2023年信息院学生科协第一次硬件培训

2023年信息院学生科协第一次硬件培训

  • 前言
  • 一、电子技术导论
    • 1、电子技术涉及的方面
    • 2、芯片
    • 3、处理器
    • 4、单片机以及开发板
  • 二、Multisim的使用
    • 1、Multisim简介
    • 2、界面简介
    • 3、仪器介绍
      • 示波器
      • 函数发生器
    • 4、实战演练
  • 三、立创EDA使用讲解
    • 1、软件简介
    • 2、软件界面介绍
    • 3、软件使用流程
  • 总结

前言

信息科学与工程学院科协第一次培训,先从电子技术导论出发,构建了对电子设备、电子技术、芯片处理器等相关内容的认知,随后分别进行了Multisim仿真软件以及立创EDA的基本操作教学。

一、电子技术导论

1、电子技术涉及的方面

电子技术主要涉及:嵌入式处理器如STM32、MSP430等单片机;外围器件如电机、舵机、各种传感器的驱动程序设计及使用;通信技术例如串口、IIC、SPI、无线蓝牙等通信程序的设计;嵌入式操作系统如FreeRTOS、OneOS等。

2、芯片

芯片是一种集成电路,由大量的晶体管构成。不同的芯片有不同的集成规模,大到几亿;小到几十、几百个晶体管。晶体管有两种状态,开和关,用1、0来表示。多个晶体管产生的多个1与0的信号,这些信号被设定成特定的功能(即指令和数据),来表示或处理字母、数字、颜色和图形等。芯片加电以后,首先产生一个启动指令,来启动芯片,以后就不断接受新指令和数据,来完成功能。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第1张图片

3、处理器

嵌入式处理器是嵌入式系统必不可少的硬件核心。市场上有各种不同类型、不同品牌的处理器,以适应不同嵌入式应用的不同需求。
例如 ARM 处理器是一系列基于精简指令集计算机(RISC)架构的中央处理单元(CPU)。ARM公司是专门从事处理器芯片设计的公司,它自己不生产芯片,只向第三方出售ARM处理器设计技术或者ARM架构的授权(即知识产权核——IP核),由授权方设计和/或生产ARM处理器和以ARM作为CPU的微控制器或者SoC芯片。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第2张图片

4、单片机以及开发板

单片机是一种在一个集成电路芯片上集成了处理器核心、存储器、输入/输出接口(I/O口)和其他外围设备的微控制器。它是一种专门设计用于嵌入式系统的集成电路,具有处理和控制功能。它体积小,重量轻,价格低廉,为学习,应用和开发提供了便利的条件。同时,学习使用单片机是理解计算机原理和结构的最佳选择。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第3张图片
对STC89C52单片机拆解:

可以看出,塑料封装和和内部的引脚走线占了绝大部分,引脚走线走向那个多彩色的芯片。
开发板在单片机的基础上添加了许多外围设备,具有许多功能接口,例如扩展TFT-LCD,OLED,DS18B20,矩阵键盘,外部总线接口,无线,高速USB设备,SD卡,RS232/485串行端口,音频等通用接口。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第4张图片

二、Multisim的使用

1、Multisim简介

Multisim14是一种专门用于电路仿真和设计的软件之一,是目前最为流行的EDA软件之一。该软件基于PC平台,采用图形操作界面虚拟仿真了一个与实际情况非常相似的电子电路实验工作台,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。几乎可以完成在实验室进行的所有电子电路实验,已被广泛地应用于电子电路分析、设计、仿真等各项工作。
通俗来讲,画电路图,然后仿真,辅助电路分析。
和立创EDA(AD)的区别:
立创EDA:仿真设计电路板,最终目的是制作电路板。
Multisim:仿真设计电路图,还提供了信号分析的功能,最终目的是设计理论电路。

