《Protel DXP电路设计》项目驱动教学的研析

2011-03-15熊丹

电子世界 2011年8期

熊丹

（炎黄职业技术学院信息工程系，江苏淮安 223400）

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。经过多年的推广，CAD技术已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工、建筑等行业。应用CAD技术起到了提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计的标准化等作用。按主要功能或主要应用场合，EDA工具软件分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件，其中PCB设计软件Protel DXP是由Altium公司在原来Protel 99SE的基础上，应用最先进的软件设计方法，率先推出了一款基于Windows2000和Windows XP操作系统的EDA设计软件。在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，很多高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用Protel。

《Protel DXP电路设计》这门课程的教学目标是要求学生掌握Protel DXP的基本功能和应用，包括简单原理图设计、复杂原理图设计、层次原理图设计、制作PCB板、制作集成库等内容，由于这门课程所涉及的实践技能点琐碎繁多，我们老师在教学过程中可以立足实际工程问题的应用设计，通过具有针对性、代表性的实例项目讲解原理图设计、PCB板制作和封装库制作的方法和步骤，循序渐进，不仅可以使学生掌握基本操作方法，还可以提高学生的综合运用能力，这样学生就可以真正掌握电路设计技巧。这符合高职教育基于工作过程的教学模式，有利于培养学生的实践能力。下面我就结合Protel DXP这门课程的教学目标及其与相关课程的联系谈谈其项目驱动教学法。

一、简单原理图设计

在整个电路设计过程中，原理图的设计十分关键，它是电路设计的第一步。原理图可以表达电路设计人员的设计思想，并易于小组讨论和交流，在后续的电路板设计过程中，它还提供了各个器件间连线的依据。因此，清晰正确的原理图是电路设计的基石。在项目式教学中，可以通过绘制如图1的“基本放大电路”的任务来培养学生以下能力：

图1 基本放大电路

1.熟悉原理图编辑环境

2.能绘制简单的电路原理图

3.能熟练使用原理图编辑工具

完成此任务学生可以掌握以下6方面知识技能：

1.原理图设计基本知识

2.原理图图纸设置

3.放置元件及元件属性设置

4.放置导线及导线属性设置

5.视窗操作的方法

6.编辑对象的方法

最终让学生掌握设计电路原理图的设计步骤：

1.创建原理图文件

2.设置绘图环境

3.放置元器件

4.布局与连线

5.检查与修改

6.保存与输出

二、复杂原理图设计

图2 数据采集电路原理图

实际的电路图往往很复杂，连线也较多，且含有各种端口和注释信息，这就需要通过放置“总线/总线入口”、“网络标签”和输入/输出“端口”以及插入文字、图形等方法来解决。另外在原理图绘制过程中，原件编号容易混乱，也很难保证没有电气连接方面的错误；因此绘制完电路图后有必要对元器件重新进行标注，同时对原理图进行电气检查并改正错误。在项目式教学中，可以通过绘制如图2的“数据采集电路原理图”的任务来培养学生以下能力：

1.能放置网络标签、总线与总线入口、输入/输出端口

2.能设置网络标签、输入/输出端口的属性

3.能使用绘图工具添加说明性文字和图形

图3 信号发生器电路原理图

图4 信号发生器电路原理图的总图

图5 信号发生器的PCB板

图6 数码管的原理图元件和PCB元件封装

4.能对元器件编号进行自动标注

5.能查找并修改原理图中的错误

完成此任务学生可以掌握以下6方面知识技能：

1.网络标签的放置及其属性设置

2.总线与总线入口的放置

3.输入/输出端口的放置及其属性设置

4.绘图工具的基本使用

5.元器件编号的管理

6.项目的编译与差错

三、层次原理图设计

层次原理图设计是在电路设计的实践中提出来的，是随着计算机技术的发展而逐步实现的一种先进的原理图设计方法。在设计一个非常庞大的原理图（称为项目）时，不可能一次性的完成，也不可能将它绘制在一张图纸上，更不可能由一个设计人员独立完成。Protel DXP 2004提供了一个很好的项目工程设计环境，可以将整个原理图划分为多个功能模块，由各个工作组的设计人员来分层并行设计，这就使得设计进程大大加快，同时也便于检错修改和设计交流。在项目式教学中，可以通过绘制如图3的“信号发生器电路原理图”的任务来培养学生以下能力：

1.能用自上而下的方法绘制层次原理图

2.能用自下而上的方法绘制层次原理图

3.能生成层次原理图的各种报表

4.能检查并修改层次原理图中的错误

5.能对原理图进行打印输出

绘制上述原理图时，将原理图按照虚线分成三部分，绘制如图4所示的总图。

然后采用自上而下的层次原理图设计方法分别绘制方波产生电路、三角波产生电路和正弦波产生电路三个子图。也可以采用自下而上的层次原理图设计方法，先绘制子图，然后再生成总图，最后结果一样。

完成此任务学生可以掌握以下5方面知识技能：

1.层次原理图的有关概念

2.自上而下绘制层次原理图的基本方法

3.自下而上绘制层次原理图的基本方法

4.层次电路原理图之间的切换

5.电路原理图的打印输出与报表生成方法

四、制作PCB板

电子设计在完成原理图设计之后，就进入了PCB设计阶段，这也是我们在设计产品时停留在图纸阶段的最后一步，PCB的完成宣告了一件产品的理论设计已经结束，当PCB进入生产厂家后，就可以加工出实物。所以说，PCB的设计与最后成型的产品密切相关。在项目式教学中，可以通过制作如图5的“信号发生器的PCB板”的任务来培养学生以下能力：

1.能进行手动布线、能拆除布线

2.能覆铜、放置填充

3.能管理PCB板层

4.能对焊盘补泪滴

5.能放置电路板注视

完成此任务学生可以掌握以下6方面知识技能：

1.手动布线的基本操作

2.拆除布线工具的基本使用

3.覆铜工具和填充工具的使用方法

4.PCB板层堆栈管理器的使用

5.补泪滴工具的基本使用

6.注视工具的基本使用

五、制作集成库

在设计绘制原理图时，通常都是从元件库中选择元件。在制作PCB板时，通常从封装库选择元件封装，元件库和封装库合起来即为集成库。虽然Protel DXP 2004内置的集成库已经相当完整，但是，随着电子器件的不断推陈出新，用户有时还是无法从已有的元件库中找到自己想要的元件、从已经的封装库中找到自己想要的封装，在这种情况下，就需要用户自行建立新的元件库及封装库，即集成库。在项目式教学中，可以通过绘制如图6的“数码管的原理图元件和PCB元件封装”的任务来培养学生以下能力：

1.能制作规则原理图元件和PCB封装

2.能制作非规则原理图元件和PCB封装

3.能调用制作原理图元件库和PCB封装库

4.能根据实物尺寸合理选择焊盘与过孔大小

5.能够创建与修改集成元件库

完成此任务学生可以掌握以下5方面知识技能：

1.原理图元件库与PCB封装库的创建

2.原理图元件与PCB封装编辑器的基本使用

3.集成元件库的创建与修改

4.原理图元件库、PCB封装库及集成元件库的调用

5.焊盘、过孔大小与实物大小的关系