2022年科协第二次硬件培训总结
物联网工程学院学生科学与技术协会第二次的硬件大培训首先复习了AD软件的使用，同时讲解了作业中出现的问题，这既是对第一次培训的补充，也是为以后的学习做了铺垫。之后我们简单介绍了制板的流程，方便部员们下次培训熟悉操作。因为我们鼓励大家自己设计电路完成比赛，所以最后我们重点讲解了Multisim软件的使用，以及简单的电路设计，为即将来到的科技节做准备。
一、AD复习
1、布局
布局一般要遵守以下原则：
(1）布线最短原则。例如，集成电路(IC)的去耦电容应尽量放置在相应的VCC和GND引脚之间,且距离IC尽可能近，使之与VCC和GND之间形成的回路最短。
(2)将同一功能模块集中原则。即实现同一功能的相关电路模块中的元器件就近集中布局。
(3)遵守“先大后小,先难后易”的原则,即重要的单元电路、核心元器件应优先布局。
(4)布局中应参考原理图,根据电路的主信号流向规律安排主要元器件。
(5）元器件的排列要便于调试和维修，即小元器件周围不能放置大元器件，需调试的元器件周围要有足够的空间。
(6)同类型插件元器件在X或Y方向上应朝一个方向放置。同一种类型的有极性分立元器件也要尽量在X或Y方向上保持一致,便于生产和检验。
(7)布局时，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm,如果空间允许,建议距离保持在5mm。
(8)布局晶振时，应尽量靠近IC，且与晶振相连的电容要紧邻晶振。
2、布线和线宽
布线时应注意以下事项：
(1)电源主干线原则上要加粗(尤其是电路板的电源输入/输出线)。
(2) PCB布线不要距离定位孔和电路板边框太近，否则在进行PCB钻孔加工时，导线很容易被切掉一部分甚至被切断。
(3)同一层禁止90°拐角布线,但是不同层之间过孔90°布线是允许的。而且，布线时尽可能遵守一层水平布线,另一层垂直走线的原则。
(4）高频信号线，如STM32核心板上的晶振电路的布线，不要加粗，建议也按照线宽为10mil进行设计，而且尽可能布线在同一层。晶振下方尽量不要走线，最好包地来减少信号干扰。
3、过孔
顶层信号层(Top Layer)：
也称元件层,主要用来放置元器件,对于比层板和多层板可以用来布线；
中间信号层(Mid Layer)：
在多层板中用于布信号线.
底层信号层(Bootom Layer)：
也称焊接层,主要用于布线及焊接,有时也可放置元器件.
不同的板层间通过过孔连接
4、滴泪
泪滴的作用：
（1）避免电路板受到巨大外力的冲撞时，导线与焊盘或者导线与导孔的接触点断开，也可使PCB电路板显得更加美观；
（2）焊接上，可以保护焊盘，避免多次焊接是焊盘的脱落，生产时可以避免蚀刻不均，过孔偏位出现的裂缝等；
（3）信号传输时平滑阻抗，减少阻抗的急剧跳变，避免高频信号传输时由于线宽突然变小而造成反射，可使走线与元件焊盘之间的连接趋于平稳过渡化。
总的来说，在布线后添加泪滴，可以起到使PCB更加稳固的作用。
泪滴的使用：
可以通过 工具栏 -> 泪滴的方式打开添加泪滴界面，也可以直接快捷键 【T+E】打开。
【Working Mode】：选择操作模式，添加（Add）还是移除（Remove）泪滴
【Objects】：选择要操作的对象，全部（All）还是选中部分（Selected only）
【Options】：对泪滴的一些配置
->【Teardrop style】：选择泪滴的补充形状，曲线（Curved）还是直线（Line）
->【Force teardrops】：对于添加泪滴的操作采取强制执行方式，即使存在DRC报错
（一般我们为了保证泪滴的添加完整，我们对此项进行勾选，后期DRC我们再修正即可）
->【Adjust teardrop size】：当空间不足以添加泪滴的时候，自动调节泪滴大小
【Scope】：对泪滴大小的设置，可以修改添加泪滴的情况和泪滴的大小
5、铺铜
所谓铺铜，就是将PCB上闲置的空间作为基准面，然后用固体铜填充，这些铜区又称为灌铜。覆铜的意义在于，减小地线阻抗，提高抗干扰能力；降低压降，提高电源效率；还有，与地线相连，减小环路面积。
（这里有个小技巧，因本人是刚开始学习的小白，所以画的PCB也相对比较简单，布局为了走线方便经常先用快捷键【N】把GND网络暂时隐藏，等其他线走完再显示全部网络，然后对顶层和地层分别进行实心敷铜，以此来将所有GND连接起来）
