關(guān)于Protel DXP繪制電路原理圖的研究

【摘要】Protel Dxp這門課程強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，實踐性強，很適合采用項目任務(wù)教學(xué)法進行教學(xué)。本人采用項目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式從原理圖設(shè)計和PCB設(shè)計兩大模塊分析和探討，促使Protel Dxp教學(xué)獲得更好地發(fā)展與完善。

【關(guān)鍵詞】項目教學(xué)法;任務(wù)驅(qū)動;電路原理圖

Protel DXP是目前使用最廣泛的電子線路設(shè)計軟件之一，而它作為一門電子專業(yè)的技能課，要求學(xué)生能掌握電路原理圖繪制的基本方法與技巧，掌握印制電路板設(shè)計的操作步驟，培養(yǎng)學(xué)生印制電路板設(shè)計制作的基本技能和相關(guān)技術(shù)。以往我們的教學(xué)過程中會更加注重知識的系統(tǒng)性和學(xué)科的完整性，但實踐證明對于此門課程的學(xué)習(xí)項目教學(xué)法要更加適合。所謂項目教學(xué)法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，是以任務(wù)驅(qū)動作為核心組織教學(xué)過程，以知識夠用為度，將教學(xué)過程從理論導(dǎo)向轉(zhuǎn)移為實踐導(dǎo)向、能力導(dǎo)向。學(xué)生是教學(xué)過程中意義建構(gòu)的主體，教師只是這個建構(gòu)過程的指導(dǎo)者、幫助者，教師組織教學(xué)過程的重要任務(wù)，就是要注意學(xué)生在建構(gòu)過程的自身特點，幫助而不是代替學(xué)生實現(xiàn)這個建構(gòu)過程。

一、確定教學(xué)任務(wù)

我所教的學(xué)生是高職學(xué)生，他們普遍理論基礎(chǔ)薄弱，課堂注意力分散。因此教學(xué)過程中首要解決的就是學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃，學(xué)習(xí)的自覺性和主動性就強了。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)此門課程的興趣，在一開始就出示一套任務(wù)書，此任務(wù)書設(shè)計成兩大模塊，分別為原理圖的設(shè)計和PCB板的設(shè)計;而這兩個模塊里又包含著很多小模塊，在原理圖設(shè)計這個模塊中囊括了基本知識、基本操作、電路原理圖的繪制、電路原理圖元件庫的編輯等知識點，而PCB的設(shè)計這個模塊中則包含了印制電路板的設(shè)計、元件封裝的繪制等。學(xué)生完成任務(wù)的同時來學(xué)習(xí)這些知識點，打破了以往的模式，學(xué)生會感覺到新鮮感和挑戰(zhàn)性，學(xué)習(xí)興趣也就會有所提高。

二、項目實施過程分析

教師可根據(jù)學(xué)生的實際情況以及本項目所包含的知識點，與學(xué)生共同討論分析制定計劃。以任務(wù)為驅(qū)動，從問題開始，到任務(wù)結(jié)束，使學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)、按照任務(wù)驅(qū)動，完整體驗實際完成項目的整個過程。教師先利用多媒體把必要的預(yù)備知識采用案例教學(xué)方法進行講解，然后轉(zhuǎn)入項目教學(xué)實施階段，通過局域網(wǎng)教學(xué)系統(tǒng)，由一臺教師主機控制各個學(xué)生的子機。教師在主機上邊演示邊詳細講解操作步驟，同時教師應(yīng)根據(jù)課堂教學(xué)的特點，對于學(xué)生自己能夠做的事情，可以簡單講解或不講，對于難的知識點，可由教師逐一解釋、示范操作。這樣，不僅增強了學(xué)習(xí)效率，而且可以很好的達到課堂教學(xué)效果。現(xiàn)用實例來進行分析。

（一）第一模塊：原理圖的設(shè)計

1.基本知識與操作

在運用Protel DXP進行電子線路設(shè)計的過程中，幾乎所有的PCB圖都是由電路原理圖導(dǎo)入而成的。因此要繪制PCB圖，首先要繪制電路原理圖。在繪制電路原理圖前一般都要根據(jù)電路需要對繪圖環(huán)境的參數(shù)（主要包括原理圖系統(tǒng)參數(shù)和圖紙選項）進行設(shè)置，目的是為了使繪圖操作更加人性化從而提高繪圖的效率，但一般也只有少量參數(shù)需要進行設(shè)置，其它的均保持默認值。本例只對Design菜單里的Sheet選項里的Grids和Electrical Grid欄進行設(shè)置，Snap設(shè)置為5mil，Visible設(shè)置為10mil（原理圖元件的管腳通常的間距為100mil，所以柵格設(shè)置的數(shù)值應(yīng)等于或小于100，并且應(yīng)使100/柵格值=整數(shù)，這是為了在繪制原理圖時，保證導(dǎo)線與元件管腳平滑地連接）。Grid Range設(shè)置為4mil（要想準確地捕獲電氣節(jié)點，自動尋找電氣節(jié)點的半徑值應(yīng)比捕獲柵格值略小）。

