陳國明

摘 要 電工與電子技術(shù)構(gòu)架非電類專業(yè)學(xué)生的電學(xué)知識和能力結(jié)構(gòu)具有重要作用，結(jié)合大學(xué)生參加各種競賽的需求，針對全校學(xué)生，對上海工程技術(shù)大學(xué)電工實習(xí)內(nèi)容中電子部分進行改革，加入電路原理圖繪制及印制電路板設(shè)計制作教學(xué)，緊密結(jié)合工程和實踐主題，培養(yǎng)大學(xué)生應(yīng)用技能和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞 電子實習(xí)；PCB設(shè)計；電路原理圖；Altium Designer 10

中圖分類號：G642.0文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）23-0104-03

1 前言

目前，我國高校電工實習(xí)電子部分大多是焊接現(xiàn)成電路板，然后拼接成一個電子作品，其中會對電路原理圖有基本了解和對電路圖進行安裝、調(diào)試，如收音機、萬用表、穩(wěn)壓源等電子電路。這些都是現(xiàn)成的PCB板或用網(wǎng)孔板來制作，但近來大學(xué)生參加各種競賽，如全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生恩智浦智能汽車賽、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練賽等，都需要學(xué)生自己設(shè)計電路，具體電路圖設(shè)計電路由專業(yè)課教師或帶競賽教師指導(dǎo)，但設(shè)計好電路原理圖，如果不會用軟件來畫PCB圖，PCB板就無法出來。因此，在電子實習(xí)中有必要加入畫電路原理圖和PCB圖內(nèi)容。有了PCB印刷電路圖，有些高校如果配有制作PCB板設(shè)備，學(xué)生還能進一步學(xué)習(xí)制作PCB板技術(shù)；如果沒有上述設(shè)備，只要畫好PCB印刷電路圖就可以外加板。

科學(xué)技術(shù)發(fā)展非?？?，如果高等教育不及時調(diào)整課程和內(nèi)容，就無法培養(yǎng)出具有工程能力的應(yīng)用型工程師。但Protel 99傳統(tǒng)的設(shè)計軟件已無法滿足集成度和復(fù)雜度越來越高的技術(shù)，大學(xué)生迫切希望有一種新PCB設(shè)計軟件能滿足設(shè)計要求，并且功能要足夠強大和具有很高效率。雖然自動布線并不一定完全符合設(shè)計者要求，但是基本符合，一般稍做修改就可。完全用手工來畫PCB圖，會有很大的工作量并浪費大學(xué)生大量時間，而Altium Designer 10原理圖與PCB設(shè)計課內(nèi)容基本能滿足大學(xué)生參加各種競賽的要求。

2 電子實習(xí)模式改革

優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容 上海工程技術(shù)大學(xué)電工實習(xí)課程一般是兩周時間，一周強電實習(xí)，一周弱電實習(xí)也就是電子實習(xí)部分。電子實習(xí)主要內(nèi)容安排由焊接練習(xí)、常用電子元件介紹、穩(wěn)壓電路原理介紹、畫布線圖、布置元器件、用導(dǎo)線連接元件，最后是測量電路圖數(shù)據(jù)和用示波器測波形圖等內(nèi)容，穩(wěn)壓電路圖由簡單到復(fù)雜，電路穩(wěn)定性也會越來越好，這都可以從測量數(shù)據(jù)和波形圖反映出來。但總發(fā)現(xiàn)學(xué)生電路焊了太多，前后共要焊三個電路圖而學(xué)不到別的知識。在不增加課時前提下，可以減少一個電路圖，用這部分時間直接上Altium Designer 10原理圖與PCB設(shè)計使用。

第一部分，介紹Altium Designer 10原理圖與PCB設(shè)計軟件基本使用。上課主要介紹Altium Designer 10原理圖與編輯、Altium Designer 10設(shè)計流程、PCB設(shè)計規(guī)則設(shè)置、元器件封裝的制作與管理、PCB設(shè)計的布局與布線操作等主要課本章節(jié)內(nèi)容。

