使用Altium_Designer绘制PCB板的课程设计报告(可编辑)

使用Altium_Designer绘制PCB板的课程设计报告（可编

辑）

苏州大学城市轨道交通学院课程设计实验告

利用 Altium Designer设计单片机实验系统 PCB板

7>2013-5-19 XXX

10控制工程

PCB课程设计

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目录

利用 Altium Designer设计单片机实验系统 PCB板. 2

一、课程设计目的. 2 二、设计工具(Altium Designer)简介 2

三、设计过程规划. 3 四、原理图绘制4

A. 新建工作空间和原理图 4

B. 在原理图中放置元器件 6

C. 绘制电路. 10

D. 编译与查错 13

五、 PCB板绘制. 15 A. PCB板设计流程15

B. 在 Project中新建 PCB文件. 16

C. 导入设计. 19

D. 定义板框. 20

E. 规则设置. 21

F. 组件的放置和布局 23

G. 连接与布线 23

H. 操作中的快捷方式简介. 26 I. DRC检测28

六、部分特殊元器件的处理. 29 A. SN74F04D和 SN74F02D29 B. SW DIP-229

C. 去耦电容. 29

D. Phonejack2 TN30 七、课程设计心得31

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利用 Altium Designer 设计单片机实验系统 PCB板

一、课程设计目的

1. 培养学生掌握、使用实用电子线路、计算机系统设计、仿真软件的能力。

2. 提高学生读图、分析线路和正确绘制设计线路、系统的能力。

3. 了解原理图设计基础、了解设计环境设置、学习 Altium Designer 软件

的功能

及使用方法。

4. 掌握绘制原理图的各种工具、利用软件绘制原理图。

5. 掌握编辑元器件的方法构造原理图元件库。

6. 熟练掌握手工绘制电路版的方法，并掌握绘制编辑元件封装图的方法，自己

构造印制板元件库。

7. 了解电路板设计的一般规则、利用软件绘制原理图并自动生成印制板图。

二、设计工具(Altium Designer)简介

Altium Designer基于一个软件集成平台，把为电子产品开发提供完整环境所需的

工具全部整合在一个应用软件中。

Altium Designer包含所有设计任务所需的工具:原理图和 HDL设计输入、电路仿

真、信号完整性分析、PCB设计、基于 FPGA的嵌入式系统设计和开发。

其主要特点有:

1. 通过设计档包的方式，将原理图编辑、电路仿真、PCB设计，FPGA设计及打

印这些功能有机地结合在一起，提供了一个集成开发环境。2. 提供了混合电路仿真功能，为设计实验原理图电路中某些功能模块的正确与

否提供了方便。3. 提供了丰富的原理图组件库和 PCB封装库，并且为设计新的器件提供了封装

向导程序，简化了封装设计过程。4. 提供了层次原理图设计方法，支持“自上向下”的设计思想，使大型电路设计

的工作组开发方式成为可能。5. 提供了强大的查错功能。原理图中的 ERC(电气法则检查)工具和 PCB的 DRC

(设计规则检查)工具能帮助设计者更快地查出和改正错误。PCB课程设计

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6. 全面兼容 Protel系列以前版本的设计文件，并提供了 OrCAD格式文件的转换

功能。三、设计过程规划

流程图:

开始

根据实物板设计方案

制作原理图组件

绘制原理图

制作元器件封装

导入PCB图进行绘制

进行DRC检查

完成

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1. 方案分析决定电路原理图如何设计，同时也影响到 PCB板如何规划。根据设计要求进行

方案比较、选择，元器件的选择等，这是开发项目中最重要的环节。2. 设计原理图组件Altium Designer 6.0提供了丰富的原理图组件库，但不可能包括所有组件，必要

