高校電子設(shè)計(jì)與制作技能比賽操作技巧探索

馬志新

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院電氣工程系，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

高校電子設(shè)計(jì)與制作技能比賽中電路板焊接完畢要編程及下載程序，之后接通電源調(diào)試或測(cè)試，看負(fù)載比如揚(yáng)聲器、交直流繼電器、發(fā)光二極管、電機(jī)的動(dòng)作情況，測(cè)一些特殊點(diǎn)的電壓，電流的數(shù)值。由于電子設(shè)計(jì)與制作技能比賽中所用電子元件個(gè)頭比較小，操作者在焊接或連接電路時(shí)要不斷分析、對(duì)照電路原理圖，既要?jiǎng)幽X，又要用到尖嘴鉗、斜口鉗、鑷子、數(shù)字萬(wàn)用表、電烙鐵、螺絲刀等工具，還要用到數(shù)字示波器、頻率計(jì)、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、毫伏表等設(shè)備。既有腦力勞動(dòng)，又有體力勞動(dòng)，辛苦程度可想而知。指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的平時(shí)訓(xùn)練，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

1 電路圖紙的識(shí)別

電子設(shè)計(jì)技能試卷都有被焊接電路的電路原理圖，要完成整個(gè)操作看懂圖紙是關(guān)鍵。一般說(shuō)，被裝配的電路板有給整機(jī)供電的電源部分、信號(hào)部分組成。要看懂圖紙，就要將電路原理圖與電子技術(shù)理論課對(duì)應(yīng)起來(lái)，將整張電路圖依據(jù)電路功能分為若干組成部分，分析每個(gè)組成部分各主要元件的作用，還要分析整機(jī)的信號(hào)處理流程，弄清楚信號(hào)從哪兒輸入，做什么方式的處理，從哪兒輸出，輸出信號(hào)又到哪兒去。只有將整個(gè)電路圖看懂了，分析出整機(jī)信號(hào)的回路在操作時(shí)才能有的放矢。

2 電子元器件的檢測(cè)與甄別

電子設(shè)計(jì)技能比賽中，所給元器件一般比試題元件列表中元件的數(shù)目要多20%左右，選手在參賽時(shí)首先要做元件的識(shí)別和檢測(cè)。電阻元件的檢測(cè)，要從電阻體上標(biāo)注的阻值和實(shí)測(cè)值及允許差值入手，用數(shù)字萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)量電阻器的實(shí)測(cè)值，再看它的標(biāo)稱阻值，二者之間的差值要符合允許誤差，這樣電阻檢測(cè)才是合格的[1]。電容元件在電路中有存儲(chǔ)電荷之功能，識(shí)別時(shí)要分清它是有極性的還是無(wú)極性的。測(cè)量時(shí)一般用數(shù)字電容表測(cè)量它是否短路、開(kāi)路、漏電、擊穿。短路就是2個(gè)極板直接連到一塊兒，無(wú)存儲(chǔ)電荷功能。開(kāi)路就是直接無(wú)電容的功能，漏電就是存儲(chǔ)電荷功能降低。半導(dǎo)體二極管要根據(jù)PN結(jié)的單向?qū)щ娦詠?lái)檢測(cè)。晶體三極管要測(cè)量出它的極性是NPN還是PNP,在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量時(shí)，可以使用晶體管特性測(cè)試儀測(cè)輸出輸入關(guān)系特性曲線，電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)測(cè)量時(shí)，將數(shù)字萬(wàn)用表打到二極管檔位，取元件的2個(gè)電極，正反測(cè)2次，看2個(gè)電極之間是PN結(jié)還是呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。電感元件、輸入輸出變壓器，要測(cè)里邊的線圈通不通，一般將數(shù)字萬(wàn)用表調(diào)于蜂鳴器檔位測(cè)線圈通斷。對(duì)有些貼片電容元件，只能準(zhǔn)備數(shù)字電容表等設(shè)備，進(jìn)一步檢測(cè)。

