综合实验（一） 电子元器件与 PCB 电路设计基础

实验目的

  1. 认识电阻、电容、二极管、LED、按键和连接器等常用元器件；
  2. 学习从电路原理图到PCB布局布线的基本流程；
  3. 掌握电气规则检查、设计规则检查和生产文件导出的基本方法。

预习材料

  1. 阅读 KiCad 官方文档中的原理图编辑器和PCB编辑器入门内容；
  2. 复习电阻色环、LED极性、电容容值和耐压等元器件标识；
  3. 了解原理图符号、PCB封装、网络、焊盘、过孔和覆铜的含义。

实验器材

安装 KiCad 的笔记本电脑1台，面包板1块，5 V直流电源或Arduino开发板1块，LED 2个，220 Ω～1 kΩ电阻若干，按键1个，10 kΩ电阻1个，常用小电容若干，万用表1个，杜邦线若干。

实验步骤

  1. 根据元器件外观和标识完成分类，用万用表测量至少3只电阻的实际阻值，比较标称值与测量值；
  2. 在面包板上搭建5 V供电的按键控制LED电路，计算限流电阻，检查LED极性并验证电路功能；
  3. 在 KiCad 中新建工程，绘制同一电路的原理图，标注元件编号和参数，并添加电源、地及输入输出连接器；
  4. 为每个符号选择与实物相符的通孔封装，运行电气规则检查（ERC），修正未连接或引脚类型等问题；
  5. 将元件更新到PCB，绘制不大于50 mm×50 mm的板框。先放置连接器和按键，再放置LED和电阻，使器件方向与标识便于使用；
  6. 设置合理的线宽和安全间距，完成单面或双面布线，添加GND覆铜并运行设计规则检查（DRC）；
  7. 使用3D查看器检查元件方向，最后导出 Gerber 和钻孔文件，并核对文件是否包含铜层、阻焊层、丝印层、板框和钻孔层。

思考题

  1. 原理图符号与PCB封装有什么区别？选错封装会造成什么后果？
  2. 为什么电源线通常需要比普通信号线更宽？
  3. 按键输入端为什么常使用上拉或下拉电阻？

考核要求

于1周内提交实验报告和工程文件，内容包括元器件测量记录、面包板电路照片、原理图、PCB正反面截图、ERC与DRC通过截图、Gerber文件及思考题解答。

实验索引