Protel軟件在技校應用電子技術專業畢業設計中的研究與實踐

楊耿國

中山市技師學院應用電子技術專業，自2013年以來，在五年制高級技工班和預備技師班的最后一個學期設置畢業設計課程，時間跨度為10周左右。根據數據統計，畢業設計總課題中涉及電路仿真和PCB板設計的課題占了課題總數的很大比例，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設計，受檢測手段和設備條件的限制，直接進行電路搭建和系統調試效率低、耗時長。而且，一旦電路出現嚴重問題，往往需要重新進行設計和電路搭建，造成成本增加。為了解決上述問題，筆者提出，在應用電子技術專業的畢業設計中引入Protel軟件，可以使學生擺脫實際電路進行軟硬件調試，從而減小系統設計與開發的難度，提高效率，降低成本，提升學生完成畢業設計的興趣和信心。

一、Protel軟件簡介

Protel是Altium公司在20世紀80年代末推出的EDA軟件，是電子設計者的首選輔助設計軟件，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，它是將設計流程、集成化PCB 設計、可編程器件（如FPGA）設計和基于處理器設計的嵌入式軟件開發功能整合在一起的產品，一種同時進行PCB和FPGA設計以及嵌入式設計的解決方案，具有將設計方案從概念轉變為最終成品所需的全部功能。

二、引入Protel軟件到應電專業畢業設計的優勢

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、網絡標號、注釋等工具能讓設計出來的原理圖清晰規范，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計的可行性。

3.PCB板設計

軟件自動布線功能極大地方便了布線規則的設計。軟件的自動布線系統利用了人工智能技術，即使對于很復雜的電路板，其布線結果也能達到專家級的水平，大大有助于缺乏實踐經驗的學生進行電路設計。

4.生成PCB加工文件

軟件完全支持制版輸出和電路板數控加工代碼文件生成，可用來控制雕刻機自動完成雕刻、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軟件輔助電子技術專業畢業設計的流程和具體實例

在畢業設計中引入 Protel軟件，一般可按圖1所示流程進行。

1.確定設計方案

學生根據課題設計的要求，結合應用電子技術專業知識，提出實現設計的幾個參考方案，通過在電路成本、可靠性、電路性能等方面對各方案進行比較論證，確定最佳的電路設計方案。

2.使用軟件繪制原理圖

根據設計方案，進入Protel原理圖編輯器，設置元器件參數，查找或制作元件，合理擺放和布局。然后進行電路連線、放置網絡標號，生成材料清單、網絡表。最后，對電路進行編譯ERC校驗，確保電路正確。

3.仿真電路性能

在Protel的仿真環境中選擇相應分析方法，設置數據節點，進行電路仿真，生成sdf文件，分析仿真結果。如果仿真不符合電路設計要求，重新修改電路參數。重復上述步驟，直到達到設計要求。

4.設計電路印制

進入PCB編輯環境，定義PCB尺寸，從原理圖導入網絡表信息；合理布局元件封裝；然后按實際需要設置布線規則，最后自動布線，手動調整，覆銅。

5.生成加工文件

打開PCBDOC文件，執行“文件/輸出制造文件/Gerber Files”命令，設置Gerber文件的精度和輸入板層等參數，生成各層的Gerber文件，執行“文件/輸出制造文件/NC Drill Files”命令，輸出鉆孔加工文件。最后規范操作雕刻機，加工完成設計好的電路板。

6.電路裝配焊接

按照電子裝配工藝規范插接元器件到電路板，用電烙鐵等工具對元器件進行焊接，注意焊接工藝，杜絕出現虛焊、假焊和漏焊現象，盡量做到焊點表面完整、連續和圓滑。完成裝配。

7.電路調試

對裝配好的電路板進行系統調試，驗證電路各功能模塊。假如出現故障，利用萬用表、示波器等工具檢測相關參數，找出并排除故障點，直到電路正常。

四、Protel軟件在應用電子技術專業畢業設計的實踐效果

1.節約畢業設計的成本

學生設計電路前，先運用軟件進行原理圖繪制，電路仿真成功后，再進行實際硬件的設計、元件選購、焊接、調試等。減少了由于前期設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用支出和時間精力的浪費。

2.增強學生完成畢業設計的決心和信心

在實際電路搭建過程中，大部分學生由于實踐經驗不足，往往在系統調試時遇到問題，就會對自己的設計產生懷疑，對完成畢業設計缺乏信心。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，最終呈現設計效果，方便快捷，從而大大增強了學生的專業信心和完成畢業設計的決心。

3.提供師生溝通交流的便捷平臺

利用Protel軟件原理圖的規范性和仿真的可視化，畢業設計指導老師可以在系統功能層面和學生探討整體設計問題，而不受具體電路的制約，使得指導教師和學生的溝通變得清晰流暢。

4.鍛煉學生綜合能力

在畢業設計過程中，當學生遇到陌生元器件時，可能對其引腳參數和功能不熟悉，需要查找資料手冊，從而提高了學生的自學能力；在電路布線過程中，學生對布線規則和要求缺乏經驗時，需要請教指導老師或者行業專家，提升了學生的溝通能力；在電路設計、電路仿真過程中，可能會出現參數誤差，需要反復修正和調整，培養了學生堅持不懈和精益求精的工匠精神。更重要的是，學生熟練掌握Protel軟件，對工業制版工藝要求、具體流程的熟悉程度越高，就更有利于畢業后應聘電子繪圖員、制板工等相關職位。

五、小結

現代電子信息技術日新月異，電子產品的復雜度、集成度都有了飛速提高，在電子產品設計過程中，電路設計軟件的使用也越來越廣泛。在應用電子技術專業畢業設計中，借助軟件強大的功能，使畢業設計更便捷、更直觀、更可靠，將是職業教育和軟件技術結合發展的趨勢。

（作者單位：中山市技師學院）endprint