Protel DXP項目式教學(xué)實踐

郭麗穎

(廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣東韶關(guān)512126)

Protel DXP項目式教學(xué)實踐

郭麗穎

(廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣東韶關(guān)512126)

針對傳統(tǒng)教學(xué)的不足，以光控定時器電路設(shè)計與制作這一項目為例，闡述Protel DXP課程采用項目教學(xué)法的重要性，以及實踐教學(xué)的作用與效果。Protel DXP項目式教學(xué)有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和分析問題、解決問題的能力。

Protel DXP;項目教學(xué)法;光控定時器

0 引言

Protel DXP 2004 SP2是一款功能強大、簡單易學(xué)的印制電路板(PCB)設(shè)計軟件，它將常用的設(shè)計工具集成于一身，可以實現(xiàn)從最初的項目模塊規(guī)劃到最終的生產(chǎn)加工文件形成的整個設(shè)計過程，是目前國內(nèi)流行的電子設(shè)計自動化(EDA)軟件。為了培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計能力，我國大中專院校電類專業(yè)幾乎都開設(shè)了Protel DXP課程，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合。但傳統(tǒng)的教學(xué)采用課堂理論和上機實驗相結(jié)合的方法，學(xué)生只是驗證課堂上的理論知識點或是繪制一些簡單的、缺乏實際應(yīng)用價值的電路，不利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新性。項目教學(xué)法主張教和學(xué)相結(jié)合［1］，是師生通過共同實施一個完整的項目而進行的教學(xué)活動。項目教學(xué)法最顯著的特點是以項目為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，改變以往教師講，學(xué)生聽的被動教學(xué)模式，是一種學(xué)生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式。下面以光控定時器電路的設(shè)計與制作這一項目為例，闡述Protel DXP課程實施項目教學(xué)法的過程［2］以及取得的教學(xué)效果，與各位同行探討。

1 光控定時器電路工作原理

光控定時器電路主要由光控電路和定時電路組成。定時電路主要由406-二進制14級加法計數(shù)器/振蕩器和外圍元件構(gòu)成。4060的9、10、11腳分別接上適當?shù)脑c內(nèi)部的三個非門構(gòu)成RC環(huán)形振蕩器電路，4060的Q4-Q10輸出端分別接上發(fā)光二極管D1-D7作為計數(shù)顯示，555時基電路與電位器、光敏電阻等接成光控施密特電路。

電源接通時，VCC只向555電路的電源端供電，并且使復(fù)位端為高電平。由于555電路構(gòu)成施密特電路，如果此時照射到光敏電阻上的光線較強時，光敏電阻的阻值很小，555電路的2、6腳電壓U2，6≥VCC，555電路3腳輸出為低電位，4060不工作。如果照射到光敏電阻上的光線較弱時，光敏電阻的阻值變大，使555電路的2、6腳電壓U2，6≥VCC時，555電路3腳輸出為高電位，4060開始工作表示光控開始(此時D10點亮表示定時開始):內(nèi)部振蕩器以約1 HZ的頻率輸出脈沖送到內(nèi)部的計數(shù)器計數(shù)，發(fā)光二極管D1-D7以二進制方式顯示計數(shù)結(jié)果。當計數(shù)結(jié)果使二極管D9正極為高電位時(計數(shù)結(jié)果可通過開關(guān)S2設(shè)置)，D9導(dǎo)通到使4060-11腳為高電平，4060內(nèi)部振蕩器停止工作(此時D10熄滅表示定時結(jié)束)。

二極管D11-D14、電阻R14和開關(guān)S2構(gòu)成的可變四入與門決定定時時間，當S2全部接通時，定時周期為64+32+16+8=120個脈沖。調(diào)整VR1使D1以1 HZ周期閃爍，則定時周期為120秒。改變R9、R10、VR1和C1的參數(shù)使D1的閃爍周期不同，則可以得到不同的定時周期。設(shè)置S2的開通狀況還可以得到不同的定時時間。

