《Protel DXP電路設計》項目驅動教學的研析

熊 丹

（炎黃職業技術學院信息工程系，江蘇 淮安 223400）

EDA是電子設計自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，在20世紀60年代中期從計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）的概念發展而來的。經過多年的推廣，CAD技術已經廣泛地應用在機械、電子、航天、化工、建筑等行業。應用CAD技術起到了提高企業的設計效率、優化設計方案、減輕技術人員的勞動強度、縮短設計周期、加強設計的標準化等作用。按主要功能或主要應用場合，EDA工具軟件分為電路設計與仿真工具、PCB設計軟件、IC設計軟件、PLD設計工具及其它EDA軟件，其中PCB設計軟件Protel DXP是由Altium公司在原來Protel 99SE的基礎上，應用最先進的軟件設計方法，率先推出了一款基于Windows2000和Windows XP操作系統的EDA設計軟件。在電子行業的CAD軟件中，它當之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設計者的首選軟件，它較早就在國內開始使用，在國內的普及率也最高，很多高校的電子專業還專門開設了課程來學習它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用Protel。

《Protel DXP電路設計》這門課程的教學目標是要求學生掌握Protel DXP的基本功能和應用，包括簡單原理圖設計、復雜原理圖設計、層次原理圖設計、制作PCB板、制作集成庫等內容，由于這門課程所涉及的實踐技能點瑣碎繁多，我們老師在教學過程中可以立足實際工程問題的應用設計，通過具有針對性、代表性的實例項目講解原理圖設計、PCB板制作和封裝庫制作的方法和步驟，循序漸進，不僅可以使學生掌握基本操作方法，還可以提高學生的綜合運用能力，這樣學生就可以真正掌握電路設計技巧。這符合高職教育基于工作過程的教學模式，有利于培養學生的實踐能力。下面我就結合Protel DXP這門課程的教學目標及其與相關課程的聯系談談其項目驅動教學法。

一、簡單原理圖設計

在整個電路設計過程中，原理圖的設計十分關鍵，它是電路設計的第一步。原理圖可以表達電路設計人員的設計思想，并易于小組討論和交流，在后續的電路板設計過程中，它還提供了各個器件間連線的依據。因此，清晰正確的原理圖是電路設計的基石。在項目式教學中，可以通過繪制如圖1的“基本放大電路”的任務來培養學生以下能力：

圖1 基本放大電路

1.熟悉原理圖編輯環境

2.能繪制簡單的電路原理圖

3.能熟練使用原理圖編輯工具

完成此任務學生可以掌握以下6方面知識技能：

1.原理圖設計基本知識

2.原理圖圖紙設置

3.放置元件及元件屬性設置

4.放置導線及導線屬性設置

5.視窗操作的方法

6.編輯對象的方法

最終讓學生掌握設計電路原理圖的設計步驟：

1.創建原理圖文件

2.設置繪圖環境

3.放置元器件

4.布局與連線

5.檢查與修改

6.保存與輸出

二、復雜原理圖設計

圖2 數據采集電路原理圖

實際的電路圖往往很復雜，連線也較多，且含有各種端口和注釋信息，這就需要通過放置“總線/總線入口”、“網絡標簽”和輸入/輸出“端口”以及插入文字、圖形等方法來解決。另外在原理圖繪制過程中，原件編號容易混亂，也很難保證沒有電氣連接方面的錯誤；因此繪制完電路圖后有必要對元器件重新進行標注，同時對原理圖進行電氣檢查并改正錯誤。在項目式教學中，可以通過繪制如圖2的“數據采集電路原理圖”的任務來培養學生以下能力：