第二部分，可以使用Altium Designer 10軟件畫電子實習(xí)原理圖、PCB Altium Designer 10原理圖與PCB圖。在學(xué)生學(xué)會Altium Designer 10基本操作后，可以用軟件畫各類競賽電路原理圖，這樣充實了實習(xí)內(nèi)容，更感興趣的學(xué)生課后可以畫自己需要的電路圖或參加各類競賽自己設(shè)計電路圖，增強實習(xí)內(nèi)涵和效果。

第三部分，新實習(xí)內(nèi)容與舊內(nèi)容比較具有優(yōu)勢。由于新內(nèi)容的添加，學(xué)生用軟件自己畫出PCB電路圖，雖然沒有條件讓所有學(xué)生自己加工線路板，但是教師可以選出比較好的和有代表性的電路圖外加工，然后讓學(xué)生焊接和調(diào)試，學(xué)生會有自豪感，因為是自己用軟計畫出的電路圖，同時會顯現(xiàn)新工藝的優(yōu)越性。一般來講，用加工出來PCB板制作電路可靠性會提高，測試數(shù)據(jù)和波形會更理想，板子故障率也會大大減少，同時減少教師檢查學(xué)生在焊接節(jié)點和連線上故障所花費的時間和精力。

在講解課程時要有側(cè)重點，Altium Designer 10的使用和畫基本電路圖學(xué)生會很快掌握，但創(chuàng)建原理圖庫和PCB庫就要慢一點兒，最好是學(xué)生跟著教師操作，一步一步跟著操作，不要把所有步驟都操作完，否則學(xué)生來不及掌握。另外，在講PCB設(shè)置規(guī)則時比較枯燥，可以結(jié)合PCB違反規(guī)則實例講解。在講網(wǎng)絡(luò)表生成時要讓學(xué)生知道生成網(wǎng)表后，即可將網(wǎng)表里的信息導(dǎo)入印刷電路板，是為電路板的組件布局和布線做準(zhǔn)備。PCB的設(shè)計是一個非常繁雜的過程，從最初的網(wǎng)絡(luò)表到最后設(shè)計出的精美的電路板，如同寫作一般需要作者非常細心地反復(fù)修改，因為PCB設(shè)計的好壞直接影響到最終產(chǎn)品的工作性能。

利用Altium Designer 10來設(shè)計印制電路板，其一般的流程如圖1所示。如果PCB圖比較簡單，也可以不采用這樣的流程，而直接設(shè)計PCB圖，但是在實際設(shè)計中一般不采用這樣的方法，因為這樣不利于設(shè)計的查錯以及后期的文件管理和歸檔。下面根據(jù)圖1所示流程，具體講解PCB的設(shè)計步驟。

教學(xué)方法創(chuàng)新 一般的教學(xué)方法是教師講課、學(xué)生聽講，講完課后布置課堂作業(yè)來檢驗課堂效果。好的教學(xué)方法是邊講邊讓學(xué)生做，同時隨時顧及學(xué)生掌握情況，讓所有學(xué)生都能掌握課堂知識。電子實習(xí)課程強調(diào)書本理論知識和實踐統(tǒng)一，最終學(xué)生制作作品要與自己需求和企業(yè)需要掛鉤。

在該課程教學(xué)中，介紹完簡單的軟件使用之后，就可以要求學(xué)生在學(xué)習(xí)后完成一個簡單印制板電路仿真項目，可以是電子實習(xí)電路，也可以是經(jīng)典電路，但是電路最好不要太復(fù)雜，畢竟實習(xí)時間有限，教師在課堂上只能教會學(xué)生入門，有興趣的學(xué)生可以課后花時間鉆研，完成相對復(fù)雜的項目。如在PCB的設(shè)計與制作中有些技巧掌握，這里簡單提七點：1）熟悉工廠PCB制造流程；2）電路圖簡化來完成設(shè)計任務(wù)；3）使用自動布線，但也考慮手工布線的優(yōu)點；4）考慮電路板尺寸大小和電流；5）避開裂片風(fēng)險；6）關(guān)注DRC對電路檢查；7）加深對加工工廠伙伴的認(rèn)識。另外，多與學(xué)生交流制作PCB設(shè)計經(jīng)驗，電路板的布線操作是整個PCB設(shè)計中最重要的一步。完成布局后的PCB網(wǎng)絡(luò)連接仍然是通過飛線來完成的，布線的目的就是要將網(wǎng)絡(luò)關(guān)系用實際的走線表現(xiàn)出來，而且要求走線合理美觀。endprint

