用微课学电子CAD

本书是职业院校电子专业"电子CAD”课程的教学创新教材，教材以51单片机开发板PCB图设计为课题，共分5个项目48个任务，内容以任务驱动式展开，并配套微课等教学资源。学生通过49个实训任务而完成的"单片机开发板PCB图”，要学以致用，即设计图纸要发交厂家按图加工成电路板，学生把厂家加工返回的电路板，焊接组装成学生单片机课程所需的学习开发工具，从而让学生的电子CAD课程与51单片机课程对接，实现"1+1＞2”的效果。本书配有49个微课视频，视频格式为MP4，每个视频的时长不到10分钟，能放在学生手机上播放，从而手把手指导学生，完成功能强大、接口丰富的单片机开发板PCB图设计。

白炽贵，高级讲师，任教于重庆市綦江职业教育中心，长期从事一线教学、研究工作，主参编出版过多本职业教育教材。

项目一　AD14系统安装与CAD工程建档 （1）
任务1 安装AD14系统和CAD工程建档 （1）
任务实施 （1）
1．1 安装AD14系统 （1）
1．2 CAD工程建档 （10）
小结1 （26）
习题1 （27）
项目二　设计原理图库 （28）
任务2 绘制库元件STC89C52 （28）
任务实施 （28）
2．1 STC89C52芯片的相关资料 （28）
2．2 进入原理图元件设计界面 （28）
2．3 用“SCH_Library”面板追加新原理图元件 （30）
2．4 在工作区中绘制STC89C52的原理图元件 （30）
任务3 绘制MAX232等四个库元件 （39）
任务实施 （39）
3．1 绘制库元件MAX232 （39）
3．2 绘制库元件DS1302 （42）
3．3 绘制库元件AT24C02 （44）
3．4 绘制库元件DS18B20 （45）
任务4 绘制库元件LEDS （47）
任务实施 （47）
4．1 四位数码管的相关资料 （47）
4．2 用“SCH_Library”面板追加原理图库新元件LEDS （48）
4．3 在工作区中绘制LEDS （48）
小结2 （52）
习题2 （52）
项目三　设计PCB元件库 （53）
任务5 绘制数码管继电器封装 （53）
任务实施 （53）
5．1 PCB元件库设计界面简介及环境设置 （53）
5．2 绘制数码管封装 （56）
5．3 绘制继电器的封装 （60）
任务6 绘制按键和电源插座封装 （63）
任务实施 （63）
6．1 绘制开关按键封装 （63）
6．2 绘制无锁按键的封装 （66）
6．3 绘制电源插座的封装 （68）
任务7 绘制三极管、发光二极管、锂电池座的封装 （70）
任务实施 （70）
7．1 三极管、发光二极管、锂电池座的相关资料 （71）
7．2 绘制三极管的封装 （71）
7．3 绘制发光二极管的封装LEDPCB （73）
7．4 绘制3伏锂电池座的封装BTPCB （73）
小结3 （75）
习题3 （75）
项目四　基于模块单元的单片机学习板设计 （77）
任务8 删除和安装相关库文件 （78）
任务实施 （78）
8．1 删除相关库文件 （78）
8．2 安装相关库文件 （81）
任务9 放置单片机最小系统 （84）
任务实施 （84）
9．1 放置STC89C52 （84）
9．2 放置接口插件P1、P2 （90）
9．3 放置排阻PR1 （93）
9．4 放置系统复位开关S1 （94）
9．5 放置复位电容E1 （95）
9．6 放置复位电阻R1 （96）
9．7 放置晶振Y1 （97）
9．8 放置晶振电路电容C1、C2 （98）
任务10 连接单片机最小系统 （100）
任务实施 （100）
10．1 用导线实现电路连接 （100）
10．2 用网络标号实现电路连接 （102）
10．3 放置电源端口 （105）
10．4 画模块单元分界线 （107）
10．5 为模块命名 （109）
任务11 布局单片机最小系统 （110）
任务实施 （110）
11．1 更新PCB图的菜单操作 （110）
