《Protel DXP電路設(shè)計(jì)》項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)的研析

熊 丹

（炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，江蘇 淮安 223400）

EDA是電子設(shè)計(jì)自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，在20世紀(jì)60年代中期從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。經(jīng)過多年的推廣，CAD技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、電子、航天、化工、建筑等行業(yè)。應(yīng)用CAD技術(shù)起到了提高企業(yè)的設(shè)計(jì)效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、減輕技術(shù)人員的勞動強(qiáng)度、縮短設(shè)計(jì)周期、加強(qiáng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化等作用。按主要功能或主要應(yīng)用場合，EDA工具軟件分為電路設(shè)計(jì)與仿真工具、PCB設(shè)計(jì)軟件、IC設(shè)計(jì)軟件、PLD設(shè)計(jì)工具及其它EDA軟件，其中PCB設(shè)計(jì)軟件Protel DXP是由Altium公司在原來Protel 99SE的基礎(chǔ)上，應(yīng)用最先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)方法，率先推出了一款基于Windows2000和Windows XP操作系統(tǒng)的EDA設(shè)計(jì)軟件。在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，很多高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計(jì)人才時(shí)在其條件欄上常會寫著要求會使用Protel。

《Protel DXP電路設(shè)計(jì)》這門課程的教學(xué)目標(biāo)是要求學(xué)生掌握Protel DXP的基本功能和應(yīng)用，包括簡單原理圖設(shè)計(jì)、復(fù)雜原理圖設(shè)計(jì)、層次原理圖設(shè)計(jì)、制作PCB板、制作集成庫等內(nèi)容，由于這門課程所涉及的實(shí)踐技能點(diǎn)瑣碎繁多，我們老師在教學(xué)過程中可以立足實(shí)際工程問題的應(yīng)用設(shè)計(jì)，通過具有針對性、代表性的實(shí)例項(xiàng)目講解原理圖設(shè)計(jì)、PCB板制作和封裝庫制作的方法和步驟，循序漸進(jìn)，不僅可以使學(xué)生掌握基本操作方法，還可以提高學(xué)生的綜合運(yùn)用能力，這樣學(xué)生就可以真正掌握電路設(shè)計(jì)技巧。這符合高職教育基于工作過程的教學(xué)模式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。下面我就結(jié)合Protel DXP這門課程的教學(xué)目標(biāo)及其與相關(guān)課程的聯(lián)系談?wù)勂漤?xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法。

一、簡單原理圖設(shè)計(jì)

在整個(gè)電路設(shè)計(jì)過程中，原理圖的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，它是電路設(shè)計(jì)的第一步。原理圖可以表達(dá)電路設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思想，并易于小組討論和交流，在后續(xù)的電路板設(shè)計(jì)過程中，它還提供了各個(gè)器件間連線的依據(jù)。因此，清晰正確的原理圖是電路設(shè)計(jì)的基石。在項(xiàng)目式教學(xué)中，可以通過繪制如圖1的“基本放大電路”的任務(wù)來培養(yǎng)學(xué)生以下能力：

圖1 基本放大電路

1.熟悉原理圖編輯環(huán)境

2.能繪制簡單的電路原理圖

3.能熟練使用原理圖編輯工具

完成此任務(wù)學(xué)生可以掌握以下6方面知識技能：

1.原理圖設(shè)計(jì)基本知識

2.原理圖圖紙?jiān)O(shè)置

3.放置元件及元件屬性設(shè)置

4.放置導(dǎo)線及導(dǎo)線屬性設(shè)置

5.視窗操作的方法

6.編輯對象的方法

最終讓學(xué)生掌握設(shè)計(jì)電路原理圖的設(shè)計(jì)步驟：

1.創(chuàng)建原理圖文件

2.設(shè)置繪圖環(huán)境

3.放置元器件

4.布局與連線

5.檢查與修改

6.保存與輸出

二、復(fù)雜原理圖設(shè)計(jì)

圖2 數(shù)據(jù)采集電路原理圖

實(shí)際的電路圖往往很復(fù)雜，連線也較多，且含有各種端口和注釋信息，這就需要通過放置“總線/總線入口”、“網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽”和輸入/輸出“端口”以及插入文字、圖形等方法來解決。另外在原理圖繪制過程中，原件編號容易混亂，也很難保證沒有電氣連接方面的錯(cuò)誤；因此繪制完電路圖后有必要對元器件重新進(jìn)行標(biāo)注，同時(shí)對原理圖進(jìn)行電氣檢查并改正錯(cuò)誤。在項(xiàng)目式教學(xué)中，可以通過繪制如圖2的“數(shù)據(jù)采集電路原理圖”的任務(wù)來培養(yǎng)學(xué)生以下能力：

1.能放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽、總線與總線入口、輸入/輸出端口

2.能設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽、輸入/輸出端口的屬性

3.能使用繪圖工具添加說明性文字和圖形

圖3 信號發(fā)生器電路原理圖

圖4 信號發(fā)生器電路原理圖的總圖

圖5 信號發(fā)生器的PCB板

圖6 數(shù)碼管的原理圖元件和PCB元件封裝

4.能對元器件編號進(jìn)行自動標(biāo)注

5.能查找并修改原理圖中的錯(cuò)誤

完成此任務(wù)學(xué)生可以掌握以下6方面知識技能：

1.網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽的放置及其屬性設(shè)置

2.總線與總線入口的放置

3.輸入/輸出端口的放置及其屬性設(shè)置

4.繪圖工具的基本使用

5.元器件編號的管理

6.項(xiàng)目的編譯與差錯(cuò)