定時結(jié)束后，按下開關(guān)S1，使4060-12腳(復(fù)位端)為高電平→4060內(nèi)部計數(shù)器清零→計數(shù)器所有輸出均為低電平→D9正極為低電位→D9截止→4060內(nèi)部振蕩器重新振蕩→輸出脈沖送到4060內(nèi)部的計數(shù)器計數(shù)……(下一次定時開始)。

2 光控定時器電路原理圖設(shè)計

原理圖設(shè)計［3］是電路設(shè)計的第一步，也是制版、仿真等后續(xù)步驟的基礎(chǔ)。因而，一般原理圖正確與否，直接關(guān)系到整個設(shè)計的成功與失敗。另外，為方便自己和他人讀圖，原理圖的美觀、清晰和規(guī)范也是十分必要的。原理圖設(shè)計分為新建原理圖;圖紙設(shè)置;裝載元件庫;放置元件;元件布局和連線;放置說明文字、網(wǎng)絡(luò)標號等進行電路標注說明;電氣規(guī)則檢測、線路、標識調(diào)整與修改;報表輸出、電路輸出等幾個步驟。光控定時器的原理圖設(shè)計基本按照上述步驟進行。但是，由于其中有些元件例如光敏電阻、電位器等在常用的元件庫中查找不到，這就需要學(xué)生自己動手創(chuàng)建該元件的圖形符號。光控定時器元件設(shè)計圖、光控定時器原理圖如圖1、圖2所示。通過繪制電路原理圖，使學(xué)生在掌握電路工作原理、典型芯片使用的同時，能夠掌握原理圖編輯器的基本操作、熟悉編譯校驗和網(wǎng)絡(luò)表的生成以及元件庫的建立和元件的制作等。

圖1 光控定時器電路元件設(shè)計圖

圖2 光控定時器電路原理圖

3 光控定時器電路PCB設(shè)計

3.1 元件封裝制作

繪制原理圖作為PCB設(shè)計的前期準備工作，一般先要確定元件的封裝。對于標準元件，可以從Protel DXP自帶的元件庫中找到相應(yīng)的封裝模型;對于一些非標準元件，則需要學(xué)生自己繪制相應(yīng)的元件封裝模型［4］。學(xué)生也可以制作自己的元件庫，并在工作中不斷積累豐富自己的元件庫，以方便今后的設(shè)計工作。在繪制的過程中，應(yīng)重點強調(diào)元件封裝模型的重要性，學(xué)生能夠用游標卡尺等工具進行測量，或在萬能板上進行比對，得出元件引腳間距、外形尺寸等數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生認真負責的工作態(tài)度。光控定時器電路的元件封裝圖如圖3所示。

圖3 光控定時器電路元件封裝圖

3.2 PCB設(shè)計

PCB的設(shè)計流程可分為以下七步［5］:設(shè)置PCB設(shè)計環(huán)境;從原理圖加載網(wǎng)絡(luò)表和元件;自動布局及手工布局調(diào)整;自動布線規(guī)則設(shè)置;自動布線及手工布線調(diào)整、標注文字調(diào)整;設(shè)計規(guī)則檢查;PCB文件輸出等。通過設(shè)計PCB，學(xué)生對焊盤、過孔、封裝、板層等基本用語更加清晰，并真正使用到電路設(shè)計中。在PCB的布局過程中，可指導(dǎo)學(xué)生按照信號的流程逐個安排各個功能電路單元的位置，以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞555時基電路和4060集成電路進行布局，盡量減小和縮短元件之間的引線和連接。元件的布局應(yīng)便于信號的流通，使信號盡可能保持一致的方向。多數(shù)情況下，信號的流向安排為從左到右或從上到下，與輸入、輸出端直接相連的元件應(yīng)當放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的附近。對于電位器等可調(diào)元件應(yīng)考慮放在印制板上能夠方便調(diào)節(jié)的地方。學(xué)生之間通過相互比較各自的布局方案，相互交流學(xué)習(xí)，可以大大增強學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。通過學(xué)習(xí)，多數(shù)學(xué)生能夠熟悉PCB編輯器的基本操作，最終能夠生成PCB。光控定時器電路PCB圖、三維效果圖如圖4、圖5所示。