我们可以直接点击工具栏里的铺铜图标进行铺铜，也可以通过快捷键【P+G】来打开铺铜界面。
6、作业问题归纳
1、原理图结点未连接
绘制完原理图一定要检查是否正确，否则PCB画好再修改会特别痛苦。。。
2、出现较多直角或锐角布线
PCB布线是锐角、直角走线就会让传输线的线宽发生变化，造成阻抗的不连续，阻抗不连续就会反射。按照反射的幅度和延时，在最开始的脉冲波形上进行叠加就得到了波形，就会造成阻抗不匹配造信号完整性不好。
3、连线不规范，杂线较多或未去除
影响信号线传输信号，可能出现信号干扰甚至短路断路的情况。
4、元件报错
大多数是因为相互重叠的原因，也可能是封装自身的错误（所以建议大家尽量使用科协的元件库）。
5、封装使用不正确
封装主要分为贴片和插件，绘制时先要看清是不是自己所需的封装。
建立自己的封装是要注意，一个封装只能有一种元器件，不要在一个封装里加入两种元件。
封装不要错用，有些元件封装类似，但是完全不同。
6、线宽问题
线宽不要完成一致，或者始终用默认线宽，应根据不同线的作用选择线宽。（上面有详细说明）
7、未滴泪或铺铜
详细的操作和注意事项见
二、制板
1、手工制板
（1）打印预览
具体操作如下：
【文件】->【制造输出】->【Gerber Files】->勾选要打印的层（这里打印的是底层）->【确定】（此时出现打印预览）
【文件】->【打印预览】->选择打印配置，然后就可以打印啦！
（2）打印
材料：A4白纸；热转印纸；打印驱动；
在打印预览界面中点击Print,并选中你所连接的打印机，就可以点击OK进行打印了。
注意：打印在油印纸光滑的一面；打印之后不能用手触碰；不能将已经打印好的那一面乱蹭，下图是错误示范。
如果打印出来的电路有少许偏差（或者断路）可以在热转印之后用马克笔将电路补完整。
（3）锯铜板
（1）事先考虑尺寸问题，用铅笔或者马克笔将板子边缘在铜板上画出，之后用锯子切开。
锯板子的方式有两种，如图；据板子需要一定的技巧，由于锯条的齿是朝前的所以向前锯的时候可以加力，往回拉的时候稍微放松；
（2）打磨棱角（使用锉刀或者砂纸）；
（3）用砂纸打磨覆铜表面，将氧化薄膜尽可能除去，方便转印以及之后的焊接；
（4）热转印
1.用打印机将pcb图印到油印纸上
2.将油印纸包裹在已经锯好的板子上
3.油墨面贴进铜面
4.等待热转印机升温到180℃左右，再放入，盖上压紧，等待五分钟
加入时间长短可以根据经验判断（温度高一些时间就可以适当缩短，温度过高、加入时间过长板子可能回变弯或者直接开裂）
撕下的时候，慢！拆纸注意烫伤，更注意要慢！
不要太干脆，在撕下来的过程中，如果发现了有部分黑线依然在油印纸上，有两种补救方法：
a.留在纸上的不多，那么缺少的部分用马克笔涂上
b.留得比较多，原模原样盖回去，再拿去转印一次
（5）腐蚀铜板
1.在塑料盒内放入铜板，倒入适量蚀刻粉
2.加入开水至淹没铜板
3.不断晃动盒子，加快腐蚀
4.降温之后，重新换水
5.重复上述操作，直至油墨以外的铜完全腐蚀消失
**用水量：水刚好覆盖板子就行，在保证板子被浸满的前提下越少越好，保证溶液浓度；（转印之前对铜板的打磨程度在这个步骤的影响尤为巨大，如果铜板表面氧化层较厚，很可能有些部分需要很长很长时间的反应。）
**加粉量：除了最开始加的，还可以在泡的过程中持续加，不用舍不得；
注意：在腐蚀铜板的过程中，铜板表面会因为反应覆盖上一层气泡阻碍反应的继续进行，要不停的摇动去除气泡；水温要高以加快反应（常温下几乎不反应），冷了就倒了，然后立马重新加水加粉，直到全部没有覆盖在油墨下的铜板完全消失时即可清洗并取出板子。
（6）打磨和钻孔
1.用砂纸磨净油墨
2.忍住噪音。。。
3.对焊盘开始认真钻孔（0.8-1.0mm打孔针）
（7）焊接
焊接：融化的焊料在固体金属表面扩散，在接触界面上形成合金层，从而达到金属间的牢固连接
焊点要求：具有足够的机械强度和优良的导电性能
锡焊材料：是易熔金属及其合金，其作用是将焊件连接在一起。手工焊接常用的焊料是有松香芯的焊锡丝
焊剂：即助焊剂，净化焊料和焊件表面，清除氧化层，提高焊料 流动性，电子产品常用的焊剂是松香。
电子元器件焊接使用的工具通常是电烙铁
