Altium Designer电路设计探究

漯河职业技术学院 崔羊威 李宏伟

Altium Designer电路设计的教学方式普遍采用老师演示，学生练习。这种教学方式学生学到的更多是软件的使用，无法和其他课程进行融合，无法应用到实际的项目中。为了解决这种教学方式存在的弊端，提出一种Altium Designer电路设计探究方案，该方案除了教会学生使用Altium Designer软件绘制电路原理图、PCB，结合本专业的其他课程进行互补学习，做到融会贯通，并采用金字塔项目教学和信息化考评系统，充分调动学生的学习兴趣、激发学生解决实际问题的能力。

Altium Designer是一款应用广泛的电子线路设计软件。无论是课程设计、电子设计竞赛还是实际的项目设计，Altium Designer都是学生不可或缺的工具，传统的教学方式存在很多弊端，只注重软件本身学习，忽视学科间的互补学习，缺乏实际项目支撑，过于理论化。除了强化学生对软件的熟练程度，更重要的是要引导学生对学科知识进行融合，并在实际项目中提高学生的实践能力和创新能力，并采用信息化考评系统对学生课堂表现进行量化考评。

1 理论知识学习

整个理论知识的学习要求学生掌握Altium Designer的基本功能和应用，包括项目工程创建、原理图设计、PCB图设计、元件符号设计、元件封装设计、集成库设计以及EMC、EMI电磁兼容性设计等内容。整个理论知识的学习要有一个整体的框架，不能过于注重细节而忽略整体、内容过于分散、缺乏逻辑性。有了整体思路，再来设计原理图、PCB图文件。

老师讲授的内容要从简单入手，逐渐完成复杂电路的设计，老师在教师机上为学生讲完，剩余的大部分时间还是要让学生自己练习，在练习的过程中可以及时的发现学生在操作过程中的问题，能够有针对性的进行解决，这种教学方法为后面完成项目帮助很大。

1.1 原理图的设计

1.1.1 原理图设计

原理图的设计最重要的是要教会学生电路设计的原理，各模块的功能，其次才是怎么绘制原理图，在设计过程中按照事先定好的规范进行操作。原理图绘制的大致流程是首先创建工程文件和原理图文件，进行图纸参数的设置，对元件库进行加载，然后放置和调整元件，原理图连线和注释，编译检查原理图中是否存在错误，最后是检查修改和打印输出。同时要对学生容易犯的错误进行点拨，并对每节课将所讲的内容进行总结，包括设计过程、易错点、注意事项，将这些问题总结成word文档的形式，发送给学生，让学生独立设计的时候不至于走弯路。

有些工程项目比较大，需要用到层次原理图，我们需要了解层次原理图设计的相关概念、自上而下绘制层次原理图的基本方法、自下而上绘制层次原理图的基本方法、层次原理图之间的切换以及层次原理图的打印输出与报表生成。设计一个较大的原理图或项目时，不可能一次性完成，也不可能将它绘制在一张图纸上，更不可能由一个人单独完成时，需要将整个原理图划分成多个功能模块，由多组人员分层次并行设计，最后进行整个项目的规范化操作。

1.1.2 自建原理图元件库

在我们绘制原理图的过程中，有多种创建原理图元件库的方法，从Altium Designer自带的原理图元器件库中复制常用的元件到自己的元器件库可以提高创建元件效率，但有的元件符号在原有的库中找不到，这就需要我们自己绘制相应的元件符号，绘制原理图符号的方式有多种。

首先创建原理图库文件，新建元件之后即可绘制原理图元件。如果自己想要制作的元件和Altium Designer自带的某元件大同小异，则可以先从Altium Designer自带元件库中拷贝过一个已有元件，再稍作修改，便可创建一个新的元件，从中找到想要修改的文件，利用图形编辑工具修改元件，修改完毕保存即可。如果有现成的原理图文件，也可以把其中你想要的元器件符号添加到自己的库文件中，这便省去了自己重新绘制的麻烦，打开该原理图库文件，把想要的原理图符号拷贝到自己的原理图库文件中去，这种方法要求学生掌握如何将原理图制作成一个元件库，在学生以后的工作中，可以将自己用过的元件保存在一个库里，为自己以后参加工作积累资源，以此来节省时间，提高工作效率。

