资源简介

授课教师 课题内容 PCB的设计------按摩枕手控板PCB的设计 授课时间
专业班级 授课教材 高等教育出版社《电子线路计算机辅助设计（protel 2004）》 课时 4 授课类型 实训课
学生数 30
教材分析 1、《PCB的设计》选自《电子线路计算机辅助设计（protel 2004）》第8章的内容。Protel 2004最强大的功能体现在印制电路板的设计上，印制电路板设计的质量直接影响着电子产品的性能。所以《PCB的设计》在Protel的教学中起到举足轻重的作用。2、在此基础上，为实现教学内容与生产过程的对接，结合了当地发展迅速的按摩器产业，以“按摩枕手控板PCB的设计”为本课主要内容，提高学生整体把握电子产品PCB的设计过程，从而使学生形成严谨的岗位职业意识。3、本次设计任务是“按摩枕手控板制作项目（任务一：绘制原理图；任务二：确定元件封装；任务三：PCB的设计；任务四：电路板的制作。）”的第三个任务，也是这次制作项目中的重要内容。
学情分析 1、授课对象为电子技术专业二年级的学生。学生已学习了《电子技术基础与技能》等课程，动手能力较强、有一定的计算机基础知识，思维敏锐，喜爱小组竞赛等活动形式。2、学生已经较系统的学习了protel2004中PCB的设计的相关基础知识，但还缺乏将已学知识综合的运用在完整的设计项目的能力。3、我市是中国按摩保健器具生产出口基地，近几年，按摩器产品知名度不断提升，在国内外市场的占有率越来越高。而按摩器生产企业需要大批量具有一定电子线路设计基础的操作工人。此次设计项目，为即将步入工作岗位的学生和按摩器企业提供了一个链接平台。
教学目标 专业能力目标（1）了解按摩器手控板设计与制作的过程。（2）了解特殊元器件的布局、散热、安装等设计时应注意的问题。（3）具有利用计算机熟练绘制印刷电路板图的能力。2、方法能力目标（1）培养学生的自学能力。（2）培养学生收集信息，正确评价信息的能力。（3）培养学生具有良好地职业道德和创新精神，及展示自己技能的能力。3、社会能力目标（1）培养学生沟通及团队协作的能力。（2）培养学生分析问题、解决问题的能力。（3）培养学生对质量、成本及安全的意识。
教学重点 1、掌握PCB图的结构和PCB图设计应遵循的原则。2、通过实践操作，能基本掌握电子线路PCB的设计流程。
教学难点 1、PCB设计布局和布线。2、PCB设计中的布线规则（安全工作原则、导线精简原则、电磁抗干扰原则、经济原则等）。
教学方法 本着“教学过程与生产过程对接”、 “以学生为主体，教师为主导”的基本原则，采用任务教学法、协作探究法、演示教学法进行教学。
学习方法 为了更好实现“五个对接”的教学改革目标，学生能够在做中学，把理论与实践相结合，采用小组合作的学习方式，实现学生间的优势互补。
教具准备 多媒体课件，按摩枕手控板外壳、元器件，游标卡尺
教学过程
环节时长 教学程序及设计 教师活动 学生活动 设计意图
课前准备 根据学生间的差异，指导学生分组（以3个同学为一组），以便实现学生间的优势互补。 1、指导学生分组。2、引导学生收集资料。 1、小组活动，收集信息。2、细化分工，形成资料。 1、模拟设计团队，锻炼学生的团队意识；培养独立收集资料，实现学生主体能力。2、考虑学生个体差异，以强带弱。
安全检查5分钟 学生重温电子实训安全操作规范。 强调安全操作规范。 重温学习安全操作规范。 反复学习，让学生养成安全操作的习惯。
引入任务15分钟 一、情景设置模拟情景：某按摩器生产企业近期欲推出新款按摩枕，其中手控板PCB的设计交予本班同学组成的设计团队。（用实物、视频、图片等创设出工厂化的教学环境）播放已有产品的视频，并提醒学生注意已有的产品与本次设计的区别，并提出这样几个问题：1、手控板的外形是什么样的？2、具体包含几个按钮？各有什么功能？3、与这些按钮相对应的电子元件是什么？ 以便学生在借鉴已有产品的基础上提出新的设想。播放产品说明视频： 创设工厂化的环境，提出工作任务。告诉学生掌握印制电路板设计技术在就业中的优势，使学生更加重视本节课的学习。 观察演示，回答问题，思考任务。 用实物、视频、图片引发学生对手控板PCB的好奇，激发兴趣，使学生愿意积极参与到下一步的学习当中。