焊接方法：
（1）预热焊笔，300到350摄氏度；
（2）加热焊盘，大概1~2s；
（3）送入焊锡丝，不要直接将焊锡丝送到焊笔上；
（4）移开焊锡丝；当焊丝融化一定量之后，向左上45°移开焊锡丝；
（5）移开烙铁，焊锡浸润焊盘和施焊部位之后，向右上45°移开烙铁。
下图为常见的错误示范
（8）成板检验
排除表面错误，焊接的润色，每个焊点都得沉凝，圆滑；不能有虚焊。懂得用万用表，尤其是检验是否导通的档位，检测导通之后会有蜂鸣器提示音;检测完板子的连接之后（特别是电源部分）可以上电进行硬件调试。
还有一些注意事项，例如使用电烙铁时不要烫伤自己或他人，元件的正负极切忌焊反。大部分靠经验值╮(╯▽╰)╭当然最好的练习方法就是，多做板子，多用焊台祝大家早日成为焊接大佬！
2、工厂制板
（1）下载安装嘉立创下单助手
（2）进入下单系统
（3）上传需要制作的PCB文件
注意：只用将需要下单的PCB文件压缩后上传即可
（4）选择需求
板子尺寸是根据PCB文件自动识别出来，不需要自己更改，选择需要板子的数量
不需要生产稿，如果对颜色有需求可以自己选择（绿色发货最快），其他均默认即可。
SMT贴片不需要（拿回来自己焊），其他都默认，不需要开钢网。
订单由自己确认，订单审核后需要确认并付款
上图为生产好的成品，现在只需要购置好元件焊接就行啦！
三、Multisim的简介和使用
1、认识页面
2、元器件简介
3、画图操作
1、找到需要的元件
2、单击选择元件双击确定
3、单击放置
4、鼠标直接滚动是放大缩小，加ctrl是上下移动
5、选中CTRL+R旋转
布置后开始连线
注意于实际相连，电阻值要选适当，二极管发光电流在5—20mA.
3、单片机仿真
在14.0版中中有MCU元器件。
四、简单电路设计
1、三极管
初步认识三极管
分类：
按结构：NPN型和PNP型
按材质：
硅管 0.5-0.7V
锗管 0.2-0.3V
封装类型：
三极管电路设计
工作原理
三极管分为NPN型和PNP型，三级分别为c（集电极）、b（基极）、e（发射极）,
其主要功能为实现电流的放大，β= △Ic/△Ib。
又可以用于构成稳压和升压电路
下面的分析仅对于NPN型硅三极管。我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。
三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。
如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。
三极管电路分析
如上图：Vc>Vb>0，Ve=0（GND）（ps：此处指的是电势）
则有：
Ie=Ic+Ie
且Ic=βIb，Ic远大于Ib
Vce=Vcc-IcRc= Vcc-βIbRc
放大电路有如下几个类型：
三极管开关作用
了解三极管作为开关时的导通条件：
三极管使用实例：NPN型控制蜂鸣器驱动
2、运算放大器
初步认识运放
运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。由于早期应用于模拟计算机中用以实现数学运算，因而得名“运算放大器”
（注：运放属于IC芯片，需要接上电源正负两级才能正常工作，后面三引脚运放为省略了两个电源引脚）
常见放大电路：
运放电路设计
基本特征：虚短与虚断
关于运放的两个很重要的知识点：
“虚短”：在分析运算放大器处于线性状态时，可把输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。原因是在开环时，放大倍数都在80dB以上，输出电压有限，一般在10V~14V，处在线性区的V±V-很小，uV数量级，可认为V+ = V-，短路。
“虚断”：由于理想运放的输入电阻非常高，在分析处于线性状态运放时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。
还有同相比例运算电路，差分比例运算电路等以及运放的其他用法，大家可以自行了解。
3、集成模块
（1）L298N驱动模块：
基于L298N芯片，内置了H桥，可用于驱动电机
（2）放大电路芯片
可以通过已经集成了放大电路的芯片来控制蜂鸣器、步进电机、直流电机等。