2、界面简介

首先是对于打开Multisim后的整体界面进行介绍:
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第5张图片
其次是在元件库栏内,每个图标所代表的元器件,在此栏内可以快捷打开对应元件库,此外还可以在打开元件库后在左边的类型下拉菜单里进行选择。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第6张图片
关于界面右边仪器仪表栏的介绍:
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第7张图片

3、仪器介绍

示波器

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像,便于人们研究各种电现象的变化过程。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第8张图片
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第9张图片

函数发生器

函数发生器是可提供正弦波、三角波、方波3种不同波形的信号的电压信号源,如图所示为函数发生器图标。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第10张图片
双击函数发生器的图标(左)可以对函数发生器的波形相关参数进行修改。

4、实战演练

在实战中,首先需要新建工程。打开Multisim软件之后,会自动新建项目,如果需要手动新建项目则点击左上角“文件”→“设计”。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第11张图片
接着就是画图。在画图阶段,需要先选择元件。
添加电源等元件 :
点出元件的选择界面:
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第12张图片
在Sources组选择POWER,在其中选择VCC并双击
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第13张图片
单击放置后可以双击它,打开属性界面,这里可以改变器件的参数值
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第14张图片
PS:滚轮可以放大或者缩小页面,并且放置元件后可以选中元件右键选择或利用CTRL+R的快捷键实现元件的反转。
接着按上述同样的步骤添加GND、LED和电阻一个。
注意:一定要添加GND(地极)!!!
之后开始连线:将鼠标放置在元件引脚节点处,出现十字形光标,即可连线。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第15张图片
点击上方绿色的三角即可开始仿真,中间是仿真暂停键,右边是仿真停止键:
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第16张图片
在仿真控制键右方的绿色图标栏是一些探针,常用的有电压探针、电流探针、功率探针,点击后电压电流探针放在导线处,功率探针放在元件处。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第17张图片
可以看见LED被点亮。

接着介绍函数发生器和示波器的基本用法。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第18张图片
双击函数发生器改变波形与参数:
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第19张图片
开始仿真后双击示波器可以观察波形:
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第20张图片

以上就是Multisim仿真的基本使用。

三、立创EDA使用讲解

1、软件简介

①:什么是立创EDA软件?
立创EDA是一款电子设计自动化软件,它集成了原理图设计、PCB设计的功能。
②:为什么选择立创EDA软件?
1.交互逻辑更加简单,对入门者更友好。
2.器件库、封装库齐全。
3.设计可直接下单制作。
4.免费制板等等

2、软件界面介绍

(1)主窗口
主要包括新建工程、导入工程等。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第21张图片
(2)属性窗口
选中所连的线和元件可以查看对应的属性。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第22张图片
(3)工具栏
有连线、放置元件、添加文字等功能。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第23张图片

3、软件使用流程

(1)新建工程,并保存到自己想要的系统盘内。
(2)调用元件库,绘制原理图并连线。
原理图用来表示电路板上各器件之间连接原理的图表,电路图用电路元件符号表示电路连接的图,由电路图可以得知组件间的工作原理,为分析性能、安装电子、电器产品提供规划方案。
原理图工具栏:
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第24张图片
寻找元件:
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第25张图片
放置元件:
1、点击空格可以让元件逆时针旋转,点击X、Y可让元件关于X轴Y轴翻转
2、有人会担心,当需要放置多个相同的元件时,比较费力。这时可以只放置一个,然后复制粘贴,元件标号会自动增加。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第26张图片
连线:
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第27张图片
元件编辑
有些原理图的管脚排布不利于连线,选中元件右击,选择编辑原件之后该元件会变成第二张图的页面,在此页面上可以调整引脚位置。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第28张图片
网络标签
下面这两张图是等价的。假如某两个需要连接的管脚距离比较远,不适合用导线连接。可以用网络标签,如下(网络标签的名字随便写,连接的两者要保证一样)
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第29张图片

