关于Protel DXP绘制电路原理图的研究

2014-10-21何乙琦

电子世界 2014年23期

【摘要】Protel Dxp这门课程强调理论与实践相结合，实践性强，很适合采用项目任务教学法进行教学。本人采用项目导向、任务驱动教学模式从原理图设计和PCB设计两大模块分析和探讨，促使Protel Dxp教学获得更好地发展与完善。

【关键词】项目教学法;任务驱动;电路原理图

Protel DXP是目前使用最广泛的电子线路设计软件之一，而它作为一门电子专业的技能课，要求学生能掌握电路原理图绘制的基本方法与技巧，掌握印制电路板设计的操作步骤，培养学生印制电路板设计制作的基本技能和相关技术。以往我们的教学过程中会更加注重知识的系统性和学科的完整性，但实践证明对于此门课程的学习项目教学法要更加适合。所谓项目教学法是师生通过共同实施一个完整的“项目”而进行的教学活动，是以任务驱动作为核心组织教学过程，以知识够用为度，将教学过程从理论导向转移为实践导向、能力导向。学生是教学过程中意义建构的主体，教师只是这个建构过程的指导者、帮助者，教师组织教学过程的重要任务，就是要注意学生在建构过程的自身特点，帮助而不是代替学生实现这个建构过程。

一、确定教学任务

我所教的学生是高职学生，他们普遍理论基础薄弱，课堂注意力分散。因此教学过程中首要解决的就是学生的学习兴趣，学生学习兴趣浓，学习的自觉性和主动性就强了。为了提高学生学习此门课程的兴趣，在一开始就出示一套任务书，此任务书设计成两大模块，分别为原理图的设计和PCB板的设计;而这两个模块里又包含着很多小模块，在原理图设计这个模块中囊括了基本知识、基本操作、电路原理图的绘制、电路原理图元件库的编辑等知识点，而PCB的设计这个模块中则包含了印制电路板的设计、元件封装的绘制等。学生完成任务的同时来学习这些知识点，打破了以往的模式，学生会感觉到新鲜感和挑战性，学习兴趣也就会有所提高。

二、项目实施过程分析

教师可根据学生的实际情况以及本项目所包含的知识点，与学生共同讨论分析制定计划。以任务为驱动，从问题开始，到任务结束，使学生带着问题学习、按照任务驱动，完整体验实际完成项目的整个过程。教师先利用多媒体把必要的预备知识采用案例教学方法进行讲解，然后转入项目教学实施阶段，通过局域网教学系统，由一台教师主机控制各个学生的子机。教师在主机上边演示边详细讲解操作步骤，同时教师应根据课堂教学的特点，对于学生自己能够做的事情，可以简单讲解或不讲，对于难的知识点，可由教师逐一解释、示范操作。这样，不仅增强了学习效率，而且可以很好的达到课堂教学效果。现用实例来进行分析。

（一）第一模块：原理图的设计

1.基本知识与操作

在运用Protel DXP进行电子线路设计的过程中，几乎所有的PCB图都是由电路原理图导入而成的。因此要绘制PCB图，首先要绘制电路原理图。在绘制电路原理图前一般都要根据电路需要对绘图环境的参数（主要包括原理图系统参数和图纸选项）进行设置，目的是为了使绘图操作更加人性化从而提高绘图的效率，但一般也只有少量参数需要进行设置，其它的均保持默认值。本例只对Design菜单里的Sheet选项里的Grids和Electrical Grid栏进行设置，Snap设置为5mil，Visible设置为10mil（原理图元件的管脚通常的间距为100mil，所以栅格设置的数值应等于或小于100，并且应使100/栅格值=整数，这是为了在绘制原理图时，保证导线与元件管脚平滑地连接）。Grid Range设置为4mil（要想准确地捕获电气节点，自动寻找电气节点的半径值应比捕获栅格值略小）。

2.电路原理图的绘制

设置完原理图编辑器的系统参数后，即可在图纸上放置元件及导線等相关图件。在原理图纸上放置元件前，必须先打开其所在元件库，然而对于一些不常用原件并不知道其在哪些元件库中，因此就要用到Protel DXP的查找功能。在原理图纸中放置好所有元件和导线后，为了使原理图看起来更加有序，可利用系统提供的自动排序功能给元件排列编号（Tool菜单下单击Annotate项）。

3.电路原理图元件库的编辑

DXP系统为用户提供了丰富的元器件库，但由于各种新型元器件不断出现使得元件库来不及更新，使得我们在实际绘图时常碰到所需要的一些元件符号不能从已有元件库中获得。因此需要建立自己的元件库，便于随用随取。绘制元器件时的几个注意点：

（1）绘制元器件必须在第四象限，巧用绘图工具，在绘制过程中要注意元件大小及引脚的尺寸和它们的比例，因为原理图编辑区和元件编辑区网格大小不一，当在元件编辑区绘制好元件后，可能在原理图中显示尺寸过大或过小的现象。

