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Protel軟件在技校應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計中的研究與實踐論文
中山市技師學(xué)院應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)，自2013年以來，在五年制高級技工班和預(yù)備技師班的最后一個學(xué)期設(shè)置畢業(yè)設(shè)計課程，時間跨度為10周左右。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，畢業(yè)設(shè)計總課題中涉及電路仿真和PCB板設(shè)計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，受檢測手段和設(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、耗時長。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)計中引入Protel軟件，可以使學(xué)生擺脫實際電路進(jìn)行軟硬件調(diào)試，從而減小系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的難度，提高效率，降低成本，提升學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計的興趣和信心。
一、Protel軟件簡介
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)計者的首選輔助設(shè)計軟件，許多電子公司在招聘時，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)計流程、集成化PCB 設(shè)計、可編程器件（如FPGA）設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時進(jìn)行PCB和FPGA設(shè)計以及嵌入式設(shè)計的解決方案，具有將設(shè)計方案從概念轉(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)計的優(yōu)勢
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)生熟悉元件的型號及其性能，了解元件的引腳編號和封裝形式，方便繪制原理圖。利用繪圖中的總線、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號、注釋等工具能讓設(shè)計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證設(shè)計的可行性。
3.PCB板設(shè)計
軟件自動布線功能極大地方便了布線規(guī)則的設(shè)計。軟件的自動布線系統(tǒng)利用了人工智能技術(shù)，即使對于很復(fù)雜的電路板，其布線結(jié)果也能達(dá)到專家級的水平，大大有助于缺乏實踐經(jīng)驗的學(xué)生進(jìn)行電路設(shè)計。
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)自動完成雕刻、鉆孔、切邊等工作，自動、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)計的流程和具體實例
在畢業(yè)設(shè)計中引入 Protel軟件，一般可按圖1所示流程進(jìn)行。
1.確定設(shè)計方案
學(xué)生根據(jù)課題設(shè)計的要求，結(jié)合應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)知識，提出實現(xiàn)設(shè)計的幾個參考方案，通過在電路成本、可靠性、電路性能等方面對各方案進(jìn)行比較論證，確定最佳的電路設(shè)計方案。
2.使用軟件繪制原理圖
根據(jù)設(shè)計方案，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，生成材料清單、網(wǎng)絡(luò)表。最后，對電路進(jìn)行編譯ERC校驗，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，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)計要求。
4.設(shè)計電路印制
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；然后按實際需要設(shè)置布線規(guī)則，最后自動布線，手動調(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，盡量做到焊點表面完整、連續(xù)和圓滑。完成裝配。
7.電路調(diào)試
對裝配好的電路板進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，驗證電路各功能模塊。假如出現(xiàn)故障，利用萬用表、示波器等工具檢測相關(guān)參數(shù)，找出并排除故障點，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)計的實踐效果
1.節(jié)約畢業(yè)設(shè)計的成本
學(xué)生設(shè)計電路前，先運(yùn)用軟件進(jìn)行原理圖繪制，電路仿真成功后，再進(jìn)行實際硬件的設(shè)計、元件選購、焊接、調(diào)試等。減少了由于前期設(shè)計錯誤而造成的元器件或儀器儀表的損壞；減少了購買元器件的費(fèi)用支出和時間精力的浪費(fèi)。
2.增強(qiáng)學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計的決心和信心
在實際電路搭建過程中，大部分學(xué)生由于實踐經(jīng)驗不足，往往在系統(tǒng)調(diào)試時遇到問題，就會對自己的設(shè)計產(chǎn)生懷疑，對完成畢業(yè)設(shè)計缺乏信心。引入Protel軟件，可以暫時拋開實際電路，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)計的決心。
3.提供師生溝通交流的便捷平臺
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)計過程中，當(dāng)學(xué)生遇到陌生元器件時，可能對其引腳參數(shù)和功能不熟悉，需要查找資料手冊，從而提高了學(xué)生的自學(xué)能力；在電路布線過程中，學(xué)生對布線規(guī)則和要求缺乏經(jīng)驗時，需要請教指導(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、電路仿真過程中，可能會出現(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)計過程中，電路設(shè)計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)計中，借助軟件強(qiáng)大的功能，使畢業(yè)設(shè)計更便捷、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。
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