电路设计与制作实用教程（Altium Designer版）

紧紧围绕STM32核心板电路设计与制作所需技能，采用Step-by-Step方式，遵循工程开发实际，将各种技术规范贯始终。提供丰富的配套软硬件及教学资源，通过微信公众号“卓越工程师培养系列”实时更新。 

本书以Altium公司的开发软件Altium Designer 15为平台，以本书配套的STM32核心板为实践载体，对电路设计与制作的全过程进行讲解。主要包括STM32核心板程序下载与验证、STM32核心板焊接、Altium Designer软件介绍、STM32核心板的原理图设计及PCB设计、创建元器件库、输出生产文件以及制作电路板等。本书所有知识点均围绕着STM32核心板，希望读者通过对本书的学习，能够快速设计并制作出一块属于自己的电路板，同时掌握电路设计与制作过程中涉及的所有基本技能。本书既可以作为高等院校相关专业的电路设计与制作实践课程教材，也可作为电路设计及相关行业工程技术人员的入门培训用书。

董磊，深圳大学医学部，生物医学工程学院，从事生物医学工程专业实践类教学工作十余年。汪天富，教授，获四川大学生物医学工程专业博士学位，现任深圳大学医学院副院长、深圳大学生物医学工程教学实验中心主任，医学超声关键技术国家地方联合工程实验室常务副主任，广东省生物医学信息检测与超声成像重点实验室常务副主任。*高等学校生物医学工程教学指导委员会委员（2013-2017）。

第1章基于STM32核心板的电路设计与制作流程
11什么是STM32核心板
12为什么选择STM32核心板
13电路设计与制作流程
14本书配套资料包
15本书配套开发套件
本章任务
本章习题
第2章STM32核心板介绍
21STM32芯片介绍
22STM32核心板电路简介
221通信-下载模块接口电路
222电源转换电路
223JTAG/SWD调试接口电路
224独立按键电路
225OLED显示屏接口电路
226晶振电路
227LED电路
228STM32微控制器电路
229外扩引脚
23基于STM32核心板可以开展的实验
本章任务
本章习题
第3章STM32核心板程序下载与验证
31准备工作
32将通信-下载模块连接到STM32核心板
33安装CH340驱动
34通过mcuisp下载程序
35通过串口助手查看接收数据
36查看STM32核心板工作状态
37通过STLink下载程序
本章任务
本章习题
第4章STM32核心板焊接
41焊接工具和材料
42STM32核心板元器件清单
43STM32核心板焊接步骤
44STM32核心板分步焊接
441焊接步
442焊接第二步
443焊接第三步
444焊接第四步
445焊接第五步
45元器件焊接方法详解
451STM32F103RCT6芯片焊接方法
452贴片电阻（电容）焊接方法
453发光二极管（LED）焊接方法
454肖特基二极管（SS210）焊接方法
455低压差线性稳压芯片（AMS1117）焊接方法
456晶振焊接方法
457贴片轻触开关焊接方法
458直插元器件焊接方法
本章任务
本章习题
第5章Altium Designer软件介绍
51PCB设计软件介绍
52硬件系统配置要求
53Altium Designer 15软件安装
54Altium Designer 15软件配置
本章任务
本章习题
第6章STM32核心板原理图设计
61原理图设计流程
62创建PCB工程
63创建新原理图文件
64原理图规范
641设置可视栅格和捕捉栅格
642设置纸张大小
643设置右下角标题
65快捷键介绍
66加载元器件库
661打开Libraries面板
662加载和卸载元器件库方法一
663加载和卸载元器件库方法二
67放置和删除元器件
68元器件的连线
69原理图的编译
610常见问题及解决方法
6101网络标号悬空
6102导线垂直交叉但未连接
6103检查同一网络是否连通
6104检查VCC与GND网络是否短路
6105在原理图中复制元器件
6106在原理图中对元器件进行90°旋转
6107在原理图中将元器件相对于X轴或Y轴进行翻转
本章任务
本章习题
第7章STM32核心板的PCB设计
71PCB设计流程
72创建PCB文件
73规则设置
731安全间距
732线宽
733过孔
734阻焊层间距
735丝印
736层的设置
74将原理图导入PCB
75基本操作
751绘制板框
752绘制定位孔
753统一修改编号丝印大小
76元器件的布局
761布局原则
762布局基本操作
77元器件的布线
771布线基本操作
772布线注意事项
773STM32分步布线
78丝印
781添加丝印
782丝印的方向
783批量添加底层丝印
784STM32核心板丝印效果图
79泪滴
791添加泪滴
792删除泪滴
710过孔盖油
7101单个过孔盖油
7102批量过孔盖油
711添加电路板信息和信息框
7111添加电路板名称丝印
7112添加版本信息和信息框
7113添加PCB信息
712覆铜
7121设置覆铜规则
7122覆铜操作
713DRC规则检测
714常见问题及解决方法
7141Footprint Not Found问题
7142Unknown Pin和Failed to add class member问题
本章任务
本章习题
第8章创建元器件库
81集成库的组成
82集成库工程的创建
83创建原理图库
831创建元器件原理图库的流程
832新建原理图库
833在原理图库中新建元器件
834制作电阻原理图符号
835制作蓝色发光二极管原理图符号
836制作简牛原理图符号
837制作STM32F103RCT6芯片原理图符号
84创建PCB库
841创建PCB库的流程
842新建PCB库
843新建PCB封装
844制作电阻的PCB封装
845制作蓝色发光二极管的PCB封装
846制作简牛的PCB封装
847制作STM32F103RCT6芯片的PCB封装
85生成集成库
851由集成库工程生成集成库
852由原理图文件生成集成库
853由PCB文件生成集成库
86常见问题及解决方法
861将元器件复制到其他原理图库
862从原理图库中删除元器件
863由一张原理图生成其原理图库
864将PCB封装复制到其他PCB库
865从PCB库中删除PCB封装
866下载元器件的3D封装模型
867由一个PCB文件生成其PCB库
本章任务
本章习题
第9章输出生产文件
91生产文件的组成
92PCB源文件的输出
93Gerber文件的输出
94BOM的输出
95丝印文件的输出
96坐标文件的输出
97终的输出文件
本章任务
本章习题
第10章制作电路板
101PCB打样在线下单流程
102元器件在线购买流程
103PCB贴片在线下单流程
本章任务
本章习题
附录STM32核心板PDF版本原理图
参考文献