3 電路板的焊接

電路板上有絲印層，將每個(gè)元件的標(biāo)識(shí)符號(hào)和輪廓都印在上面了，將經(jīng)過(guò)檢測(cè)的各元件依據(jù)絲印層上的標(biāo)志對(duì)應(yīng)元件明細(xì)表中的編號(hào)和標(biāo)稱值裝插在電路板上，先裝插體積小高度低的元件，再裝插大元件。焊接加錫前先處理好烙鐵頭，電烙鐵不論是內(nèi)熱式還是外熱式，烙鐵頭前端都要加錫[2]，使烙鐵頭均勻地沾上一層焊錫，否則烙鐵頭容易“燒死”。對(duì)于“燒死”的烙鐵頭，先要用銼刀輕輕修整，將氧化層除掉，然后通電加熱加錫，同時(shí)加松香，反復(fù)多次，直到烙鐵頭上均勻地沾上錫為止。元件裝插好后，左手拿焊錫絲，右手拿烙鐵，焊錫絲和烙鐵頭在焊盤(pán)處相遇，焊錫融化后會(huì)在焊盤(pán)上形成焊點(diǎn)。先焊接電子元件，再裝配整機(jī)的其他支架、電機(jī)、傳感器等部分。

4 電路板故障的排除

自己動(dòng)手組裝的電路板，經(jīng)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤有(1)元件張冠李戴，比如將100歐姆和100千歐的電阻接反；(2)焊盤(pán)處斷開(kāi)，再用焊錫蓋上不易察覺(jué)；(3)二極管三極管引腳接錯(cuò)；(4)電源極性接反；(5)輸入輸出變壓器接反或同一個(gè)變壓器原次邊接錯(cuò)；(6)線圈焊接時(shí)頭上的絕緣漆沒(méi)處理不導(dǎo)電；(7)電烙鐵頭沒(méi)處理好導(dǎo)致電路板上有虛焊點(diǎn)存在；(8)電路板上人為的設(shè)置一些開(kāi)路故障，對(duì)于此類(lèi)故障，一般通電測(cè)試，看主要元件的供電情況來(lái)判斷電源通不通，不通的話，整機(jī)不供電，找出斷點(diǎn)，用導(dǎo)線連接即可。

5 電路板測(cè)試

電路板制作完成后，需要通電試驗(yàn)，看電路板上的負(fù)載是否動(dòng)作，或用示波器、萬(wàn)用表、掃頻儀、頻率計(jì)等設(shè)備測(cè)電路的輸出，看是否有正常的輸出電流和電壓?；蚩摧敵鲂盘?hào)的波形、頻率是否正?；蛟谡Ｖ抵畠?nèi)[3]。因此，對(duì)于電路板的測(cè)試，選手首先要掌握各種電子測(cè)試設(shè)備的連接和調(diào)試方法，其次要找準(zhǔn)測(cè)試點(diǎn)和接地點(diǎn)，測(cè)試完之后要會(huì)讀數(shù)和記錄，不懂被測(cè)量的單位也是不符合要求的。整個(gè)測(cè)試過(guò)程需要選手思想高度集中，連接好測(cè)試設(shè)備后，一邊動(dòng)手調(diào)有關(guān)電位器或短路帽，一邊看儀器的顯示屏或負(fù)載的現(xiàn)實(shí)情況。平時(shí)電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的實(shí)施，經(jīng)常和理論課《電子技術(shù)》聯(lián)系較密切，有部分同學(xué)因?yàn)槔碚撜n程較差，所以在實(shí)訓(xùn)實(shí)施中會(huì)產(chǎn)生一些錯(cuò)誤，對(duì)此老師要加強(qiáng)指導(dǎo)。