合作探究45分钟 二、示范项目制作流程利用多媒体课件演示出PCB设计的叠图效果，根据叠图效果设定出制作流程：三、分步讲解各个步骤1、PCB设计前期准备注意点：（1）调用原理图及元件封装库。（2）在protel 2004中项目文件的管理。2、规划电路板（1）根据原理图及手控板外壳图纸，确定电路板的尺寸。（2）预留出螺丝孔的位置。该电路板利用向导方法新建PCB文件和规划矩形电路板，在产生的矩形电路板基础上手工修改，添加螺丝孔位置。 注意点：电路板尺寸需与外壳内边框尺寸一致。注意预留螺丝孔的孔径及坐标。3、网络和元件的装入在原理图编辑器中利用系统提供的同步功能，更新PCB编辑器的封装和网络。注意点：如果在检查执行更新过程中出现错误标志，说明PCB编辑器在当前的PCB封装元件库中找不到该元件的管脚封装或封装有错，应该分析该元件错误原因，并回到原理图中修改，直到错误排除，否则该封装元件或网络连接无法载入PCB文件中。多媒体展示出未经过布局处理的PCB的3D效果，引发学生的疑问：这张图纸的布局合理吗？4、元器件的布局和调整（1）要避免的几种情况：①元件不能重叠 ②功率较大的元件不能靠的太近③在有限的空间了，元件要均匀分布，不能挤在一起以便或者一角上。除此之外，元件布局要兼顾到布线的需要及外壳的限制。将电路图上的所有元件都合理的部署在有限面积的PCB上：①确定有定位要求的元件位置卧式双联六脚拨动开关、发光二极管、100K电位器必需被部署在指定的位置上。②无特殊定位要求的元件必需同时考虑到布通率和电气机能的最优化，以及今后的制作工艺和造价等。5、PCB布线（1）导线宽度导线宽度关系到电路板的可靠度和布线难度。导线宽度太窄，一方面铜箔导线在焊接及长期使用过程中容易脱落、断裂，特别对于高压、大电流导线，如电源、接地线太窄，可能造成铜箔导线电流过大而烧毁电路板等后果；另一方面，导线太窄也造成电路板厂家制作困难，成本提高。但导线宽度也不是越宽越好，导线越宽，自动布线时走线越困难，布通率低。注意点：根据手控板的实际情况，合理设置手动布线时的导线宽度。建议宽度为：电源线100mil，其他信号线50mil，爬电距离80 mil。布线层面本次训练中由于元件较少，电路板面积较大，为降低成本，设置为单面板。动画演示出三类常见的错误，与正确的图片进行对比，引发学生的注意。 引导学生制定出PCB的设计流程。通过提问学生，归纳总结出设计流程。请同学打开任务---按摩枕手控板SCH文件。设问，让学生回顾知识点。强调注意点。把网络表比喻成跨越在原理图和PCB板之间的桥梁，通过形象比喻，让学生感知网络表。提问：这张图纸的布局合理吗？讲解元件布局的重要性。多媒体演示出元件布局的常见错误，引起学生的注意。让学生参照手控板外壳，确定出有定位要求的元件。讲解导线宽度、布线层面的作业。动画演示学生在操作过程的三种常见错误，配合讲解。 开动脑筋，联系学过的知识，思考并回答PCB设计的基本流程。操作，思考，做好前期准备。回答问题，回顾知识操作，提出采用何种方法添加螺丝孔等问题。感知网络，提出问题。各小组提出各自的看法。学生组内归纳、总结。学生观察手控板外壳。归纳、总结。观看动画，通过对比，引起学生重视。 因为学生是首次较完整的设计PCB，在制定流程中会遇到顺序颠倒、步骤遗漏等问题，用多媒体演示出PCB设计叠图效果，以便于学生有直观的印象，除此之外教师要鼓励学生大胆提出设想，培养学生分析问题、解决问题的能力，从而达到情感目标。任务一及任务二已经完成了原理图及元件封装库的绘制，在本课---任务三中要完成调用的操作。提出几个注意点，以便学生正确操作。规划电路板部分与企业实际生产接轨，存在一定难度。每组学生有一套手控板外壳和图纸，及一把游标卡尺，必要时可用游标卡尺测量元件尺寸，为后期元件布局做好准备。明确关键点，引起学生重视。让学生感知网络表，学生在操作过程中常会出现无法编译等错误，教师提出注意点，以便学生在后期操作中避免类似的错误。通过这个问题引出本课的重难点：元件布局及PCB布线。重、难点的突破非常有必要。这些注意点往往也是学生比较迷茫、容易犯错误的地方。与企业实际生产接轨，让学生明确元件布局的重要性。明确布线设计过程是整个PCB板设计过程中技巧性最强，工作量最大，最体现设计水平的步骤。这个模块综合多个知识点，对学生的设计能力提出了高一层次的要求。用直观性较强的动画演示，来增强学生对这个知识点的印象，避免在后续的实践操作中出现类似的错误。
