Altium Designer電路設(shè)計探究

漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院 崔羊威 李宏偉

Altium Designer電路設(shè)計的教學(xué)方式普遍采用老師演示，學(xué)生練習(xí)。這種教學(xué)方式學(xué)生學(xué)到的更多是軟件的使用，無法和其他課程進(jìn)行融合，無法應(yīng)用到實際的項目中。為了解決這種教學(xué)方式存在的弊端，提出一種Altium Designer電路設(shè)計探究方案，該方案除了教會學(xué)生使用Altium Designer軟件繪制電路原理圖、PCB，結(jié)合本專業(yè)的其他課程進(jìn)行互補學(xué)習(xí)，做到融會貫通，并采用金字塔項目教學(xué)和信息化考評系統(tǒng)，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生解決實際問題的能力。

Altium Designer是一款應(yīng)用廣泛的電子線路設(shè)計軟件。無論是課程設(shè)計、電子設(shè)計競賽還是實際的項目設(shè)計，Altium Designer都是學(xué)生不可或缺的工具，傳統(tǒng)的教學(xué)方式存在很多弊端，只注重軟件本身學(xué)習(xí)，忽視學(xué)科間的互補學(xué)習(xí)，缺乏實際項目支撐，過于理論化。除了強化學(xué)生對軟件的熟練程度，更重要的是要引導(dǎo)學(xué)生對學(xué)科知識進(jìn)行融合，并在實際項目中提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，并采用信息化考評系統(tǒng)對學(xué)生課堂表現(xiàn)進(jìn)行量化考評。

1 理論知識學(xué)習(xí)

整個理論知識的學(xué)習(xí)要求學(xué)生掌握Altium Designer的基本功能和應(yīng)用，包括項目工程創(chuàng)建、原理圖設(shè)計、PCB圖設(shè)計、元件符號設(shè)計、元件封裝設(shè)計、集成庫設(shè)計以及EMC、EMI電磁兼容性設(shè)計等內(nèi)容。整個理論知識的學(xué)習(xí)要有一個整體的框架，不能過于注重細(xì)節(jié)而忽略整體、內(nèi)容過于分散、缺乏邏輯性。有了整體思路，再來設(shè)計原理圖、PCB圖文件。

老師講授的內(nèi)容要從簡單入手，逐漸完成復(fù)雜電路的設(shè)計，老師在教師機上為學(xué)生講完，剩余的大部分時間還是要讓學(xué)生自己練習(xí)，在練習(xí)的過程中可以及時的發(fā)現(xiàn)學(xué)生在操作過程中的問題，能夠有針對性的進(jìn)行解決，這種教學(xué)方法為后面完成項目幫助很大。

1.1 原理圖的設(shè)計

1.1.1 原理圖設(shè)計

原理圖的設(shè)計最重要的是要教會學(xué)生電路設(shè)計的原理，各模塊的功能，其次才是怎么繪制原理圖，在設(shè)計過程中按照事先定好的規(guī)范進(jìn)行操作。原理圖繪制的大致流程是首先創(chuàng)建工程文件和原理圖文件，進(jìn)行圖紙參數(shù)的設(shè)置，對元件庫進(jìn)行加載，然后放置和調(diào)整元件，原理圖連線和注釋，編譯檢查原理圖中是否存在錯誤，最后是檢查修改和打印輸出。同時要對學(xué)生容易犯的錯誤進(jìn)行點撥，并對每節(jié)課將所講的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，包括設(shè)計過程、易錯點、注意事項，將這些問題總結(jié)成word文檔的形式，發(fā)送給學(xué)生，讓學(xué)生獨立設(shè)計的時候不至于走彎路。

有些工程項目比較大，需要用到層次原理圖，我們需要了解層次原理圖設(shè)計的相關(guān)概念、自上而下繪制層次原理圖的基本方法、自下而上繪制層次原理圖的基本方法、層次原理圖之間的切換以及層次原理圖的打印輸出與報表生成。設(shè)計一個較大的原理圖或項目時，不可能一次性完成，也不可能將它繪制在一張圖紙上，更不可能由一個人單獨完成時，需要將整個原理圖劃分成多個功能模塊，由多組人員分層次并行設(shè)計，最后進(jìn)行整個項目的規(guī)范化操作。

1.1.2 自建原理圖元件庫

在我們繪制原理圖的過程中，有多種創(chuàng)建原理圖元件庫的方法，從Altium Designer自帶的原理圖元器件庫中復(fù)制常用的元件到自己的元器件庫可以提高創(chuàng)建元件效率，但有的元件符號在原有的庫中找不到，這就需要我們自己繪制相應(yīng)的元件符號，繪制原理圖符號的方式有多種。

首先創(chuàng)建原理圖庫文件，新建元件之后即可繪制原理圖元件。如果自己想要制作的元件和Altium Designer自帶的某元件大同小異，則可以先從Altium Designer自帶元件庫中拷貝過一個已有元件，再稍作修改，便可創(chuàng)建一個新的元件，從中找到想要修改的文件，利用圖形編輯工具修改元件，修改完畢保存即可。如果有現(xiàn)成的原理圖文件，也可以把其中你想要的元器件符號添加到自己的庫文件中，這便省去了自己重新繪制的麻煩，打開該原理圖庫文件，把想要的原理圖符號拷貝到自己的原理圖庫文件中去，這種方法要求學(xué)生掌握如何將原理圖制作成一個元件庫，在學(xué)生以后的工作中，可以將自己用過的元件保存在一個庫里，為自己以后參加工作積累資源，以此來節(jié)省時間，提高工作效率。