11．2 工程更改顺序对话框的操作步骤 （111）
11．3 封装元件盒的删除操作 （113）
11．4 元件封装的布局 （114）
任务12 绘制数码管模块 （119）
任务实施 （119）
12．1 放置LEDS元件 （119）
12．2 放置PNP三极管Q1～Q4 （121）
12．3 放置限流电阻R2～R13 （122）
12．4 放置网络标签、连接导线及电源端口 （124）
任务13 布局数码管模块 （125）
任务实施 （125）
13．1 导入数码管模块封装 （125）
13．2 数码管模块封装的布局 （126）
任务14 绘制和布局RS232模块 （132）
任务实施 （132）
14．1 绘制RS232模块 （132）
14．2 布局RS232模块 （136）
任务15 绘制和布局按键模块 （138）
任务实施 （138）
15．1 绘制按键模块 （138）
15．2 布局按键模块 （141）
任务16 绘制日历时钟模块 （142）
任务实施 （142）
任务17 布局日历时钟模块 （147）
任务实施 （147）
任务18 绘制和布局存储器模块 （148）
任务实施 （148）
18．1 绘制存储器模块 （148）
18．2 布局存储器模块 （150）
任务19 绘制继电器模块 （151）
任务实施 （151）
任务20 布局继电器模块 （155）
任务实施 （155）
任务21 绘制和布局传感器模块 （156）
任务实施 （156）
21．1 绘制传感器模块 （156）
21．2 布局传感器模块 （159）
任务22 绘制和布局发光管模块 （160）
任务实施 （160）
22．1 绘制发光管模块 （160）
22．2 布局发光管模块 （164）
任务23 绘制和布局DIP20接口 （166）
任务实施 （166）
23．1 绘制DIP20接口 （166）
23．2 布局DIP20接口 （171）
任务24 绘制AD与DA接口 （172）
任务实施 （172）
任务25 布局AD与DA接口 （177）
任务实施 （177）
任务26 绘制和布局电源接口 （178）
任务实施 （178）
26．1 绘制电源接口 （178）
26．2 布局电源接口 （184）
任务27 单片机学习板PCB图的布局精调 （189）
任务28 单片机学习板PCB图的文字标注 （189）
任务29 生成网络表和设置布线线宽 （189）
任务30 单片机学习板PCB图的布线和覆铜 （189）
项目五　基于层次原理图的单片机开发板设计 （190）
任务31 绘制DIP40接口 （190）
任务实施 （190）
任务32 绘制LCD液晶模块 （198）
任务实施 （198）
任务33 绘制USB接口三元件 （201）
任务实施 （201）
任务34 安装贴片元件库和更换贴片封装 （206）
任务实施 （206）
任务35 绘制USB下载及供电接口 （214）
任务实施 （214）
任务36 增加模块多用化的通用接口 （222）
任务实施 （222）
任务37 绘制点阵元件和点阵驱动元件 （229）
任务实施 （229）
任务38 绘制16×16 LED点阵原理图 （232）
任务实施 （232）
任务39 绘制16×16点阵列驱动电路 （238）
任务实施 （238）
任务40 绘制16×16点阵行驱动电路 （242）
任务实施 （242）
任务41 绘制主原理图和借用学习板PCB图 （244）
任务实施 （244）
任务42 调整PCB图三模块的原有布局 （256）
任务43 布局开发板新增模块和接口 （256）
任务44 PCB图封装的布位精调 （256）
任务45 规范PCB图的元件标识 （256）
任务46 PCB图的布位精调和标注处理 （256）
任务47 PCB图的布位精调和规则设置 （256）
任务48 为DS1302电路增加上拉电阻接口 （256）
任务49 开发板PCB图的布线及覆铜 （257）