圖4 光控定時器電路PCB圖

圖5 光控定時器電路三維效果圖

4 光控定時器電路PCB制作與調(diào)試

將繪制好的電路板用轉(zhuǎn)印紙打印出來，然后經(jīng)過轉(zhuǎn)印電路板、腐蝕電路板、電路板鉆孔、焊接和調(diào)試等幾個步驟，就可以制作一個完整的光控定時器電路板。安裝前應(yīng)檢查元器件的質(zhì)量。光敏電阻的檢查方法為:用萬能表R×1 K檔接到光敏電阻的兩個引腳上，有較強光線照到它的受光面上時，其阻值應(yīng)能小于200 K;遮蔽光線時，其阻值應(yīng)能大于400 K。光敏電阻的安裝位置要方便光線的入射和遮擋。通電時，檢測555電路的2、6腳電壓U2，6應(yīng)能達到:當光線照射到光敏電阻受光面上時，555電路的2、6腳電壓U2，6≥VCC，即6 V以上，并且發(fā)光二極管D10不亮;當沒有光線照射到光敏電阻受光面上時(可用厚紙片遮擋)，555電路的2、6腳電壓U2，6≥VCC，即3 V以下，并且發(fā)光二極管D10點亮。如果不能達到這樣的結(jié)果，可通過調(diào)整VR2使之達到，否則應(yīng)考慮光敏電阻是否質(zhì)量達不到要求，或者通過加大VR2的阻值來解決。最后通過調(diào)節(jié)VR2使檢測狀態(tài)符合需要，并且工作中可靠、靈敏。

在整機調(diào)試的過程中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)許多問題，比如發(fā)光二極管不亮、定時時間無法改變、不能重新定時等問題。教師應(yīng)該采用啟發(fā)的方式引導(dǎo)學(xué)生查出問題的原因，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。通過制作電路板，在正確使用電子元件、合理布局線路、掌握焊接工藝等方面對學(xué)生進行訓(xùn)練，從而提高學(xué)生制作、安裝電子線路的技能。光控定時器電路實物圖如圖6所示。

圖6 光控定時器電路實物圖

5 結(jié)束語

通過完成光控定時器電路設(shè)計與制作這一項目，學(xué)生能夠掌握從原理圖的繪制到PCB的設(shè)計與制作整個過程。在項目執(zhí)行過程中，學(xué)生能夠把理論與實踐有機地結(jié)合起來，通過邊做邊學(xué)，不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題從而解決問題，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生解決實際問題的綜合能力。項目結(jié)束后，每個學(xué)生能看到自己的作品，產(chǎn)生強烈的成就感，從而增強學(xué)習(xí)的積極性，逐步變被動接受為主動學(xué)習(xí)。實踐證明:Protel DXP課程采用項目教學(xué)法有著重要的意義，在培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力方面發(fā)揮重要作用。

［1］賀平.項目教學(xué)法的實踐探索［J］.中國職業(yè)技術(shù)教育，2006(8):43-44.

［2］梁雄友.項目式教學(xué)法在PROTEL教學(xué)中的應(yīng)用［J］.廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2008(9):82-86.

［3］楊亭，等.電子CAD職業(yè)技能鑒定教程(Protel DXP 2004SP2)［M］.廣州:廣東科技出版社，2009:29-84.

［4］郝文化.Protel DXP電路原理圖與PCB設(shè)計［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004:80-90.

［5］郭勇.Protel DXP 2004 SP2印制電路板設(shè)計教程［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2009:113-172.

Practice of Project-based Teaching in Protel DXP

GUO Li-ying
(Guangdong Songshan Polytechnic College，Shaoguan 512126，China)

Aiming at the deficiency of the traditional teaching method，taking the design and creation of the photo-timer circuit as an example，the paper expounds the importance of project-based teaching in Protel DXP and the functions and effect of practical training.Project-based teaching in Protel DXP can stimulate the students＇learning interest;cultivate their competencies of operating skill，problem analyzing and solving in practice.

Protel DXP;project-based teaching;photo-timer

G 712

B

1672-2434(2011)02-0023-03

2010-12-01

郭麗穎(1977-)，女，講師，碩士，從事研究方向:電氣自動化技術(shù)