Protel軟件在技校應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中的研究與實(shí)踐

楊耿國(guó)

中山市技師學(xué)院應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)，自2013年以來，在五年制高級(jí)技工班和預(yù)備技師班的最后一個(gè)學(xué)期設(shè)置畢業(yè)設(shè)計(jì)課程，時(shí)間跨度為10周左右。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)總課題中涉及電路仿真和PCB板設(shè)計(jì)的課題占了課題總數(shù)的很大比例，其中2013年為68.5%，2014為76.3%，2015為73.6%，2016為80.6%。通常情況下完成該類畢業(yè)設(shè)計(jì)，受檢測(cè)手段和設(shè)備條件的限制，直接進(jìn)行電路搭建和系統(tǒng)調(diào)試效率低、耗時(shí)長(zhǎng)。而且，一旦電路出現(xiàn)嚴(yán)重問題，往往需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和電路搭建，造成成本增加。為了解決上述問題，筆者提出，在應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)中引入Protel軟件，可以使學(xué)生擺脫實(shí)際電路進(jìn)行軟硬件調(diào)試，從而減小系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)的難度，提高效率，降低成本，提升學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的興趣和信心。

一、Protel軟件簡(jiǎn)介

Protel是Altium公司在20世紀(jì)80年代末推出的EDA軟件，是電子設(shè)計(jì)者的首選輔助設(shè)計(jì)軟件，許多電子公司在招聘時(shí)，通常要求面試者熟練掌握Protel。2005年年底，Protel軟件的最新版本Altium Designer 6.0誕生，它是將設(shè)計(jì)流程、集成化PCB 設(shè)計(jì)、可編程器件（如FPGA）設(shè)計(jì)和基于處理器設(shè)計(jì)的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時(shí)進(jìn)行PCB和FPGA設(shè)計(jì)以及嵌入式設(shè)計(jì)的解決方案，具有將設(shè)計(jì)方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。

二、引入Protel軟件到應(yīng)電專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

1.繪制原理圖

Protel收集了超過6萬種電子元器件，有利于學(xué)生熟悉元件的型號(hào)及其性能，了解元件的引腳編號(hào)和封裝形式，方便繪制原理圖。利用繪圖中的總線、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)、注釋等工具能讓設(shè)計(jì)出來的原理圖清晰規(guī)范，增加可讀性。

2.電路仿真

軟件提供多種仿真模塊，包括交流小信號(hào)分析、瞬態(tài)特性分析、噪聲分析、直流分析等，方便使用者更直觀更迅速地驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。

3.PCB板設(shè)計(jì)

軟件自動(dòng)布線功能極大地方便了布線規(guī)則的設(shè)計(jì)。軟件的自動(dòng)布線系統(tǒng)利用了人工智能技術(shù)，即使對(duì)于很復(fù)雜的電路板，其布線結(jié)果也能達(dá)到專家級(jí)的水平，大大有助于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

4.生成PCB加工文件

軟件完全支持制版輸出和電路板數(shù)控加工代碼文件生成，可用來控制雕刻機(jī)自動(dòng)完成雕刻、鉆孔、切邊等工作，自動(dòng)、快速、精確地制作單、雙面印刷線路板。

三、Protel軟件輔助電子技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的流程和具體實(shí)例

在畢業(yè)設(shè)計(jì)中引入 Protel軟件，一般可按圖1所示流程進(jìn)行。

1.確定設(shè)計(jì)方案

學(xué)生根據(jù)課題設(shè)計(jì)的要求，結(jié)合應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)知識(shí)，提出實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的幾個(gè)參考方案，通過在電路成本、可靠性、電路性能等方面對(duì)各方案進(jìn)行比較論證，確定最佳的電路設(shè)計(jì)方案。

2.使用軟件繪制原理圖

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)入Protel原理圖編輯器，設(shè)置元器件參數(shù)，查找或制作元件，合理擺放和布局。然后進(jìn)行電路連線、放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，生成材料清單、網(wǎng)絡(luò)表。最后，對(duì)電路進(jìn)行編譯ERC校驗(yàn)，確保電路正確。

3.仿真電路性能

在Protel的仿真環(huán)境中選擇相應(yīng)分析方法，設(shè)置數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行電路仿真，生成sdf文件，分析仿真結(jié)果。如果仿真不符合電路設(shè)計(jì)要求，重新修改電路參數(shù)。重復(fù)上述步驟，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.設(shè)計(jì)電路印制