1.1.3 快捷键的使用

原理图设计过程中，经常使用一些快捷键能够加快设计的速度，比如按着鼠标右键拖到图纸，可以对整个原理图进行移动，按着Ctrl键滚动鼠标的滚轮可以对原理图进行放大或缩小，同时按着Ctrl键和鼠标右键，并移动鼠标可快速放大和缩小绘图画布；按tab键可修改元件参数，按空格键可对元件进行旋转，按X可对元件进行左右对称，按Y可对元件上下对称；PCB中按*号键可以放置过孔，并可切换图层，按G可以对栅格大小进行切换。按数字3可将PCB切换到3D模式，在3D模式按数字0可以切换到初始状态，按数字9可以将PCB板逆时针旋转90°，按V、B可以查看PCB板的背面电路，按数字2可以切换到2D模式。将常用技巧直接教给学生，可以提高设计效率，达到事半功倍的效果。

1.2 PCB图的设计

PCB图的设计包括导入原理图、设置PCB绘制环境、设置布线规则、PCB布局、手动布线、DRC检查、文件规范化并输出等步骤。

PCB图的设计，最重要的是进行添加元件封装，将元件导入到PCB中，规划PCB板的大小，确定螺钉孔的位置，之后要对布线规则进行设置，PCB图的设计要求学生掌握手动布线的基本操作、拆除布线工具的基本方法、覆铜工具和填充工具的使用方法、PCB板层堆栈管理器的使用、补泪滴工具的使用、注释工具的使用，注释主要是为了显示PCB板的设计时间、版本号、设计公司及logo。

设计PCB图时，要考虑影响板子的性能的因素，比如印制导线应尽可能的短，能走直线的就不要绕弯，避免急拐弯和尖角出现，电源线、地线布置在印制电路板的最边缘，滤波电容要尽可能的挨着被滤波的元件引脚，并考虑整个板子的EMC、EMI设计。整个项目设计完成后还要进行电气接线图的设计，电气接线图是为了方便了解整个项目的接线情况，方便软件工程师进行软件设计。

2 课程互补学习

现代教育培养的是具有学科融合能力的人才，需要将课程交叉学习，能够把各个学科融合起来，Altium Designer是一个工具，通过这个工具的学习可以加深对模电、数电、单片机、高频电子线路等课程的理解，反过来又可以辅助设计需要的电路，实现多学科的互补学习，同时也是竞赛的必备软件。

3 金字塔项目教学

通过理论知识的学习，学生掌握了如何绘制原理图、PCB图以及如何设计库文件，接下来就是要在项目中去实践，将理论知识运用到项目中去，通过做项目积累一定的经验，找到学习的方法以及解决问题的方法，懂得借用现有的资源去解决遇到的异常情况，采用金字塔式项目教学方式，实现由易到难，由绘制到设计的过程，金字塔项目如图1所示，设计的项目分别是线性稳压电源、单片机最小系统、无源无线开关和四旋翼无人机飞控。

图1 金字塔式项目

4 信息化考评系统

为了便于量化学生的学习成果，激发学生的学习兴趣，采用现代化信息手段，设计了一套实时考评系统，考评系统界面如图2所示，该系统可以直观的显示每个学生的实时得分情况，可以直观看出学生的薄弱环节，最后还可显示班级学生的成绩分布以及综合得分，如图3所示，整个考评系统对于课堂教学有很大帮助，极大缩短了考评时间，优化了考评制度，对学生的学习积极性也有很大帮助。

图2 信息化考评系统

图3 综合得分

小节结束后，可根据系统提示组织比赛，以小组为单位，小组随机抽取题目，在规定的时间里，按照小组完成的好坏给出分数，这样就增加了学生的团队意识，也激发了学生的学习兴趣，题目中不仅要求会绘制原理图、PCB图，还要懂得各个模块的工作原理，对学生的综合能力要求很高，方便学生对所学知识形成体系，达到互补学习的效果。

结语：现代社会需要实用型人才，通过此改革探究方案，推崇互补学习、项目教学、校企合作以及信息化考评，培养学生向综合应用型人才方向发展，不但让学生更好、更快的掌握和应用Altium Designer，也可加深对其他学科的理解，提高学生的实践性能力，并且采用信息化教学使教学多样化，对提高教学质量效果显著。