动手实践60分钟 学生采用小组合作学习的方式进行设计，小组内三位同学的分工不同，同学A-统筹，同学B-元件布局，同学C-布线。学生在小组内共同完成：PCB设计前期准备→规划电路板→元件及网络载入→元件布局调整→PCB布线。 对各组遇到的不同问题，个别辅导，对普遍提出的问题，集中讲解。 学生以小组为单位完成设计任务。 以小组合作学习的方式培养学生的团队协作能力及集体意识。
展示成果汇报交流45分钟 1、选出3个较为典型的小组，由组长向全班同学介绍本组设计的按摩器手控板PCB图，说明设计过程中PCB板尺寸、元器件表达方案导线宽度等是如何选择的，遇到过什么问题，这些问题又是如何解决的。2、同学提出问题，让项目组长解释其方案的优缺点。3、通过互评进一步修改各自的PCB图，评选出合格作品。4、在学生提出自己的见解和意见后，教师综合评价各小组的作品。《作品评分标准》见附录1 引导学生展示作品，在学生自评、互评后，综合评价各小组的作品。 学生展示各自的作品，吸收老师和同学提出的意见和建议，达到提升知识和技能的目的。 1、学生互评有利于发现各自的优缺点，使其完善自己的作品。2、教师总评对学生的思想认识和能力提升很有帮助。另外，教师激励性的语言也会让学生产生自豪感和集体荣誉感。3、培养学生总结、归纳的能力。
作业布置10分钟 作业：观看《印制电路板制作》视频，编定制作流程，为下一节课“任务4 电路板的制作”做好准备。 布置作业，并提出观看视频时的注意事项。 通过电子教室系统接收作业。 作业的布置充分考虑到学生自主学习能力的培养。
板书设计
教学反思 1、采用任务教学法可以帮助学生明确学习目标。2、教学活动以学生为主体，培养学生自主学习、分析问题、解决问题的能力。3、教师要密切注意学生的操作，不能只注重学生对任务完成的结果，更要适时对学生进行点拨。4、由于采用小组合作学习，学习能力和自控能力比较差的学生，容易产生依赖思想，教师要特别关注这部分学生。
附录1：
PCB的设计--按摩枕手控板的设计作品评分标准
序号 评分点 分值 得分条件 判分要求
1 定义PCB形状与尺寸 15 PCB形状与尺寸符合手控板外壳的要求；预留螺丝孔。 尺寸每错一处扣1.5分；无预留螺丝孔扣5分。
2 装入元器件与网络 15 元件无漏装；元件标注正确；网络连接正确。 元件每漏装一处扣2分，标注、网络每错一处扣1.5分。
3 元件布局 20 卧式双联六脚拨动开关、发光二极管、100K电位器安装在正确的位置上，其他元件布局合理。 有定位要求的元件每错一处扣3分，其他元件布局不合理每处扣2分。
4 放置导线、焊盘、文字等 20 导线宽度合理，加入必要的文字说明。 每错一处扣2分
5 安全性能 20 满足安全工作原则、导线精简原则、电磁抗干扰原则。 每错一处扣2分
规划电路板
网络和元件的装入
元器件的布局和调整
PCB布线
PCB设计前期准备
布线角度
充分利用空间
连线长度
错误
正确
按摩枕手控板PCB的设计
规划电路板
PCB布线
网络和元件的装入
元器件的布局和调整
PCB设计前期准备
设计步骤
布局注意点：
各元件不能重叠，功率较大元件的位置不能靠的太近，尽量使飞线不要交叉，飞线长度较短；电路板中元件尽量均匀分布，不要全部挤到一角或一边，以便于和原理图对照分析，方便安装、维修、调试等。
布线原则：
●安全工作原则
①安全间距原则
②安全载流原则
●导线精简原则
●电磁抗干扰原则
●组装方便、规范原则
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