōu)樵庋b的制作、PCB布局的繪制以及設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）。而在生產(chǎn)文件導(dǎo)出階段，工程師們需要導(dǎo)出坐標(biāo)文件、Gerber文件以及物料清單（BOM）等關(guān)鍵文件。7.4PCB板設(shè)計(jì)與制作嘉立創(chuàng)EDA是一個(gè)基于云端平臺(tái)的工具，聯(lián)網(wǎng)即用，只需在瀏覽器地址欄中輸入官方網(wǎng)址，或用搜索引警搜索“嘉立創(chuàng)EDA”，即可登錄嘉立創(chuàng)EDA主頁(yè)7.4PCB板設(shè)計(jì)與制作左側(cè)是工程項(xiàng)目，可以新建工程/打開已有工程，在工程里點(diǎn)擊右鍵可以進(jìn)行新建原理圖、PCB板等操作。如圖7.4.2所示。元件庫(kù)在最左側(cè)，點(diǎn)擊元件庫(kù)，可以搜尋自己需要的元器件，可以在元件庫(kù)左側(cè)查找，也可以在上方搜索，如圖7.4.3所示是搜索三極管的元件。系統(tǒng)給出了各種型號(hào)的庫(kù)存及價(jià)格，方便我們控制成本。PCB板畫好后可以看到元器件清單、價(jià)格一鍵下單。PCB板的設(shè)計(jì)與制作：PCB板的制作

PCB板制作流程依據(jù)原理圖，導(dǎo)入PCB，先布局元件，按功能分區(qū)，定位接口散熱件，優(yōu)化布線路徑，預(yù)留安裝散熱空間。

元件布局原則按電源、信號(hào)處理、接口等功能模塊分區(qū)，優(yōu)先固定接口、散熱器件，利用飛線調(diào)整位置，縮短布線，預(yù)留裝配空間。PCB板的設(shè)計(jì)與制作：PCB板的制作

PCB分類（按電路層數(shù)分類）單面板：零件與導(dǎo)線分兩面（貼片元件與導(dǎo)線同面，插件在另一面）。雙面板：兩面布線，導(dǎo)孔連接電路。多層板：增加布線面積，用更多單/雙面布線板，層數(shù)多為偶數(shù)。PCB板的設(shè)計(jì)與制作：PCB板的制作PCB工具

PCB設(shè)計(jì)界面工具頂部菜單含放置、工具、編輯，支持導(dǎo)線、焊盤、過孔等，輔助精確設(shè)計(jì)，滿足多樣化需求。

焊盤與過孔功能焊盤承載元件，構(gòu)成電路基礎(chǔ)；過孔連通層間，實(shí)現(xiàn)跳線、接地、散熱，關(guān)鍵參數(shù)為外徑和鉆孔尺寸。PCB板的設(shè)計(jì)與制作：PCB板的制作布線PCB設(shè)計(jì)流程繪制板框定邊界，設(shè)線寬間距，元件布局優(yōu)化，手動(dòng)布線關(guān)鍵信號(hào)，自動(dòng)輔助非關(guān)鍵，覆銅刷新連網(wǎng)，變更同步保一致。PCB制作步驟執(zhí)行DRC檢查修違規(guī)，鋪銅接地抗干擾，出Gerber文件與BOM，核價(jià)存優(yōu)成本，確認(rèn)下單進(jìn)生產(chǎn)，兼顧功能成本造，設(shè)計(jì)高效落地行。PCB板的設(shè)計(jì)與制作：PCB板的制作布線技巧

