LochMaster软件在电子实训中的应用

2022-10-17刘光军魏帆严震宇

电子测试 2022年16期

刘光军,魏帆,严震宇

（江西航空职业技术学院，江西南昌，330024）

0 引言

目前，高职院校电类相关专业普遍都会开设《模拟电子线路》和《数字电子线路》这两门专业基础课程，并进行相应的单元实验和课程设计实训。以我校为例，在完成基本的理论授课课时之后，都会安排2-4周的课程设计实训任务，通过实物电子线路的设计和制作，理论联系实际，帮助学生消化课程的理论知识，使学生的识图能力、元器件布局能力、焊接能力、电路调试与检测等专业能力得到全面的提升。通过观察，学生普遍存在如下几点不足：（1）电路图的识读能力不强。（2）元器件的布局不合理。（3）实物制作水平不高。（4）调试与排故能力不强。

究其原因，主要是对电路中的元器件实物特性不了解，对万能板制作电路的过程不够熟练造成的。为了在实物制作之前快速帮助学生掌握各种元器件的外形及特点，减少万能板制作时布局不合理导致的连接错误，降低制作成本，提高万能板制作电路的成品率，特介绍一款适合于万能板电子制作的计算机布局软件LochMaste，可以很好的解决上述的问题。

1 LochMaster软件介绍

随着计算机辅助设计在电子行业中的使用越来越广泛，电子CAD软件的种类和功能也越来越强大，大部分软件都是面向PCB板的设计与制作，如Altium Designer等，但对于普通初学者使用最多的万能板并没有很好的支持，而LochMaster软件的出现，正好弥补了万能板辅助设计的不足，该软件是德国 Abacom公司推出的专门适用于万能板电路的计算机辅助设计软件。利用模拟万能板实际外观，结合逼真的3D元器件外形和灵活的3D显示切换，使元器件可以灵活的布局在万能板的正反面并接线，加深初学者对电路的理解，降低实物接线的错误率，减少损耗，对电子实训项目起到辅助作用。具有以下优点：

1.1 丰富的电路板模板

LochMaster 带有许多预定义的标准电路板布局，如洞洞板、连孔板等，同时软件自带了电路板编辑器，可以灵活的创建自己的电路板，最大支持板尺寸1000mm×1000mm，如图1所示。

图1 线路板样式

1.2 3D元件库

软件自带集成元件库，包括电子元件、机械元件，如螺钉、螺母和垫片等符号，能以3D形式逼真的显示实物外形，同时通过软件的对象助手工具，可以编辑和创建自己的组件和符号，达到扩展元件库的目的，如图2所示。

图2 3D效果图

1.3 灵活的接线方式

软件自带工具中，全部模拟实际电路制作过程中所用到的所有操作，包括焊盘、导线、测试点、跳线、铺铜分割等，通过切换正面、背面、透明、3D不同的视图效果，便于用户灵活的观察接线情况。

2 LochMaster在555振荡电路设计中的应用

通过LochMaster绘制555振荡电路的制作实例，模拟万能板实际制作数字电路的过程，加深初学者对电路的理解，具体过程如下。

2.1 电路原理

2.1.1 555芯片介绍

555振荡电路是数字电路实训中使用频率最高的基本单元电路，虽然555 定时器是在 40 多年前推出的集成电路，但是由于其结构相对简单、易用和低成本特点，目前仍然在各种电路中得到广泛使用。

由于其内部存在三个5kΩ的电阻相互串联形成参考电压，因此而得名。通过内部比较器控制RS触发器的两个输入端，使其在Q处产生“高”或“低”电平输出，控制高电流输出开关级，以驱动连接的负载，最大输出电路可达200mA，同时控制内部的NPN三极管的通断，与7脚外接的电容形成充放电回路。

2.1.2 非稳态振荡器工作原理

在555芯片外接少量的电容、电阻等器件，就可以实现各种稳态电路的设计，多用于产生各种方波信号，电路如图3所示。

图3 555振动电路

非稳态多谐振荡电路最大的特点是没有输入信号而有输出信号，总是在“0”稳态与“1”稳态之间进行切换，这是通过控制电容C1的充放电过程来实现输出电平的高低转换。电路初始阶段，电容Vc1=0V，此时电源通过R1、R2、C1通路进行充电，输出为高电平；当Vc1电压逐渐上升，达到2/3Vcc时，此时芯片内的三极管导通，Vc1通过电阻R2、芯片7脚进行放电，输出变低；当Vc1两端的电压下降到1/3Vcc以下时，C1恢复充电，输出再次变高，循环重复。