6 單片機(jī)編程

電子設(shè)計(jì)與制作技能比賽有時(shí)候就是叫選手先制作一塊單片機(jī)，然后編程，下載，使該單片機(jī)能完成特定的工作，比如驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管按照一定規(guī)律發(fā)光等。只要參賽選手學(xué)會(huì)C語(yǔ)言，理解它的語(yǔ)法和算法，懂一些電工基礎(chǔ)、模擬電子電路、數(shù)字電子電路的基礎(chǔ)知識(shí)，并運(yùn)用于單片機(jī)編程和對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)中，就已經(jīng)具備操作單片機(jī)的能力了。單片機(jī)有很多種，8bit、16bit、32bit，選手在選擇開(kāi)發(fā)板時(shí)，最好從使用8bit單片機(jī)開(kāi)始，逐次增加難度。還得有一些電子元器件的一定的硬件知識(shí)。理解普通二極管的導(dǎo)通條件，理解三極管NPN型和PNP型的驅(qū)動(dòng)電平是低電平有效還是高電平有效。理解電壓、電位、電流、電阻、接地點(diǎn)等基本概念。還要能看懂單片機(jī)電路原理圖，弄清楚單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的I口、O口、串口的硬件的位置和編號(hào)等，掌握ASCII碼字符與0-255之間的數(shù)字在A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換時(shí)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系[4]，并學(xué)會(huì)利用串口進(jìn)行下載調(diào)試。還需要借助于一定的工具比如數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字示波器來(lái)測(cè)信號(hào)電壓、測(cè)信號(hào)波形，通過(guò)具體數(shù)字和波形分析自己所編程序是否達(dá)到題目要求。

7 電路板測(cè)繪

電路板的測(cè)繪，是指考試主辦方給考生給了一塊現(xiàn)成的已經(jīng)焊接好電路板，讓考生看元件的引腳及印制導(dǎo)線的走向和連接關(guān)系，繪制出這塊電路板的電路原理圖。在這個(gè)項(xiàng)目中，考生先要直接識(shí)別電路板上的元器件的名稱，對(duì)于根據(jù)型號(hào)直接識(shí)別不出的元器件，可以借助數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)試，先分清這個(gè)元件是純電阻的還是半導(dǎo)體材料制成的，將元件識(shí)別后，以主要的晶體管或集成電路為中心[5]，看它的每一個(gè)引腳對(duì)外連接的下一個(gè)元件是什么，分析它們的連接關(guān)系，繼續(xù)向外擴(kuò)展，直到把所有元件的連接關(guān)系都搞清楚，就能繪制出該電路板的電路圖，學(xué)生首先要對(duì)電子技術(shù)課程中的基本電路要背誦的十分熟練，結(jié)合平時(shí)訓(xùn)練中要經(jīng)?？床煌碾娐穲D，對(duì)電路和元器件有一定的認(rèn)識(shí)和理解才能完成好此項(xiàng)工作，冰凍三尺非一日之寒，做好這個(gè)項(xiàng)目要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間不斷刻苦訓(xùn)練才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

8 ALTIUM DESIGN軟件的使用

ALTIUM DESIGN是電子線路CAD軟件，主要可以完成電路原理圖繪制和PCB板設(shè)計(jì)工作[6]。在平時(shí)訓(xùn)練中學(xué)生要多練，背誦各種電子元件的英文名稱和元件封裝，背誦各電子公司的元件庫(kù)名稱，熟悉軟件，熟練掌握各種技能和技巧，掌握各快捷鍵的作用，還要非常精通windows操作系統(tǒng)關(guān)于新建文件夾，給文件夾改名，設(shè)置文檔的保存路徑等基本知識(shí)。電子設(shè)計(jì)技能比賽中，得分比重較大的是原理圖繪制和PCB板設(shè)計(jì)2個(gè)模塊，在平時(shí)訓(xùn)練中，要分別實(shí)施，原理圖繪制是PCB板設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

9 結(jié)語(yǔ)

職業(yè)院校電子設(shè)計(jì)與制作技能比賽中，各種操作技能都比較零碎但又不缺乏連貫性，需要選手眼觀六路耳聽(tīng)八方盡量集中精力認(rèn)真對(duì)待，才能穩(wěn)操勝券。在平時(shí)訓(xùn)練中學(xué)生要多背誦、多總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、多做筆記、多練習(xí)才能做到熟能生巧。為了拓寬視野，還可以找一點(diǎn)關(guān)于家用電器維修的書(shū)籍，看一看元件的測(cè)量方法，讀懂書(shū)中所載整機(jī)原理圖之后還要舉一反三、觸類(lèi)旁通，背誦通識(shí)電路，將識(shí)圖方法用到電子設(shè)計(jì)技能比賽中。在比賽時(shí)刻，要時(shí)刻保持清醒的頭腦，沉著冷靜，認(rèn)真對(duì)待，才能考出好成績(jī)，不辜負(fù)學(xué)校和老師的培養(yǎng)，為下一步走上工作崗位打好基礎(chǔ)。