1.能放置網絡標簽、總線與總線入口、輸入/輸出端口

2.能設置網絡標簽、輸入/輸出端口的屬性

3.能使用繪圖工具添加說明性文字和圖形

圖3 信號發生器電路原理圖

圖4 信號發生器電路原理圖的總圖

圖5 信號發生器的PCB板

圖6 數碼管的原理圖元件和PCB元件封裝

4.能對元器件編號進行自動標注

5.能查找并修改原理圖中的錯誤

完成此任務學生可以掌握以下6方面知識技能：

1.網絡標簽的放置及其屬性設置

2.總線與總線入口的放置

3.輸入/輸出端口的放置及其屬性設置

4.繪圖工具的基本使用

5.元器件編號的管理

6.項目的編譯與差錯

三、層次原理圖設計

層次原理圖設計是在電路設計的實踐中提出來的，是隨著計算機技術的發展而逐步實現的一種先進的原理圖設計方法。在設計一個非常龐大的原理圖（稱為項目）時，不可能一次性的完成，也不可能將它繪制在一張圖紙上，更不可能由一個設計人員獨立完成。Protel DXP 2004提供了一個很好的項目工程設計環境，可以將整個原理圖劃分為多個功能模塊，由各個工作組的設計人員來分層并行設計，這就使得設計進程大大加快，同時也便于檢錯修改和設計交流。在項目式教學中，可以通過繪制如圖3的“信號發生器電路原理圖”的任務來培養學生以下能力：

1.能用自上而下的方法繪制層次原理圖

2.能用自下而上的方法繪制層次原理圖

3.能生成層次原理圖的各種報表

4.能檢查并修改層次原理圖中的錯誤

5.能對原理圖進行打印輸出

繪制上述原理圖時，將原理圖按照虛線分成三部分，繪制如圖4所示的總圖。

然后采用自上而下的層次原理圖設計方法分別繪制方波產生電路、三角波產生電路和正弦波產生電路三個子圖。也可以采用自下而上的層次原理圖設計方法，先繪制子圖，然后再生成總圖，最后結果一樣。

完成此任務學生可以掌握以下5方面知識技能：

1.層次原理圖的有關概念

2.自上而下繪制層次原理圖的基本方法

3.自下而上繪制層次原理圖的基本方法

4.層次電路原理圖之間的切換

5.電路原理圖的打印輸出與報表生成方法

四、制作PCB板

電子設計在完成原理圖設計之后，就進入了PCB設計階段，這也是我們在設計產品時停留在圖紙階段的最后一步，PCB的完成宣告了一件產品的理論設計已經結束，當PCB進入生產廠家后，就可以加工出實物。所以說，PCB的設計與最后成型的產品密切相關。在項目式教學中，可以通過制作如圖5的“信號發生器的PCB板”的任務來培養學生以下能力：

1.能進行手動布線、能拆除布線

2.能覆銅、放置填充

3.能管理PCB板層

4.能對焊盤補淚滴

5.能放置電路板注視

完成此任務學生可以掌握以下6方面知識技能：

1.手動布線的基本操作

2.拆除布線工具的基本使用

3.覆銅工具和填充工具的使用方法

4.PCB板層堆棧管理器的使用

5.補淚滴工具的基本使用

6.注視工具的基本使用

五、制作集成庫

在設計繪制原理圖時，通常都是從元件庫中選擇元件。在制作PCB板時，通常從封裝庫選擇元件封裝，元件庫和封裝庫合起來即為集成庫。雖然Protel DXP 2004內置的集成庫已經相當完整，但是，隨著電子器件的不斷推陳出新，用戶有時還是無法從已有的元件庫中找到自己想要的元件、從已經的封裝庫中找到自己想要的封裝，在這種情況下，就需要用戶自行建立新的元件庫及封裝庫，即集成庫。在項目式教學中，可以通過繪制如圖6的“數碼管的原理圖元件和PCB元件封裝”的任務來培養學生以下能力：

1.能制作規則原理圖元件和PCB封裝

2.能制作非規則原理圖元件和PCB封裝

3.能調用制作原理圖元件庫和PCB封裝庫

4.能根據實物尺寸合理選擇焊盤與過孔大小

5.能夠創建與修改集成元件庫

完成此任務學生可以掌握以下5方面知識技能：

1.原理圖元件庫與PCB封裝庫的創建

2.原理圖元件與PCB封裝編輯器的基本使用

3.集成元件庫的創建與修改

4.原理圖元件庫、PCB封裝庫及集成元件庫的調用

5.焊盤、過孔大小與實物大小的關系

結語

經過多年的教學實踐，在Protel DXP的項目驅動教學方面我有了一定的經驗，并取得了很好的成績，總體教學趨向合理，教學過程中既注重電路設計的基本操作方法和技巧，也注重培養學生的綜合應用能力。

[1]王正勇.Protel DXP實用教程[M].高等教育出版社,2009.

[2]談世哲.Protel DXP電路設計基礎與典型范例[M].電子工業出版社,2007.

[3]李俊婷.計算機輔助電路設計與Protel DXP[M].高等教育出版社,2006.