(3)生成PCB并元件的排布和连线。
在电子产品设计过程中,PCB设计是最重要的环节,也是电子产品设计的核心技术所在。在实际电路设计中,完成原理图绘制和电路仿真后,最终需要将电路中的实际元件安装在印制电路板(Printed Circuit Board,简称PCB)上。
原理图的绘制解决了电路的逻辑连接,而电路元件的物理连接是靠PCB上的铜箔实现。
由原理图到PCB:
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第30张图片
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第31张图片
PCB界面介绍:
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第32张图片
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第33张图片
PCB布局布线规则:
1.元件排列规则
在通常条件下,所有的元件均应布置在印制电路的同一面上,只有在顶层元件过密时,才能将一些高度有限并且发热量小的器件,如贴片电阻、贴片电容、贴IC等放在底层。
在保证电气性能的前提下,元件应放置在栅格上且相互平行或垂直排列,以求整鉴齐、美观,一般情况下不允许元件重叠:元件排列要紧凑。
某元器件或导线之间可能存在较高的电位差,应加大它们的距离,以免因放电、击穿而引起意外短路。
位于板边缘的元件,离板边缘至少有2个板厚的距离。
元件在整个板面上应分布均匀、疏密一致。
2.可调元件的布局
对于电位器、可变电容器、可调电感线圈或开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求,则应放置在PCB便于调节的地方。
3.布线规则
①从单板上连接关系最复杂的器件着手布线。从单板上连线最密集的区域开始布线。
②PCB设计应避免产生锐角和直角,产生不必要的辐射,PCB生产工艺性能也不好。
③走线长度:走线长度越短越好,这样的话,受到的干扰就会减少
PCB基础操作:
①快捷键:左键→移动器件;右键→移动页面;点击→选中元件;空格→旋转元件
(更多快捷键在“设置->快捷键”中可以找到参考)
②PCB元件布局:框选中若干元件后在上方菜单栏或者右键选择“分布→排列方式”合理使用对齐、居中。
③PCB布线:高亮的蓝色飞线,其作用是指示pcb中各节点的电气逻辑连接关系,并不是表示物理上的连接,也可以称之为预拉线。飞线是根据网络表表中定义的管脚连接关系生成的,在引入网络表后,pcb中各元件之中都是采用飞线指示连接关系,直到两节点间布置了铜模导线。也就是说我们需要用实际的导线连接预拉线的两节点。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第34张图片
具体布线方式如下:
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第35张图片
④PCB线宽:线宽设置要保证能通过设计的最大电流,但并非越大越好,比如一般信号线8-15mil就够了。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第36张图片
⑤PCB板形状:选择红框所选出的工具来绘制板子形状外框2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第37张图片
⑥添加泪滴:在PCB电路板设计中,为了让焊盘更坚固,防止机械制板时焊盘与导线之间断开,常在焊盘和导线之间用铜膜布置一个过渡区,形状像泪滴,故常称做补泪滴(Teardrops)。 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。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第38张图片
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第39张图片
⑦铺铜:一般地,铺铜与电源线或者地线连接,可以减少回路面积,与地线相连时,大面积的铺铜可以让增大地线阻抗,这样就减小了压降,增加了抗干扰性。2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第40张图片
注意,与铺铜相连的网络(这里选择的是地线),可以不用线特地去连了,因为铺铜将它们已经连起来了。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第41张图片
⑧添加丝印:丝印可以显示在电路板上,用来标记等。
2023年信息院学生科协第一次硬件培训_第42张图片

总结

本次培训涵盖了许多内容,包括嘉立创EDA、Multisim 仿真部分使用知识,将幽默风趣且详细的讲解与现场操作演示相结合,同时让同学们在培训的学习过程中进行实操,促进了同学们对于所教学技术与操作的学习与掌握,为未来对新知识的正确学习思路与方法打下了良好的基础,相信在同学们的实际操作练习中会对电路板从无到有的制作过程有总体深入的了解,对电子技术产生更浓厚的兴趣。

你可能感兴趣的:(嵌入式硬件)