元器件放置單面放置最佳，雙面時(shí)底層宜貼片，頂層可插針，效仿顯卡PCB布局，單面絲印層節(jié)約成本。接口元器件安排接口置于邊緣，如串并口，避免中央放置，明確標(biāo)注類型及電壓，高頻器件近CPU，大電流遠(yuǎn)離邏輯區(qū)，考慮分板提升抗干擾。電源與芯片處理電源旁置0.1μF以上電容，電源轉(zhuǎn)換芯片配10μF電容，貼片電容緊鄰元器件電源腳，統(tǒng)一編號(hào)位置，防重疊。線徑與拐角優(yōu)化線徑變化處防反射，45度角優(yōu)于直角，圓角最佳但設(shè)計(jì)復(fù)雜，敏感信號(hào)用圓角，高壓低壓元器件間設(shè)電氣隔離帶。7.4.2PCB板制作PCB板的分類與特點(diǎn)PCB板根據(jù)電路層數(shù)的不同，可分為單面板、雙面板和多層板。單面板零件集中在一面，導(dǎo)線在另一面；雙面板兩面都有布線，通過導(dǎo)孔連接；多層板則由多個(gè)單或雙面的布線板組成，通常層數(shù)為偶數(shù)。焊盤和過孔的作用與設(shè)計(jì)焊盤是元器件焊接的基礎(chǔ)單元，用于構(gòu)成電路板的焊盤圖案；而過孔則是實(shí)現(xiàn)層與層之間連接的關(guān)鍵，通過鉆孔并金屬化處理，使各層導(dǎo)線得以連通。過孔的設(shè)計(jì)需考慮外徑、鉆孔尺寸等因素，以滿足跳線、接地、散熱等功能需求。PCB工具與布線技巧PCB工具包括導(dǎo)線、焊盤、過孔等多種元素，用于繪制和編輯電路板。在布線時(shí)，應(yīng)合理安排元器件的位置和方向，避免干擾和噪聲，提高電路板的整體性能。同時(shí)，還需注意接口元器件的放置和標(biāo)識(shí)，以及大電流電路和開關(guān)電路的布局。布線技巧元器件最好單面放置合理安排接口元器件的位置和方向在電源和芯片周圍盡量放置去耦電容和濾波電容通常線的拐角處會(huì)有粗細(xì)變化，拐角方式對(duì)于線的粗細(xì)變化情況，直角是最差的，45度角好一些，圓角是最好的。7.4.2PCB板制作7.5項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作

EDA綜合能力培養(yǎng)了解項(xiàng)目主體電路組成及工作原理，熟悉集成電路及電子元器件使用，學(xué)習(xí)電子電路常用元器件綜合應(yīng)用。

掌握用EDA軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試電路的基本方法單擊此處添加項(xiàng)正文

掌握PCB板的設(shè)計(jì)制作方法單擊此處添加項(xiàng)正文057.5實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目1.設(shè)計(jì)目的(1)了解所選項(xiàng)目主體電路的組成及工作原理。(2)熟悉集成電路及有關(guān)電子元器件的使用。(3)學(xué)習(xí)電子電路中常用元器件的綜合應(yīng)用。2.掌握用設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試電路的基本方法。3.掌握PCB板的設(shè)計(jì)制作方法。4.驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試：根據(jù)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的電路，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。（2）答辯考核：每組制作PPT匯報(bào)，集體參加答辯。重點(diǎn)考核PPT制作質(zhì)量設(shè)計(jì)方案、電路設(shè)計(jì)、仿真結(jié)果分析、團(tuán)隊(duì)合作、語(yǔ)言表達(dá)、問題回答等。（3）實(shí)訓(xùn)報(bào)告：完成驗(yàn)收后每位同學(xué)提交一份。7.5項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作：驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試根據(jù)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的電路，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行（可以只有軟件仿真）。

答辯考核每組制作PPT匯報(bào)并集體答辯，考核PPT質(zhì)量、設(shè)計(jì)方案、電路設(shè)計(jì)、仿真分析、團(tuán)隊(duì)合作、語(yǔ)言表達(dá)及問題回答。

實(shí)訓(xùn)報(bào)告完成驗(yàn)收后每組同學(xué)提交一份實(shí)訓(xùn)報(bào)告。7.5項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作：7.5.1搶答器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理及參考方案

搶答器設(shè)計(jì)由電源輸入、鎖存譯碼器、搶答開關(guān)、數(shù)碼管顯示和定時(shí)器五模塊構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先鎖存與顯示功能，主持人復(fù)位后清零。仿真設(shè)計(jì)驗(yàn)證創(chuàng)建工程，仿真驗(yàn)證功能，觀察蜂鳴器波形，檢查周期頻率，模擬搶答，復(fù)位鍵清零，保存仿真圖，切換專業(yè)或標(biāo)準(zhǔn)模式。7.5項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作：直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求結(jié)合課程學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)集實(shí)用性與功能性的三端穩(wěn)壓器電路，要求穩(wěn)定5V、3.3V電源輸出及一路可調(diào)輸出電壓。7.5項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作：直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理及參考方案

直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)采用LM7805、LM1117-3.3V、LM317T實(shí)現(xiàn)5V、3.3V及可調(diào)輸出，利用濾波電容C1-C4去除高低頻噪聲，二極管D1、D2保護(hù)電路，R1、R2調(diào)節(jié)輸出電壓，R3、LED2指示電源狀態(tài)。

電路元件與封裝設(shè)計(jì)中使用插件封裝便于焊接，每路輸出配接線端子與排針，參考圖7-35(a)-(c)展示LM317可調(diào)、LM7805與LM1117-3.3降壓電路，圖7-36提供走線與3D預(yù)覽。7