该电路通过控制4脚复位端子的高低电平起到控制电路工作的作用，当V4为低电平时，555芯片复位清零；当V4为高电平时，555芯片正常工作，输出方波，使放光二极管交替闪烁。

3 LochMaster电路绘制

3.1 万能板制作一般步骤

万能板又称洞洞板，是个人制作电子产品使用最多的电路基板之一，具有结构简单、价格便宜、易于制作等诸多优点，制作过程如图4所示。

图4 制作过程

3.2 器件布局

对于初学者而言，万能板制作电路最难的部分在于器件的布局，这直接决定了后续连线的质量与电路的成功率，目前普遍采用的方法是在纸上绘制元器件的布局图并模拟连线，但并不直观，下面介绍LochMaster软件进行元件布局并连线的过程。

（1）打开软件，选用合适大小的万能板模板。

（2）切换到万能板正面，在元器件库中查找图3电路中所需要的元器件并布局。

元件所在库请参照表1。

表1 元件库

极性电容 Capacitors(elektrolytic)无极性电容 Capacitors(tantalum)发光二极管 LED波动开关 Switches

（3）布局规则。

首先，确定电源的正负极，一般认为万能板的第一行为电源的正极，最后一行为电源负极，这样电路中出现接正负极的情况，我们只要分别向上下端的第一行接线即可；其次，元件布局时，一般采用“先核心后边缘”的原则，即优先布置电路的核心元件，往往是一些多引脚器件，如芯片、三极管等关键器件；然后再根据电路原理图，补齐核心元件周围的配套元件，尽量做到少接线、不交叉、不跳线，边规划边焊接，无序中体现着有序，不容易漏线，效果较好，元件正面布局后效果如图5所示。

图5 元件布局

（4）元件连线。

图6 元件连线

4 线路板的制作

4.1 电源线处理

电源正负极在设计元件布局之前就应该确定好其位置，因为制作过程中会频繁的遇到连接电源的线路，普遍采用的方式是利用电路板中的某一行或某一列焊盘连接起来作为电源正负极使用，即保证了电路的美观性又使电路的层次分明。

4.2 元器件引脚处理

分立式元件的引脚往往都比较长，如色环电阻、瓷片电容等，在处理时，不要将引脚立即剪断，可通过这些多出的长引脚来进行搭接，往往会起到事半功倍的效果。

4.3 合理利用元件结构

在电子元件中，很多元件的内部存在短接的现象，可以合理的利用这些引脚，达到简化电路布局与连线的目的，如七段数码管的COM端、钮子开关的公共端等

4.4 善于设置跳线

电路制作中的跳线，可以提高线路中导线的布通率，相当于PCB电路中的过孔，当线路中遇到无法避让的情况时，通过添加跳线，即解决了电路的连通性问题，又保证了电路的美观性，通常跳线都设置在线路板的正面。

4.5 元器件的连接

在高校电子制作中，元器件引脚的连接普遍采用的是锡接方式，即通过焊锡将要连接的引脚连通，但这种方式在实际的生产中是不被允许的，一是焊锡浪费较大，造成制作成本过高；二是受焊丝质量、操作者的焊接水平、焊接工具等外部因素影响较大；三是过多的焊锡会造成线路板局部受热不均，受力不均衡，而造成线路板的弯曲、变形，进而形成虚焊、假焊等不良品。根据IPC标准，万能板中。

相邻两个焊盘之间互连可以采用锡接方式，而超过两个焊盘以上间距的连接则利用细铜丝进行加长并焊接实现，如连线过长，可分别固定细铜丝的头、尾及中间三个焊点即可，需注意的是细铜丝拉线时，应保证铜丝横平竖直，不得弯曲、斜向拉线，保证线路的美观性。

4.6 芯片连线规则

当电路中存在芯片时，我们制作电路往往都会以芯片作为核心器件进行优先布局，这里尤为重要的是对芯片供电的问题，因为很多电路原理图中并没有标出芯片电源线，需制作者根据经验自行连接，这对初学者来说很容易忽略掉，造成芯片不能正常工作。一般的74系列、40系列芯片，左下角为电源的负极，右上角为电源的正极；其他芯片应根据芯片手册判断芯片引脚的正负极。