Protel DXP軟件在高職“電子實習”教學中的應用

王 樺

(南通職業大學 技師部，江蘇 南通 226007)

0 引言

通過“電子實習”課程上的操作練習，學生進一步理解“電子技術基礎”“電工基礎”理論課的內容，同時提高電路分析能力，實現理論與實踐的結合。在傳統的教學中，老師在黑板上分析電路，講操作方法和調試方法；學生按照老師的要求完成操作。這樣的學習方法是以老師為主、學生為輔，學生的學習自主性不強、動力不足，制約了學生的開拓性思維，教學效果不明顯。隨著教學手段的不斷進步，出現了PPT、微課等教學方式，使課堂變得更加生動，呈現的畫面豐富多彩，更能吸引學生主動學習。然而，將Protel DXP軟件應用到“電子實習”的教學中，具有PPT、微課等教學方式不可替代的作用。

Protel DXP具備當今所有先進的電路輔助設計軟件的優點，是一個將所有設計工具集于一身的板級設計系統，具有集成開發環境進行電路原理圖繪制、PCB印制電路板設計的典型方法和技巧以及電路仿真的方法和信號完整性分析工具的應用。Protel DXP具有功能強大、制作效率高、方便、易學、實用、快速的特點以及友好的Windows風格界面，理論與教學結合較好，不僅是廣大電路設計者的首選軟件，也是電子實習教學的首選軟件。

1 電路原理分析更加直觀

“電子實習”課程是在具備了一定電路知識的基礎上進行實際電路的安裝、調試的操作。傳統的教學方式是，教師提前在黑板上畫好將要裝配的電路原理圖，然后給學生分析電路工作過程，指導學生進行電路設計、電路安裝和電路調試。至于電流流動方式、各電壓點的波形、電路工作過程中可能出現的問題，全憑老師講解，學生很難理解，更提不出問題。同時畫面呆板，教學效率不高，學生自主操作的環節不多。學生通過Protel DXP自己繪制電路原理圖(見圖1—2)，對電路原理圖印象深刻，對電路后續的調試、故障維修都有很大的幫助。特別是仿真軟件，通過文字敘述和視頻顯示等功能加強電路基礎知識的可視化，提高學生對電路基本工作原理的理解，提高了教學的效果。

圖1 串聯型可調直流穩壓電路原理

圖2 充放電仿真原理

Protel DXP還提供強大的電路分析功能，可以記錄各種需要仿真的數據，顯示各種仿真的波形，如波特圖、模擬信號波形、數字信號波形等，仿真結果非常直觀。這些功能可以分析抽象的、難以理解的電路工作過程。再通過原器件庫，隨機更改參數，快捷簡便地更換元件，觀察不同參數元件的電路的變化，幫助學生深入領會電路原理，激發學生的學習興趣，提高學生的分析電路能力。

2 設計電路元件參數更加便利

設計電路時，元件參數的選擇十分煩瑣。元件的安裝和調試一般都會重復好幾次，在這個過程中很容易損壞元件和電路板，特別是一些引線較多的元件拆卸更加困難，并且選擇的參數值也不精確。Protel DXP包含一個數目龐大的仿真元件庫，包括數十種仿真激勵源，5 800多種仿真元件。只需從仿真元件庫中選用所需要的無件，連接好電路，再加上激勵源就就以進行仿真。將Protel DXP用于選擇元參數，方便、省時而且效果好。以電容充放電電路為例，該電路的關鍵在于確定充放電的時間常數。根據τ=RC，電路的充電時間常數由電容C1、電阻R1決定，電路的放電時間常數由電容C2、電阻R2決定，通過對該電路圖的仿真分析，可以確定其電容和電阻以滿足設計需要。首先，設置仿真環境和仿真的參數，同時設定電路的初始狀態，結合靜態工作點的分析設置為瞬態仿真方式，以便觀察電路的充放電過程。其次，執行仿真。如果設置沒有錯誤，Protel DXP系統自動完成仿真分析，并將仿真環境切換到波形顯示窗口，如果對充電時間常數不滿意，可以修改電容的容值，重復以上的步驟，可以再次得到仿真的輸出波形。當充放電曲線滿足設計需要時，對電容和電阻的參數進行選擇，可以用連續調節的方法來確定，既簡單又精確[1]。

3 電路裝配圖布局更加合理

在安裝電路之前，學生要把電路的原理圖轉換成電路的裝配圖，根據設計的裝配圖進行電路安裝。以往學生都是通過手工根據電路原理圖在坐標紙上畫裝配圖，畫圖時間長、布局不合理，還容易出錯，不便于修改。有時還出現電路重疊的情況，就是人們常說的搭“立交橋”，有的甚至成造電路的短路。教師批改也很不方便，費時、費力，有些雜亂無章的電路圖根本無法批改。

PCB圖在電路設計中是相當重要的一部分，Protel DXP具有PCB設計繪圖的強大功能。使用Protel DXP將電路原理圖轉換成裝配圖既方便又省時，還不容易出錯。

根據印制電路板的結構，不僅能設計單面板，還可以設計成雙面板和多面板。首先，要正確繪制電路原理圖。對于特別簡單的電路圖，也可以直接進行PCB的繪制。例如，串聯型可調直流穩壓電路原理圖可以直接利用Protel DXP轉換成PCB圖。其次，進行PCB系統設置。PCB系統設置是印制電路板設計中非常重要的步驟，要規劃電路板的結構、設置系統參數等。由原理圖獲得PCB圖后，還要修改零件封裝和布局。系統會根據PCB的設計規則對零件自動布局并進行飛線，人們可以根據實際情況，用手動布局和自動布局的方式來調整零件封裝在電路上的布局。為了使設計的電路板計更加美觀整齊，還可以對零件封裝進行對齊。系統除了手動布線外，還設置了3種交互布線模式，即Ignore Obstacle(忽略障礙)、Avoid Obstacle(避免障礙)和Push Obstacle(清除障礙)模式。這些方法和設置使得電路原理圖到裝配圖的轉換十分方便，電路排布不但緊湊、美觀合理，還省時省力，準確無誤[2-3]。

4 結語

總之，Protel DXP是功能非常強大的電路設計系統，具有自動化程度高、功能全、操作界面友好、易學等特點。將Protel DXP應用于“電子實習”課的教學中，特別是Protel DXP的強大的仿真功能，不僅能使教學內容緊跟技術發展的前沿，也更加體現現代化教學的手段，在學生進行“電子實習”課學習的同時又掌握“Protel DXP”繪圖的一項技能。豐富的可視界面提高了學生對學習“電子實習”課程的興趣，在繪圖和電路設計的過程中培養學生自主學習能力，開拓學生創造性思維，真正地為社會培養更多的應用型專業人才。