当前，职业技术教育的发展，必须与“中国制造2025”的国家战略对接，锐意改革和创新。职业技术教学的改革和创新，首先是教材的改革和创新。针对电子CAD教学的特点，本书的改革创新，就在于实现了电子CAD课程学生作业的“做以致用”，即从教材的实用性上，以学生为本，以学生后继学科单片机课程应必备的学习工具，即单片机开发板为CAD设计课程内容和目标，这就贴近了学生的学用实际，保证了学生的电子CAD设计图纸，真正能加工制板，并组装成学生单片机课程的学习开发工具。

本书的编写体例以任务驱动式展开。项目一为“AD14系统安装与CAD工程建档”，由任务1组成；项目二为“设计原理图库”，由任务2~任务4组成；项目三为“设计PCB元件库”，由任务5~任务7组成；项目四为“基于模块单元的单片机学习板设计”，由任务8~任务30组成；项目五为“基于层次原理图的单片机开发板设计”，由任务31~任务49组成。

全书的49个任务依次衔接，缺一不可。每个任务都有一个完全对应的微课视频作指导，都能指导学生完成该任务的实作全过程。每一个微课视频的时长都不到10分钟，视频格式都为MP4，能放在手机上，让学生边看边做，手把手指导学生完成每一实作任务。

学生把最终所完成的单片机开发板PCB图发给厂家（需要付费），厂家就能按图加工出精美的电路板，学生用这块电路板，就能焊接安装成功能强大、接口众多、得心应手的51单片机学习开发工具，能满足职业院校学生在校几年的学习使用要求。

为了让学生亲手制成的单片机开发板功能不低于二百多元价位的网售单片机开发板，相应地电路结构就要比较复杂。因此，本书电子CAD设计实训力度，即所绘制电路图的复杂程度，远高于一般的电子CAD教材。怎样才能让学生把错综复杂的电路图设计正确，是本书编写时的第一考虑。因此，本书的编写以绘制电路图的屏幕操作实录图为主线，以操作手法为台词进行展开，对电子CAD技术的很多知识点不作高谈阔论，全力以赴完成电路图的绘制。本书基于对读者的应有责任，在本书的电子资料包中，给出了“单片机学习板原理图”的工程网络表，和单片机开发板“主原理图”的工程网络表，读者可以用这两个表，对照检查自己的原理图设计有无错误，以此确保原理图设计的完全正确。这就要求读者在进行电子CAD设计时，除工程中的5个文件名可以另取他名外，其余的引脚号、焊盘号、元件标识都应全部与本书保持一致。这样，才能借助本书提供的网络表，去检查自己的原理图网络表是否无误，从而判断自己的原理图设计正确与否。只有原理图正确，才能保证PCB图正确，只有PCB图正确，才能保证由PCB图加工而成的电路板不成为废品。

本书的课时分配是这样考虑的，1个任务用1课时。每个任务都有一个视频（屏幕操作实录），视频时长也就是完成这个任务的真实时间，当然这是熟手所用的时间，学生所用时间以其3倍计算比较合理。每课以40分钟计，需48课时，加上机动课时，共需56课时。

本书图文并茂，操作性强，非常便于教和学。教师的教不再是照本宣科，而是对学生的电子CAD绘图操作，进行实时指导、检查及把关。另外，实际教学时，学生最好是两人一组，用一台电脑进行电子CAD设计，用另一台电脑放微课视频，边看边做，即学生甲进行电子CAD设计，学生乙对照视频检查甲的CAD设计操作是否正确，两学生的角色定时轮换。

本书的宗旨是让学生的电子CAD设计实作作品“做以致用”。学生按本书指导完成的单片机开发板功能强劲：①用继电器模块、日历时钟模块及存储器模块，可实现有50个时间节点的实时两路电器的自动开关；②用继电器模块和DS18B20传感器，可实现温度的超温和欠温控制；③用16×16 LED点阵模块，能运行众多的汉字显示程序；④对16×16 LED点阵模块，把点阵元件取下，插上8位数码管转接板，还能实现基于74HC595驱动的八位数码管数字显示；⑤用40DIP和20DIP接口，可实现多种单片机片外存储器的读写，可完成众多24~40双列直插IC的单片机应用编程；⑥在DIP20接口（IC2）上插入ADC0804，可演示模数转换实验，插入DAC0832，可演示数模转换实验；⑦在DIP20接口（IC1）上插入ULN2803及步进电机，可演示步进电机驱动；⑧用6引脚接口插入“HC-SR04”模块，能演示超声波测距；⑨用6引脚接口插入蓝牙模块（或WiFi模块），还能实现电脑与单片机、单片机与单片机、手机与单片机间的蓝牙接口（或WiFi接口）通信；⑩用自由按键（指两极都未接入电路）S8，既能完整演示3×3、4×4矩阵键盘功能，又能作为各种特定用途的按键使用，实现了一键多用。因此，我们还要以这块单片机开发板为硬件环境，开发编写一本案例丰富的“用微课学51单片机”职业技术教材。这本单片机教材，将充分展示由学生亲手制成的单片机开发板，既能完成众多网售单片机学习板开发板的同类案例编程，还能完成众多网售单片机都无法完成的案例编程。这样，让职业院校电子CAD 课程与51单片机课程对接，从而实现“1+1＞2”的效果。

本书由重庆市綦江职业教育中心白炽贵、周永灿主编，幸晓光、苟志强、李敏、杨毅为副主编。本书由艾雄伟、朱昌涛担任主审。

本书配有教学指南、电子教案及习题解答。另外还提供了20多个单片机开发板的验证程序和6组LED汉字动态显示程序，以满足读者在各方面的实用需求。有此需要的教师，请在出版社网站（www.hxedu.com.cn）上下载。

编 者