2.電路原理圖的繪制

設(shè)置完原理圖編輯器的系統(tǒng)參數(shù)后，即可在圖紙上放置元件及導(dǎo)線等相關(guān)圖件。在原理圖紙上放置元件前，必須先打開其所在元件庫，然而對于一些不常用原件并不知道其在哪些元件庫中，因此就要用到Protel DXP的查找功能。在原理圖紙中放置好所有元件和導(dǎo)線后，為了使原理圖看起來更加有序，可利用系統(tǒng)提供的自動排序功能給元件排列編號（Tool菜單下單擊Annotate項）。

3.電路原理圖元件庫的編輯

DXP系統(tǒng)為用戶提供了豐富的元器件庫，但由于各種新型元器件不斷出現(xiàn)使得元件庫來不及更新，使得我們在實際繪圖時常碰到所需要的一些元件符號不能從已有元件庫中獲得。因此需要建立自己的元件庫，便于隨用隨取。繪制元器件時的幾個注意點：

（1）繪制元器件必須在第四象限，巧用繪圖工具，在繪制過程中要注意元件大小及引腳的尺寸和它們的比例，因為原理圖編輯區(qū)和元件編輯區(qū)網(wǎng)格大小不一，當在元件編輯區(qū)繪制好元件后，可能在原理圖中顯示尺寸過大或過小的現(xiàn)象。

（2）放置引腳時注意要把有梅花點的一頭旋轉(zhuǎn)在外，且注意要放置在相應(yīng)的網(wǎng)格上。

（3）新建的元件庫中可包含多個元件，可通過單擊SCH Library工作面板的ADD進行添加。切勿一個元件占用一個元件庫，否則占用系統(tǒng)空間，造成資源浪費。

（二）第二模塊：PCB圖設(shè)計

1.PCB圖設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

與繪制電路原理圖一樣，在繪制PCB圖前要先設(shè)置其系統(tǒng)參數(shù)，目的同樣是為了提高我們繪制PCB圖的效率，設(shè)置好的參數(shù)可以在繪圖過程中隨時進行修改。單擊Design菜單下的Option選項，進入PCB工作參數(shù)設(shè)置對話框，一般只對Snap Grid、Component Grid及Electrical Grid的參數(shù)進行設(shè)置，且最好設(shè)置成相近值，英制和公制兩種測量單位可用Q鍵進行切換，其它的可根據(jù)實際情況進行設(shè)置或均保持默認設(shè)置。本例中Snap Grid均設(shè)置為10mil，Component Grid均設(shè)置為20mil，Electrical Grid設(shè)置為8mil，其它的均保持默認設(shè)置。

2.導(dǎo)入PCB圖

設(shè)計完系統(tǒng)參數(shù)后，即可將之前完成的電路原理圖導(dǎo)入到PCB文件中。Protel DXP可以直接通過單擊原理圖編輯器內(nèi)的更新PCB文件按鈕實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和元件封閉的載入（單擊Design菜單下的Update PCB Document項）。要把原理圖順利導(dǎo)入到新建的PCB文件中，必須使得該原理圖文件和PCB文件在同一個工程的統(tǒng)一管理下，并做好保存。在正式導(dǎo)入前還需確認一下每個元器件的原理圖文件所對應(yīng)的PCB封裝是否與自己實際要用的封閉一致（雙擊原理圖文件里的元件符號，在屬性框的右邊Models for欄位里可看到該元件的Footprint），如果不一致，還需要修改原理圖文件的PCB封裝。最好的方法是建立該項目自己的PCB封裝庫，創(chuàng)建自己實際所用元器件的PCB封裝并統(tǒng)一保存在一個PCB庫文件內(nèi)（可使用PCB元件封裝創(chuàng)建向?qū)?chuàng)建元件的PCB封裝，也可以將Protel DXP自帶的PCB封裝通過復(fù)制粘貼到新建的PCB庫文件內(nèi)再進行修改得到）。創(chuàng)建PCB封裝的時候，還需注意封裝上的焊盤編號與原理圖文件的引腳編號，要與實際的元器件引腳編號一致。另外，不同的圖層繪制不同的內(nèi)容，比如元件的輪廓要畫在Top Overlay圖層上，焊盤要畫在Multi-Layer圖層上。