时需动手设计原理图组件，建立自己的组件库。3. 绘制原理图找到所有需要的原理组件后，开始原理图绘制。完成原理图后，用 ERC(电气法

则检查)工具查错。找到出错原因并修改原理图电路，重新查错到没有原则性错

误为止。4. 制作元器件封装和原理图组件库一样，Altium Designer 6.0 也不可能提供所有组件的封装。需要

时自行设计并建立新的组件封装库。5. 设计 PCB板

确认原理图没有错误之后，开始 PCB 板的绘制。首先绘出 PCB 板的轮廓，确定

工艺要求(使用几层板等)。然后将原理图传输到 PCB 板中来，在网络表、设计

规则和原理图的引导下布局和布线。使用(设计规则检查)工具查错。电路设计时另一个关键环节，它将决定该产品的实用性能，需要考虑的因素很多，不同的

电路有不同要求。

四、原理图绘制

A. 新建工作空间和原理图

项目是每项电子产品设计的基础，在一个项目文件中包括设计中生成的一切文件，

比如原理图文件、PCB 图文件、各种报表文件及保留在项目中的所有库或模型。

一个项目文件类似Windows 系统中的“文件夹”，在项目文件中可以执行对文件

的各种操作，如新建、打开、关闭、复制与删除等。但需注意的是，项目文件只

是起到管理的作用，在保存文件时，项目中的各个文件是以单个文件的形式保存

的。新建工作空间

1. 在菜单栏选择 File ? New ? Project ? PCB Project。

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2. Projects 面板出现。

3. 重新命名项目文件。新建原理图纸

1. 单击 File ? New ? Schematic，或者在 Files 面板的 New单元选

择:Schematic

Sheet。

2. 通过选择 File ? Save As 来将新原理图文件重命名(扩展名为*.SchDoc)

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6将原理图添加进 Project

如果设计者想添加到一个项目文件中的原理图图纸是作为自由文件夹被打开，那

么在 Projects面板的 Free Documents单元 Source document文件夹下用鼠标拖拽

要移动的文件 sheet1.sch到目标项目文件夹下的 Source document上即可。

B. 在原理图中放置元器件元器件的查找

Altium Designer为了管理数量巨大的电路标识，电路原理图编辑器提供了强大的

库搜索功能。我们调用相应的元件时只需找到相应公司的相应元器件种类就可方

便的找到所需的元器件。

1. 将你所需要用的库文件添加进 Libraries

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2. 寻找所需元器件

直接在 Libraries 面板中的关键字过滤栏中输入查找元器件

或者选择 Place ?part，在弹出的对话框中选中 choose，在 Browser libraries 对话

框中选择 find，进行元器件的寻找。

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8放置元器件

找到所需元器件后，直接将其拖动至原理图中的相应位置。

在拖动过程中，可以使用快捷键对元器件进行一些操作:

1 Space、Shift Space旋转元件

2 X、Y翻转元件

3 Tab修改元件属性

4 G切换捕捉栅格(10、5、1)

5 左键单击放置元件

6 右键单击停止放置元器件的属性设置

可以在放置元件时按“Tab”键修改，也可以在放置好的元件双击修改、

1. 一般元器件的属性设置

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2. 电阻电容等无源元件的属性设置

1 无源元件的参数列表中，一般含有“Value”参数，它同时是元件的仿真参数，

一般应将元件数值写在“Value”参数中，并设置为“Visible”

2 “Comment”用于填写元件型号，对于一般阻容元件无具体型号的，可将其

设置为参数引用“Value”并隐藏

3 电阻的功率、电容的耐压等参数，可在参数列表中添加新的自定义参数。

元器件封装选择对于已添加的库中的元器件来说，一般封装都已给定，无特殊要求一般使用默认

封装。

对于未指定封装或者自己绘制的元器件来讲，可以在封装库中查找所需封装并选

用，选择时注意区分贴片式和直插式封装。

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C. 绘制电路使用导线连接器件

1 为了使原理图图纸有很好的视图效果，可以使用以下三种方法，执行菜单命

令 View /Fit All Objects;第二种在原理图图纸上右击鼠标，在弹出的菜单

中

选择 Fit All Objects 选项;第三种是使用热键(V，F)。

2 执行主菜单命令 Place/Wire ，进人绘制导线状态，并绘制原理图上的所有

导线。把十字形游标放在第一个器件的引脚上，把游标移动到合适的位置时，一个红色的星形连接标志出现在游标处，这表明游标在组件的一个电气连接点上。

3 单击鼠标固定第一个导线点，移动鼠标会看到一根导线从固定点处沿鼠标的

方向移动。如果需要转折，在转折处单击鼠标确定导线的位置，每转折一次都需要单击鼠标一次。

4 移动鼠标到第二个器件的引脚处，游标又变成红色的星形连接标志，单击

鼠

标完成连接。

5 移动光标，绘制出导线，默认情况下导线只会 90度拐弯，这时: “Space”:更改出线方向(先水平或先垂直) “Shift Space”:更改拐弯角度(90度、45度、任意角度) “Tab”:更改导线属性(粗细、颜色等)。

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11批量操作

1. 查找相似对象

2. 进行批量修改

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12元器件标号

1. 单个器件标号

双击器件，可在弹出的对话框中对选中器件进行包括标号、赋值在内的多项操作。

2. 多个器件标号

使用 Tools ? Annotate Schematic菜单命令进行批量标号。

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13使用封装管理器进行封装的确认和更改D. 编译与查错编译原理图文件点击“Project”菜单中的 compile命令，弹出编译结果。结果分 error和warning