前言

电路设计与制作是一个非常系统且复杂的工作，涉及原理图设计、PCB设计、元器件库制作、PCB打样、元器件采购、电路板焊接、电路板调试等技能。单个技能比较容易讲清楚，初学者也容易掌握。“麻雀虽小五脏俱全”，即使一个简单的电路板，要想完成设计与制作，都必须掌握所有这些技能，并且能将这些技能合理有效地贯通始终。
对于初学者而言，为了设计和制作一块电路板，常用的方式就是查阅电路设计与制作相关的书籍。然而，目前许多电路设计与制作相关的书籍都按照模块的方式来讲解，且每个模块之间缺乏一定的连贯性。例如，原理图绘制部分讲解的是三极管电路，PCB设计部分讲解的却是七段数码管电路，而生产文件输出部分讲解的又是单片机电路。这些书籍之所以这样安排，或许是希望覆盖所有的知识和技能，然而这样却使得内容只聚焦局部而忽略全局。此外，鲜有书籍会涉及电路板焊接、元器件采购和PCB制作等具有较强实践性的环节。
因此，初学者在一边查阅相关书籍一边进行实际电路设计与制作的过程中，常常会出现“按下葫芦起了瓢”的现象。例如，会绘制原理图，却不知道如何将设计好的原理图导入PCB文件中；好不容易设计好了PCB，却不知道如何生成光绘文件和坐标文件；生产文件搞定了，却又不知道发到哪家打样厂进行PCB打样；电路板拿到手了又对元器件采购不熟悉……而且由于书中较少涉及电烙铁操作、元器件焊接、电路板调试、万用表使用等方面的技能，初学者拿到电路板之后，也不知道如何下手。
据统计，全国大学生每年约有20%的本科生和专科生会继续读研，约有10%的硕士研究生会继续攻读博士学位，也就是说，绝大多数学生终都会选择就业。为了提高高等院校就业率和就业质量，按照企业的标准培养人才不失为一条有效途径。企业除重视实践外，还非常重视规范，但是诸如库规范、原理图设计规范、PCB设计规范、生产文件规范等通常都被我们忽略了。
为了解决上述问题，本书将通过对STM32核心板下载与验证、元器件采购、STM32核心板焊接、STM32核心板原理图设计及PCB设计、创建元器件库、输出生产文件以及制作电路板等知识的讲解，让初学者在短时间内对电路设计与制作的整个过程有一个立体的认识，终让初学者能够独立地进行简单电路的设计与制作。同时，在实训过程中，本书还对各种规范进行重点讲解。本书在编写过程中，遵循小而精的理念，只重点讲解STM32核心板电路设计与制作过程中使用到的技能和知识点，未涉及的内容尽量省略。
本书主要具有以下特点：
（1）以一块微控制器的核心板作为实践载体，微控制器选取了STM32F103RCT6，主要是考虑到STM32系列单片机是目前市面上使用为广泛的微控制器之一，且该系列的单片机具有功耗低、外设多、基于库开发、配套资料多、开发板种类多等优势。因此，读者终完成STM32核心板的设计与制作之后，还可以无缝地将其应用于后续的单片机软件设计中。
（2）用一个STM32核心板贯穿整个电路板设计与制作的过程，将所有关键技能有效、合理地串接在一起。这些技能包括元器件采购、STM32核心板焊接、STM32核心板原理图设计及PCB设计、制作元器件库、输出生产文件、制作电路板等。
（3）细致讲解STM32核心板电路设计与制作过程中使用到的技能，未涉及的技能几乎不予讲解。这样，初学者就可以快速掌握电路设计与制作的基本技能，并设计出一块属于自己的STM32核心板。
（4）对具有较强实践性的环节，如电路板焊接、元器件采购、PCB打样、PCB贴片、工具使用、电路板调试等电路板制作环节进行详细讲解。
（5）将各种规范贯穿于整个电路板设计与制作的过程中，如软件参数设置、工程和文件命名规范、版本规范、各种库（如原理图库、PCB库、3D库、集成库）的设计规范、BOM单格式规范、光绘文件输出规范、坐标文件输出规范、物料编号规范等。
（6）配有完整的资料包，包括各种库（如原理图库、PCB库、3D库、集成库）的源文件、元器件数据手册、PDF版本原理图、PPT讲义、软件、嵌入式工程、视频教程等。下载地址可关注并查看微信公众号“卓越工程师培养系列”。
鱼与熊掌不可兼得，诸如多层板电路设计、自动布局、差分对布线、电路仿真等内容均未出现在本书中，如果需要学习这些技能，建议读者查阅其他书籍或者在网上搜索相关资料。
    本书的编写得到了深圳市立创商城杨林杰、张银莹、杨希文的大力支持；深圳大学的黄于钰、陈杰、覃进宇、郭文波、刘宇林、曹康养在校对、视频录制中做了大量的工作；本书的出版得到了电子工业出版社的鼎力支持，张小乐编辑为本书的顺利出版做了大量的工作。一并向他们表示衷心的感谢。
由于作者水平有限，书中难免有错误和不足之处，敬请读者不吝赐教。