三、層次原理圖設(shè)計(jì)

層次原理圖設(shè)計(jì)是在電路設(shè)計(jì)的實(shí)踐中提出來的，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步實(shí)現(xiàn)的一種先進(jìn)的原理圖設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)一個(gè)非常龐大的原理圖（稱為項(xiàng)目）時(shí)，不可能一次性的完成，也不可能將它繪制在一張圖紙上，更不可能由一個(gè)設(shè)計(jì)人員獨(dú)立完成。Protel DXP 2004提供了一個(gè)很好的項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)環(huán)境，可以將整個(gè)原理圖劃分為多個(gè)功能模塊，由各個(gè)工作組的設(shè)計(jì)人員來分層并行設(shè)計(jì)，這就使得設(shè)計(jì)進(jìn)程大大加快，同時(shí)也便于檢錯(cuò)修改和設(shè)計(jì)交流。在項(xiàng)目式教學(xué)中，可以通過繪制如圖3的“信號發(fā)生器電路原理圖”的任務(wù)來培養(yǎng)學(xué)生以下能力：

1.能用自上而下的方法繪制層次原理圖

2.能用自下而上的方法繪制層次原理圖

3.能生成層次原理圖的各種報(bào)表

4.能檢查并修改層次原理圖中的錯(cuò)誤

5.能對原理圖進(jìn)行打印輸出

繪制上述原理圖時(shí)，將原理圖按照虛線分成三部分，繪制如圖4所示的總圖。

然后采用自上而下的層次原理圖設(shè)計(jì)方法分別繪制方波產(chǎn)生電路、三角波產(chǎn)生電路和正弦波產(chǎn)生電路三個(gè)子圖。也可以采用自下而上的層次原理圖設(shè)計(jì)方法，先繪制子圖，然后再生成總圖，最后結(jié)果一樣。

完成此任務(wù)學(xué)生可以掌握以下5方面知識技能：

1.層次原理圖的有關(guān)概念

2.自上而下繪制層次原理圖的基本方法

3.自下而上繪制層次原理圖的基本方法

4.層次電路原理圖之間的切換

5.電路原理圖的打印輸出與報(bào)表生成方法

四、制作PCB板

電子設(shè)計(jì)在完成原理圖設(shè)計(jì)之后，就進(jìn)入了PCB設(shè)計(jì)階段，這也是我們在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)停留在圖紙階段的最后一步，PCB的完成宣告了一件產(chǎn)品的理論設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，當(dāng)PCB進(jìn)入生產(chǎn)廠家后，就可以加工出實(shí)物。所以說，PCB的設(shè)計(jì)與最后成型的產(chǎn)品密切相關(guān)。在項(xiàng)目式教學(xué)中，可以通過制作如圖5的“信號發(fā)生器的PCB板”的任務(wù)來培養(yǎng)學(xué)生以下能力：

1.能進(jìn)行手動布線、能拆除布線

2.能覆銅、放置填充

3.能管理PCB板層

4.能對焊盤補(bǔ)淚滴

5.能放置電路板注視

完成此任務(wù)學(xué)生可以掌握以下6方面知識技能：

1.手動布線的基本操作

2.拆除布線工具的基本使用

3.覆銅工具和填充工具的使用方法

4.PCB板層堆棧管理器的使用

5.補(bǔ)淚滴工具的基本使用

6.注視工具的基本使用

五、制作集成庫

在設(shè)計(jì)繪制原理圖時(shí)，通常都是從元件庫中選擇元件。在制作PCB板時(shí)，通常從封裝庫選擇元件封裝，元件庫和封裝庫合起來即為集成庫。雖然Protel DXP 2004內(nèi)置的集成庫已經(jīng)相當(dāng)完整，但是，隨著電子器件的不斷推陳出新，用戶有時(shí)還是無法從已有的元件庫中找到自己想要的元件、從已經(jīng)的封裝庫中找到自己想要的封裝，在這種情況下，就需要用戶自行建立新的元件庫及封裝庫，即集成庫。在項(xiàng)目式教學(xué)中，可以通過繪制如圖6的“數(shù)碼管的原理圖元件和PCB元件封裝”的任務(wù)來培養(yǎng)學(xué)生以下能力：

1.能制作規(guī)則原理圖元件和PCB封裝

2.能制作非規(guī)則原理圖元件和PCB封裝

3.能調(diào)用制作原理圖元件庫和PCB封裝庫

4.能根據(jù)實(shí)物尺寸合理選擇焊盤與過孔大小

5.能夠創(chuàng)建與修改集成元件庫

完成此任務(wù)學(xué)生可以掌握以下5方面知識技能：

1.原理圖元件庫與PCB封裝庫的創(chuàng)建

2.原理圖元件與PCB封裝編輯器的基本使用

3.集成元件庫的創(chuàng)建與修改

4.原理圖元件庫、PCB封裝庫及集成元件庫的調(diào)用

5.焊盤、過孔大小與實(shí)物大小的關(guān)系

結(jié)語

經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，在Protel DXP的項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)方面我有了一定的經(jīng)驗(yàn)，并取得了很好的成績，總體教學(xué)趨向合理，教學(xué)過程中既注重電路設(shè)計(jì)的基本操作方法和技巧，也注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

[1]王正勇.Protel DXP實(shí)用教程[M].高等教育出版社,2009.

[2]談世哲.Protel DXP電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與典型范例[M].電子工業(yè)出版社,2007.

[3]李俊婷.計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)與Protel DXP[M].高等教育出版社,2006.