如印制導(dǎo)線走向與形狀，印制電路板布線，“走通”是最起碼要求，“走好”是更高一層的要求。圖2所示為印制導(dǎo)線走向與形狀的部分實例。在印制導(dǎo)線設(shè)計時應(yīng)該注意：1）以短為佳，能走捷徑就不要繞遠，但導(dǎo)線通過兩個焊盤之間而不與它們連通時，應(yīng)該與它們保持最大而相等的間距；2）走線平滑自然為佳，避免急拐彎和尖角（這是因為很小的內(nèi)角在制板時難以腐蝕，而在過尖的外角處，銅箔容易剝離或翹起；導(dǎo)線與焊盤的連接處的過渡也要圓滑，避免出現(xiàn)小尖角）；3）應(yīng)盡量避免印制導(dǎo)線出現(xiàn)分支；4）為增加焊盤抗剝強度，根據(jù)安裝需要可設(shè)置工藝線，它不擔(dān)負導(dǎo)電作用；5）公共地線應(yīng)盡可能多地保留銅箔。

不同層PCB，布線要求也不同：對于單層PCB板，地線至少保持1.5 mm寬，跳線和地線寬度設(shè)置應(yīng)保持最低；對于雙層PCB板，優(yōu)先使用地柵/點陣布線，寬度保持在1.5 mm

以上，或者把地線放在一邊，信號電源放在另一邊。

再如，同步設(shè)計是Altium Designer系列軟件電路繪圖基本的繪圖方法，這是一個非常重要的概念。對同步設(shè)計概念最簡單的理解就是原理圖文件和PCB文件在任何情況下保持同步。也就是說，不管是先繪制原理圖再繪制PCB，還是原理圖和PCB同時繪制，最終要保證原理圖上元件的電氣連接意義必須和PCB上的電氣連接意義完全相同，這就是同步。同步并不是單純地同時進行，而是原理圖和PCB兩者之間電氣連接意義完全相同。實現(xiàn)這個目標(biāo)的最終方法是用同步器來實現(xiàn)。這個概念稱之為同步設(shè)計。要完成原理圖與PCB圖的同步更新，同步比較規(guī)則的設(shè)置是至關(guān)重要的。

學(xué)習(xí)成果的多樣化評價 電子實習(xí)課程是一門注重動手實踐的課程，教學(xué)方法不能與理論知識教學(xué)方式相同，在教學(xué)效果的評價方面也不應(yīng)該單一，因此提出學(xué)習(xí)成果評價多樣化的評價方式。在成果評價中，除了根據(jù)每個學(xué)生基本掌握情況打分，如果學(xué)生掌握課堂以外能力，如可以根據(jù)自己需求設(shè)計電路，特別是在各種大學(xué)生競賽中設(shè)計各種功能電路圖，應(yīng)給予這部分學(xué)生高分。通過課堂學(xué)習(xí)和課后自學(xué)、課堂討論等多樣化學(xué)習(xí)方法，不斷提高學(xué)生的工程設(shè)計能力和應(yīng)用能力。

3 電子實習(xí)改革創(chuàng)新宗旨

總之，電子實習(xí)必須要突出實踐動手，同時在實習(xí)項目上要由淺入深，體現(xiàn)易難遞進性。在實習(xí)項目選擇上，動手操作要與理論教學(xué)同步，另外要有一定梯度，電子實習(xí)項目順序可以從單個簡單電路到綜合復(fù)雜電路，設(shè)計項目要體現(xiàn)趣味性和滿足大學(xué)生參加各種競賽需求，提高大學(xué)生的動手和工程應(yīng)用技能。通過這門課使學(xué)生知道傳統(tǒng)手工布線與現(xiàn)代科技進步后用Altium Designer 10軟件進行設(shè)計，通過電子實習(xí)課程，讓學(xué)生經(jīng)歷電子元件識別、電路原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計及焊接調(diào)試全過程，希望隨著PCB設(shè)計與制作科技的發(fā)展，能讓大學(xué)生在學(xué)校就掌握基本技能技巧，為企業(yè)培養(yǎng)更多人才。

參考文獻

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