進(jìn)入PCB編輯環(huán)境，定義PCB尺寸，從原理圖導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表信息；合理布局元件封裝；然后按實(shí)際需要設(shè)置布線規(guī)則，最后自動(dòng)布線，手動(dòng)調(diào)整，覆銅。

5.生成加工文件

打開PCBDOC文件，執(zhí)行“文件/輸出制造文件/Gerber Files”命令，設(shè)置Gerber文件的精度和輸入板層等參數(shù)，生成各層的Gerber文件，執(zhí)行“文件/輸出制造文件/NC Drill Files”命令，輸出鉆孔加工文件。最后規(guī)范操作雕刻機(jī)，加工完成設(shè)計(jì)好的電路板。

6.電路裝配焊接

按照電子裝配工藝規(guī)范插接元器件到電路板，用電烙鐵等工具對(duì)元器件進(jìn)行焊接，注意焊接工藝，杜絕出現(xiàn)虛焊、假焊和漏焊現(xiàn)象，盡量做到焊點(diǎn)表面完整、連續(xù)和圓滑。完成裝配。

7.電路調(diào)試

對(duì)裝配好的電路板進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，驗(yàn)證電路各功能模塊。假如出現(xiàn)故障，利用萬用表、示波器等工具檢測(cè)相關(guān)參數(shù)，找出并排除故障點(diǎn)，直到電路正常。

四、Protel軟件在應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐效果

1.節(jié)約畢業(yè)設(shè)計(jì)的成本

學(xué)生設(shè)計(jì)電路前，先運(yùn)用軟件進(jìn)行原理圖繪制，電路仿真成功后，再進(jìn)行實(shí)際硬件的設(shè)計(jì)、元件選購(gòu)、焊接、調(diào)試等。減少了由于前期設(shè)計(jì)錯(cuò)誤而造成的元器件或儀器儀表的損壞；減少了購(gòu)買元器件的費(fèi)用支出和時(shí)間精力的浪費(fèi)。

2.增強(qiáng)學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的決心和信心

在實(shí)際電路搭建過程中，大部分學(xué)生由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，往往在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)遇到問題，就會(huì)對(duì)自己的設(shè)計(jì)產(chǎn)生懷疑，對(duì)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)缺乏信心。引入Protel軟件，可以暫時(shí)拋開實(shí)際電路，在軟件上繪制電路、模擬制版、仿真分析，最終呈現(xiàn)設(shè)計(jì)效果，方便快捷，從而大大增強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)信心和完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的決心。

3.提供師生溝通交流的便捷平臺(tái)

利用Protel軟件原理圖的規(guī)范性和仿真的可視化，畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師可以在系統(tǒng)功能層面和學(xué)生探討整體設(shè)計(jì)問題，而不受具體電路的制約，使得指導(dǎo)教師和學(xué)生的溝通變得清晰流暢。

4.鍛煉學(xué)生綜合能力

在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)學(xué)生遇到陌生元器件時(shí)，可能對(duì)其引腳參數(shù)和功能不熟悉，需要查找資料手冊(cè)，從而提高了學(xué)生的自學(xué)能力；在電路布線過程中，學(xué)生對(duì)布線規(guī)則和要求缺乏經(jīng)驗(yàn)時(shí)，需要請(qǐng)教指導(dǎo)老師或者行業(yè)專家，提升了學(xué)生的溝通能力；在電路設(shè)計(jì)、電路仿真過程中，可能會(huì)出現(xiàn)參數(shù)誤差，需要反復(fù)修正和調(diào)整，培養(yǎng)了學(xué)生堅(jiān)持不懈和精益求精的工匠精神。更重要的是，學(xué)生熟練掌握Protel軟件，對(duì)工業(yè)制版工藝要求、具體流程的熟悉程度越高，就更有利于畢業(yè)后應(yīng)聘電子繪圖員、制板工等相關(guān)職位。

五、小結(jié)

現(xiàn)代電子信息技術(shù)日新月異，電子產(chǎn)品的復(fù)雜度、集成度都有了飛速提高，在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，電路設(shè)計(jì)軟件的使用也越來越廣泛。在應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中，借助軟件強(qiáng)大的功能，使畢業(yè)設(shè)計(jì)更便捷、更直觀、更可靠，將是職業(yè)教育和軟件技術(shù)結(jié)合發(fā)展的趨勢(shì)。

（作者單位：中山市技師學(xué)院）endprint