3.PCB規(guī)則設(shè)置

原理圖文件導(dǎo)入后，下一步就是元件布局與布線了，但在這之前，還有一件很重要的事情要做，就是設(shè)置PCB規(guī)則，也就是PCB設(shè)計的約束條件，比如Width，Clearance，RoutingLayers等。單擊Design菜單下的Rules項進入PCB規(guī)則和約束編輯器，如果要做的是雙面貼片電路，則RoutingLayers項不用修改，如果要做單片板，只要將RoutingLayers欄里的Top Layer和Bottom Layer兩項中的任一項后面的復(fù)選框勾勾去掉即可。本例要修改的地方是Width設(shè)置為20mil，Clearance設(shè)置為20mil，其它保持默認設(shè)置。在PCB規(guī)則和約束編輯器里，還可以通過右擊鼠標增加新的規(guī)則，主要是用于設(shè)置局部約束條件，比如設(shè)置電源線的線寬和其它布線的線寬不一致（電源線線寬設(shè)置為40mil，其它線寬設(shè)置為20mil），可右擊Width新建規(guī)則，在第一級規(guī)則設(shè)置電源線的線寬，次級設(shè)置全局線寬，規(guī)則執(zhí)行的順序是由上至下。另外，還可以通過Design菜單下的規(guī)則向?qū)碓O(shè)置規(guī)則。

4.PCB的布局與布線（一般是自動布線后再手動修改）

要使電路板獲得最佳性能，元器件的布局布線這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要。先是元器件的布局，盡可能按照原理對元件進行布局，信號從左邊進入、從右邊輸出，從上邊輸入、從下邊輸出。按照電路流程，安排各個功能電路單元的位置，使信號流通更加順暢和方向保持一致。以每個功能電路為核心，圍繞這個核心電路進行布局，元件安排均勻、整齊、緊湊，原則是減少和縮短各個元件之間的引線和連接。數(shù)字電路部分應(yīng)該與模擬電路部分分開布局。將元件大致布局好后，可利用自動排列功能對某些元器件進行排列，可很好地改善電路板的外觀（先選擇待排列的元件，單擊Edit菜單下的Align項選擇相應(yīng)的排列方式）。布局完后就大致可以確定PCB板的尺寸了，利用畫線工具繪制PCB板的邊界線（在圖層Mechanical下進行繪制），此時可微調(diào)某些元件的布局，以使PCB板的尺寸盡量靠近自己想要的尺寸，確定以后在四個角落畫出此板的安裝孔。最后單擊Tools菜單下的Auto Route項進行自動布線，彈出的菜單一般不作修改，如果第一次自動布線沒有完全布好，可取消布線，對元件的布局進行微調(diào)后再一次進行自動布線，直到完全布好，然后對布好的線進行調(diào)整即可（此時也可直接修改任意一條導(dǎo)線的線寬）。

三、項目評價

學(xué)生的基礎(chǔ)不一，理解力就有高低，接受能力也不盡相同，教師在檢查學(xué)生上傳的作業(yè)后，應(yīng)根據(jù)學(xué)生的具體情況具體分析、總結(jié)，及時對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況做出反饋和評價。對于做得好的學(xué)生加以表揚、鼓勵，這樣有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生體驗到學(xué)習(xí)的收獲與喜悅，體驗到學(xué)習(xí)過程中的成就感，樹立自信心。對學(xué)生出現(xiàn)較多錯誤集中的地方應(yīng)再次講解解釋指出錯誤，防止學(xué)生犯同樣的錯誤，增強他們的自信心，讓學(xué)生在一種良好的心理狀態(tài)下不斷學(xué)習(xí)、不斷進步。同學(xué)之間也可以互評，找到彼此之間的差距，相互學(xué)習(xí)、共同進步。

四、教材編寫

合適的教材是教學(xué)有效實施的重要條件之一，目前市面上的教材大多存在一些問題，如不契合高職高專培育目的，實際性不突出甚至有不少教材所用的軟件版本與學(xué)生實驗室所用實際版本有出入，致使教材的參考與引導(dǎo)性不大。

而若能依據(jù)項目式教學(xué)特點編寫適合學(xué)生自己的校本教材，就事半功倍了。編寫的教材應(yīng)具有以下特點：

（1）依據(jù)電子線路技術(shù)范圍和職業(yè)崗位的任職要求，參照相關(guān)的職業(yè)資歷規(guī)范，組織教學(xué)內(nèi)容;

（2）要注重實際教學(xué)和理論教學(xué)交叉互動;

（3）注重引入典型產(chǎn)品案例;

（4）教材所介紹的軟件版本與學(xué)生實際所用一致。

五、總結(jié)

本文通過電路實例介紹了運用Protel DXP軟件進行線路設(shè)計的一些常用技巧，除了進行線路設(shè)計外，還具有電路仿真等功能。在設(shè)計、編譯、仿真的實踐過程中若能靈活運用，Protel DXP可以解決許多實際問題，為設(shè)計帶來方便。

參考文獻

[1]http：//www.xzbu.com/8/view-3864987.htm.

[2]陳兆梅.Protel DXP 2004 SP2印制電路板設(shè)計實用教程[M].機械工業(yè)出版社，2012.

[3]潘永雄等編.電子線路CAD實用教程[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

作者簡介：何乙琦（1985—），工程碩士，現(xiàn)供職于常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，從事Protel DXP教學(xué)3年。