两种，error一定需要处理，warning视具体情况而定PCB课程设计

14查错与修改

点击具体 error信息，将弹出该错误的具体位置并在原理图中高亮显示。放置忽略 ERC 测试点

放置忽略 ERC 测试点的主要目的是让系统在进行电气规则检查(ERC)时，忽略对某些节点的检查。例如系统默认输入型引脚必须连接，但实际上某些输入型

引脚不连接也是常事，如果不放置忽略 ERC测试点，那么系统在编译时就会生成

错误信息，并在引脚上放置错误标记。

启动放置忽略 ERC 测试点命令，主要有两种方法:? 单击绘制电路图工具栏中的图示。? 执行主菜单命令 Place/Directives/NO ERC 。

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五、 PCB板绘制

A. PCB板设计流程

1 设计原理图这是设计 PCB电路的第一步，就是利用原理图设计工具先绘制好原理图文件。如

果在电路图很简单的情况下，也可以跳过这一步直接进入 PCB电路设计步骤，进

行手工布线或自动布线。

2 定义组件封装

原理图设计完成后，组件的封装有可能被遗漏或有错误。正确加入网表后，系统

会自动地为大多数组件提供封装。但是对于用户自己设计的组件或者是某些特殊

组件必须由用户自己定义或修改组件的封装。

3 PCB 图纸的基本设置这一步用于 PCB 图纸进行各种设计，主要有:设定 PCB 电路板的结构及尺寸，

板层数目，通孔的类型，网格的大小等，既可以用系统提供的 PCB设计模板进行

设计，也可以手动设计 PCB板。4 生成网表和载入网表网表是电路原理图和印刷电路板设计的接口，只有将网表引人 PCB系统后，才能

进行电路板的自动布线。在设计好的 PCB板上生成网表和加载网表，必须保证

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产生的网表已没有任何错误，其所有组件能够很好的加载到 PCB板中。加载网表

后系统将产生一个内部的网表，形成飞线。

5 组件布局

组件布局是由电路原理图根据网表转换成的 PCB图，一般组件布局都不很规则，

甚至有的相互重叠，因此必须将组件进行重新布局。组件布局的合理性将影响到布线的质量。在进行对于双面板等设计时，如果组件

布局不合理，布线时。将会放置很多过孔，使电路板走线变得复杂。6 布线规则设置飞线设置好后，在实际布线之前，要进行布线规则的设置，这是 PCB 板设计所

必须的一步。在这里用户要定义布线的各种规则，比如安全距离、导线宽度等。7 自动布线Altium Designer提供了强大的自动布线功能，在设置好布线规则之后，可以用系

统提供的自动布线功能进行自动布线。本次课程设计我们不使用自动布线功能。

但可以作为手动布线方法的参考。

8 手动布线在自动布线结束后，有可能因为组件布局或别的原因，自动布线无法完全解决问

题或产生布线冲突时，即需要进行手动布线加以设置或调整。如果自动布线完全

成功，则可以不必手动布线。在组件很少且布线简单的情况下，也可以直接进行手动布线，当然这需要一定的

熟练程度和实践经验。9 生成报表文件印刷电路板布线完成之后，可以生成相应的各类报表文件，比如组件清单、电路

板信息报表等。这些报表可以帮助用户更好的了解所设计的印刷板和管理所使用

的组件。

B. 在 Project中新建 PCB文件

1 在 Files 面板的底部的 New from template单元单击 PCB Board Wizard

创建新

的 PCB。如果这个选项没有显示在屏幕上，单击向上的箭头图标关闭上面的一些单元。2 PCB Board Wizard打开,设计者首先看见的是介绍页,点 Next按钮继续。

3 设置度量单位为英制(Imperial)。1000 mils 1 inch英寸、 1

inch2.54cm(厘

米)。

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4 向导的第三页允许设计者选择要使用的板轮廓。在本例中设计者使用自定义

的板子尺寸，从板轮廓列表中选择 Custom，单击 Next。5 在下一页，进入了自定义板选项。在本次设计中，因为涉及到板子不是规则

的矩形，所以尺寸定义的稍大，便于切割。单击 Next继续。

6 在这一页允许选择板子的层数。例子中需要两个 Signal Layers，不需要Power

Planes，所以将 Power Planes 下面的选择框改为 0。单击 Next继续。

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187 在设计中使用过孔(via)样式选择 Thruhole Vias only，单击 Next。