1.1.3 快捷鍵的使用

原理圖設(shè)計過程中，經(jīng)常使用一些快捷鍵能夠加快設(shè)計的速度，比如按著鼠標(biāo)右鍵拖到圖紙，可以對整個原理圖進(jìn)行移動，按著Ctrl鍵滾動鼠標(biāo)的滾輪可以對原理圖進(jìn)行放大或縮小，同時按著Ctrl鍵和鼠標(biāo)右鍵，并移動鼠標(biāo)可快速放大和縮小繪圖畫布；按tab鍵可修改元件參數(shù)，按空格鍵可對元件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，按X可對元件進(jìn)行左右對稱，按Y可對元件上下對稱；PCB中按*號鍵可以放置過孔，并可切換圖層，按G可以對柵格大小進(jìn)行切換。按數(shù)字3可將PCB切換到3D模式，在3D模式按數(shù)字0可以切換到初始狀態(tài)，按數(shù)字9可以將PCB板逆時針旋轉(zhuǎn)90°，按V、B可以查看PCB板的背面電路，按數(shù)字2可以切換到2D模式。將常用技巧直接教給學(xué)生，可以提高設(shè)計效率，達(dá)到事半功倍的效果。

1.2 PCB圖的設(shè)計

PCB圖的設(shè)計包括導(dǎo)入原理圖、設(shè)置PCB繪制環(huán)境、設(shè)置布線規(guī)則、PCB布局、手動布線、DRC檢查、文件規(guī)范化并輸出等步驟。

PCB圖的設(shè)計，最重要的是進(jìn)行添加元件封裝，將元件導(dǎo)入到PCB中，規(guī)劃PCB板的大小，確定螺釘孔的位置，之后要對布線規(guī)則進(jìn)行設(shè)置，PCB圖的設(shè)計要求學(xué)生掌握手動布線的基本操作、拆除布線工具的基本方法、覆銅工具和填充工具的使用方法、PCB板層堆棧管理器的使用、補淚滴工具的使用、注釋工具的使用，注釋主要是為了顯示PCB板的設(shè)計時間、版本號、設(shè)計公司及l(fā)ogo。

設(shè)計PCB圖時，要考慮影響板子的性能的因素，比如印制導(dǎo)線應(yīng)盡可能的短，能走直線的就不要繞彎，避免急拐彎和尖角出現(xiàn)，電源線、地線布置在印制電路板的最邊緣，濾波電容要盡可能的挨著被濾波的元件引腳，并考慮整個板子的EMC、EMI設(shè)計。整個項目設(shè)計完成后還要進(jìn)行電氣接線圖的設(shè)計，電氣接線圖是為了方便了解整個項目的接線情況，方便軟件工程師進(jìn)行軟件設(shè)計。

2 課程互補學(xué)習(xí)

現(xiàn)代教育培養(yǎng)的是具有學(xué)科融合能力的人才，需要將課程交叉學(xué)習(xí)，能夠把各個學(xué)科融合起來，Altium Designer是一個工具，通過這個工具的學(xué)習(xí)可以加深對模電、數(shù)電、單片機、高頻電子線路等課程的理解，反過來又可以輔助設(shè)計需要的電路，實現(xiàn)多學(xué)科的互補學(xué)習(xí)，同時也是競賽的必備軟件。

3 金字塔項目教學(xué)

通過理論知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了如何繪制原理圖、PCB圖以及如何設(shè)計庫文件，接下來就是要在項目中去實踐，將理論知識運用到項目中去，通過做項目積累一定的經(jīng)驗，找到學(xué)習(xí)的方法以及解決問題的方法，懂得借用現(xiàn)有的資源去解決遇到的異常情況，采用金字塔式項目教學(xué)方式，實現(xiàn)由易到難，由繪制到設(shè)計的過程，金字塔項目如圖1所示，設(shè)計的項目分別是線性穩(wěn)壓電源、單片機最小系統(tǒng)、無源無線開關(guān)和四旋翼無人機飛控。

圖1 金字塔式項目

4 信息化考評系統(tǒng)

為了便于量化學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，采用現(xiàn)代化信息手段，設(shè)計了一套實時考評系統(tǒng)，考評系統(tǒng)界面如圖2所示，該系統(tǒng)可以直觀的顯示每個學(xué)生的實時得分情況，可以直觀看出學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，最后還可顯示班級學(xué)生的成績分布以及綜合得分，如圖3所示，整個考評系統(tǒng)對于課堂教學(xué)有很大幫助，極大縮短了考評時間，優(yōu)化了考評制度，對學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也有很大幫助。

圖2 信息化考評系統(tǒng)

圖3 綜合得分

小節(jié)結(jié)束后，可根據(jù)系統(tǒng)提示組織比賽，以小組為單位，小組隨機抽取題目，在規(guī)定的時間里，按照小組完成的好壞給出分?jǐn)?shù)，這樣就增加了學(xué)生的團(tuán)隊意識，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，題目中不僅要求會繪制原理圖、PCB圖，還要懂得各個模塊的工作原理，對學(xué)生的綜合能力要求很高，方便學(xué)生對所學(xué)知識形成體系，達(dá)到互補學(xué)習(xí)的效果。

結(jié)語：現(xiàn)代社會需要實用型人才，通過此改革探究方案，推崇互補學(xué)習(xí)、項目教學(xué)、校企合作以及信息化考評，培養(yǎng)學(xué)生向綜合應(yīng)用型人才方向發(fā)展，不但讓學(xué)生更好、更快的掌握和應(yīng)用Altium Designer，也可加深對其他學(xué)科的理解，提高學(xué)生的實踐性能力，并且采用信息化教學(xué)使教學(xué)多樣化，對提高教學(xué)質(zhì)量效果顯著。