8 在下一页允许设计者设置元件/导线的技术(布线)选项。选择 Through-hole

components 选项，将相邻焊盘(pad间的导线数设为 One Track。单击 Next 继续。

9 设置完成后，点击 Finish结束向导，生成新的 PCB文件。

10 将新生成的 PCB文件拖拽至指定的 Project中，即可完成添加。

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19C. 导入设计

点击菜单栏 Design?updata pcb document

原理图导入完成后如下图所示

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D. 定义板框

1 在 PCB板周围布线形成所需的板的轮廓，将线的 Layer设为“Keep-Out Layer”

(需形成闭合回路)2 框选已经绘制的闭合板框，点击 Design?Board

shape?define from selected

objects

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21E. 规则设置 PCB规则简介

PCB规则是 PCB设计中至关重要的一个环节。它保证 PCB符合电气要求、机械加

工(精度)要求;为自动布局、布线和部分手动布局、布线操作提供依据;为规则检查提供依据，PCB 编辑期间，AD 会实时地进行一些规则检查，违规的地方

会作标记(亮绿色)，也可通过“T - D - R”进行全面的批量规则检查。

PCB课程设计

22PCB规则分类

PCB规则只要有以下几类: Electrical(电气规则):安全间距、线网连接等Routing(布线):线宽、过孔形状尺寸、布线拓扑、布线层、封装出线等 SMT(表面贴装(贴片)):贴片元件焊盘的一些要求 Mask(掩膜):阻焊和焊膏的扩展 Plane(内电层和铺铜):内电层和铺铜与焊盘的连接方式 Testpoint(测试点) Manufacturing(加工):孔、焊盘、丝印和阻焊的尺寸及相关关系 HighSpeed(高速信号):串扰、线长、配长、过孔数量等与高速信号相关的 Placement(放置):元件放置和元件间距等 SignalIntegrity(信号完整性):走线阻抗及高速信号的过冲、摆率等

同一类规则下可以包含(新建)多个规则，并为每个规则设置不同的适用范围和优先级，以根据具体需求实现灵活多样的规则

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F. 组件的放置和布局

虽然 Altium designer 能够自动布局，但是实际上电路板的布局几乎都是手工完

成的。要进行布局时，一般遵循如下规则:

1 按照电路功能布局如果没有特殊要求，尽可能按照原理图的元件安排对元

件进行布局，信号从左边

进入、从右边输出，从上边输入、从下边输出。按照电路流程，安排各个功能

电路单元的位置，使信号流通更加顺畅和保持方向一致。以每个功能电路为核

心，围绕这个核心电路进行布局，元件安排应该均匀、整齐、紧凑，原则是减少

和缩短各个元件之间的引线和连接。数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局。

2 元件放置的顺序首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件，如电源插座、指示灯、开关和连接

插件等。再放置特殊元件，例如发热元件、集成电路等。最后放置小元件，例

如电阻、电容、二极管等。

本次设计中主要参考实物组件的放置方法进行 PCB板的布局。

G. 连接与布线应遵循的规则

1 线长:铜膜线应尽可能短，在高频电路中更应该如此。铜膜线的不拐弯处应

为圆角或斜角，而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能。当双面板布线时，两面的导线应该相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生电容。

2 线宽:铜膜线的宽度应以能满足电气特性要求而又便于生产为准则，它的

最

小值取决于流过它的电流，但是一般不宜小于 0.2mm。只要板面积足够大，铜膜线宽度和间距最好选择 0.3mm。一般情况下，1~1.5mm 的线宽，允许

流过 2A 的电流。例如地线和电源线最好选用大于 1mm 的线宽。

3 线间距:相邻铜膜线之间的间距应该满足电气安全要求，同时为了便于生产，

间距应该越宽越好。最小间距至少能够承受所加电压的峰值。在布线密度低的情况下，间距应该尽可能的大。

4 地线:尽量加粗地线。若地线很细，接地电位会随电流的变化而变化，导致

电子系统的信号受到干扰，特别是模拟电路部分，因此地线应该尽量宽，一

般以大于 1mm 为宜。

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5 走线方向:按照一定规则走线。例如:Top层水平方向走线，Bottom层竖直

方向走线。便于布线后期不会因为局部步线过密导致无法继续布线。走线方法与技巧

1. 走线中换层

在走线过程中按下键盘左上角的“~”键调出布线快捷菜单，根据此菜单可完成

布线过程中的大部分操作。

也可使用 Shift+ctrl+鼠标滚轮来进行换层操作。

2. 布线中的走线及过孔操作

1 操作走线时按 shift+W 来操作

走线宽度。

2 操作过孔时按 shift+V 来操作

过孔

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3 Shift+空格键快速切换走线角度

4 Shift+R走线推挤方式快速切换? 单层操作

在实际的 PCB画图中，对于纷乱的期间布局，已经是很麻烦，如果还要在其中布

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线，就更加麻烦了，单层操作可以轻松帮你解决。按住 shift+S 可以只显示

当前

所在层的布线和过孔。H. 操作中的快捷方式简介系统默认快捷方式其实系统的组合快捷键都是依据菜单的下滑字母组合起来的，如 P+L 放置线条，所以平时多记忆操作下这些快捷的组合方式，有利于 PCB设计效率的提高。

1 L打开层设置开关选项器件移动状态下，按下 L换层)

2 S打开选择:S+L(线选)、S+I(框选)

3 J 跳转比如:J+C(跳转到器件)、J+N(跳转到网络)

4 Q 英寸和毫米切换

5 Delete 删除已被选择的对象,E+D 点选删除

6 放大缩小: 按抓鼠标中键向前后推动、Page up、Page down

7 切换层:小键盘上面的“+”、“-”、点选下面层选项8 A+T:向上对齐、A+L:向左对齐、A+R:向右对齐、A+B:向下对齐

9 Shift+S 单层显示与多层显示切换10 测量:ctrl+M(哪里要测点哪里)、

R+P(测量边距)PCB课程设计

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11 空格键翻转选择某物体导线，过孔等,同时按下 Tab 键可改变其属性导线

长度，过孔大小等12 改走线模式(5种):shift+空格键“45?线性” “45?+

圆角” “90?”“ 任意角”“90?+

圆弧”“圆弧”13 字体(条形码)放置:"A"-Place String14 线宽选

择:shift+w 过孔选择 Shift+V15 等间距走线:T+T+M 不可更改间距，P+M 可更改间距走线16 走线时显示走线长度:shift+g 系统帮助文件的快捷方式点击右下角 Help??shortcuts

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I. DRC检测

布线完成之后，进入 PCB板的 DRC检测阶段。点击 Tools?Design Rule check进

入 DRC界面

批量检查完成后，会根据检查的项目生成超文本格式的 DRC报告。

可单击其中的链接定位具体的项目以及 PCB上的位置。如果Warnings 和Violations 的数量均为 0，则说明该 PCB设计已正确完成。如有

Violation(违规)，必须处理，或更正 PCB 中错误，或适当放宽规则设置。如有Warning(警告)，也应注意，根据实际情况决定是否需要更正。

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六、部分特殊元器件的处理

A. SN74F04D和 SN74F02D

SN74F04D和 SN74F02D均是属于在一个集成芯片中集成了好多个这样的门电路，

所以在画原理图时应注意按顺序将他们设置成芯片的某一部分。例如:

B. SW DIP-2

在实际操作中一般只使用四个引脚的按键，而非两个引脚的。所以本次设计中我

们使用四个引脚的按键 SW DIP-2代替原图中的按键

C. 去耦电容

在原理图上画去耦电容时不需要把每个电容都接在各个芯片的GND和VCC之间，

只需要采用下图所示的画法即可，但在 PCB图中，应将每个去耦电容接在相应芯

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片的 GND和 VCC引脚上。

D. Phonejack2 TN

在原理图的绘制中我们用 PWR2.5 代替 Phonejack2 TN。但由于 Phonejack2 TN具

有 5个引脚，而 PWR2.5只有三个引脚，因此我们应对器件的引脚进行编辑。如

下图所示。

PWR2.5的默认封装在本次设计中不适用，应自制封装库绘制所需封装。PCB课程设计

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七、课程设计心得

此次课程设计是一项比较浩大的“工程”，在此之前，我从未进行过如此复杂的

设计，可以算得上是一次不大不小的突破。

回顾本次课程设计，难点颇多，主要集中于以下几点:

1 之前从未接触过类似 Altium Designer这样的电子电路设计软件，且没有过相

关使用电脑进行电路设计的经验。

2 Altium Designer的全英文界面使得对于这款软件的上手难度大大增加

3 对于元器件的认识和对于 PCB板、封装的基本概念不够成熟，致使设计进度

推进缓慢。

4 PCB布线对于整体布局能力的要求较高。

通过为期十周的课程设计，以上的问题大都得到了圆满的解决。自己在设计单片

机最小系统的过程中也积累了一定的 PCB设计绘制经验和能力，这对于解决日后

学习工作中遇到的相关问题都是难能可贵的财富。