（2）放置引脚时注意要把有梅花点的一头旋转在外，且注意要放置在相应的网格上。

（3）新建的元件库中可包含多个元件，可通过单击SCH Library工作面板的ADD进行添加。切勿一个元件占用一个元件库，否则占用系统空间，造成资源浪费。

（二）第二模块：PCB图设计

1.PCB图设计系统参数设置

与绘制电路原理图一样，在绘制PCB图前要先设置其系统参数，目的同样是为了提高我们绘制PCB图的效率，设置好的参数可以在绘图过程中随时进行修改。单击Design菜单下的Option选项，进入PCB工作参数设置对话框，一般只对Snap Grid、Component Grid及Electrical Grid的参数进行设置，且最好设置成相近值，英制和公制两种测量单位可用Q键进行切换，其它的可根据实际情况进行设置或均保持默认设置。本例中Snap Grid均设置为10mil，Component Grid均设置为20mil，Electrical Grid设置为8mil，其它的均保持默认设置。

2.导入PCB图

设计完系统参数后，即可将之前完成的电路原理图导入到PCB文件中。Protel DXP可以直接通过单击原理图编辑器内的更新PCB文件按钮实现网络和元件封闭的载入（单击Design菜单下的Update PCB Document项）。要把原理图顺利导入到新建的PCB文件中，必须使得该原理图文件和PCB文件在同一个工程的统一管理下，并做好保存。在正式导入前还需确认一下每个元器件的原理图文件所对应的PCB封装是否与自己实际要用的封闭一致（双击原理图文件里的元件符号，在属性框的右边Models for栏位里可看到该元件的Footprint），如果不一致，还需要修改原理图文件的PCB封装。最好的方法是建立该项目自己的PCB封装库，创建自己实际所用元器件的PCB封装并统一保存在一个PCB库文件内（可使用PCB元件封装创建向导创建元件的PCB封装，也可以将Protel DXP自带的PCB封装通过复制粘贴到新建的PCB库文件内再进行修改得到）。创建PCB封装的时候，还需注意封装上的焊盘编号与原理图文件的引脚编号，要与实际的元器件引脚编号一致。另外，不同的图层绘制不同的内容，比如元件的轮廓要画在Top Overlay图层上，焊盘要画在Multi-Layer图层上。

3.PCB规则设置

原理图文件导入后，下一步就是元件布局与布线了，但在这之前，还有一件很重要的事情要做，就是设置PCB规则，也就是PCB设计的约束条件，比如Width，Clearance，RoutingLayers等。单击Design菜单下的Rules项进入PCB规则和约束编辑器，如果要做的是双面贴片电路，则RoutingLayers项不用修改，如果要做单片板，只要将RoutingLayers栏里的Top Layer和Bottom Layer两项中的任一项后面的复选框勾勾去掉即可。本例要修改的地方是Width设置为20mil，Clearance设置为20mil，其它保持默认设置。在PCB规则和约束编辑器里，还可以通过右击鼠标增加新的规则，主要是用于设置局部约束条件，比如设置电源线的线宽和其它布线的线宽不一致（电源线线宽设置为40mil，其它线宽设置为20mil），可右击Width新建规则，在第一级规则设置电源线的线宽，次级设置全局线宽，规则执行的顺序是由上至下。另外，还可以通过Design菜单下的规则向导来设置规则。

4.PCB的布局与布线（一般是自动布线后再手动修改）

要使电路板获得最佳性能，元器件的布局布线这一环节至关重要。先是元器件的布局，尽可能按照原理对元件进行布局，信号从左边进入、从右边输出，从上边输入、从下边输出。按照电路流程，安排各个功能电路单元的位置，使信号流通更加顺畅和方向保持一致。以每个功能电路为核心，围绕这个核心电路进行布局，元件安排均匀、整齐、紧凑，原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局。将元件大致布局好后，可利用自动排列功能对某些元器件进行排列，可很好地改善电路板的外观（先选择待排列的元件，单击Edit菜单下的Align项选择相应的排列方式）。布局完后就大致可以确定PCB板的尺寸了，利用画线工具绘制PCB板的边界线（在图层Mechanical下进行绘制），此时可微调某些元件的布局，以使PCB板的尺寸尽量靠近自己想要的尺寸，确定以后在四个角落画出此板的安装孔。最后单击Tools菜单下的Auto Route项进行自动布线，弹出的菜单一般不作修改，如果第一次自动布线没有完全布好，可取消布线，对元件的布局进行微调后再一次进行自动布线，直到完全布好，然后对布好的线进行调整即可（此时也可直接修改任意一条导线的线宽）。

三、项目评价

学生的基础不一，理解力就有高低，接受能力也不盡相同，教师在检查学生上传的作业后，应根据学生的具体情况具体分析、总结，及时对学生的学习情况做出反馈和评价。对于做得好的学生加以表扬、鼓励，这样有利于提高学生的学习热情，使学生体验到学习的收获与喜悦，体验到学习过程中的成就感，树立自信心。对学生出现较多错误集中的地方应再次讲解解释指出错误，防止学生犯同样的错误，增强他们的自信心，让学生在一种良好的心理状态下不断学习、不断进步。同学之间也可以互评，找到彼此之间的差距，相互学习、共同进步。

四、教材编写

合适的教材是教学有效实施的重要条件之一，目前市面上的教材大多存在一些问题，如不契合高职高专培育目的，实际性不突出甚至有不少教材所用的软件版本与学生实验室所用实际版本有出入，致使教材的参考与引导性不大。

而若能依据项目式教学特点编写适合学生自己的校本教材，就事半功倍了。编写的教材应具有以下特点：

（1）依据电子线路技术范围和职业岗位的任职要求，参照相关的职业资历规范，组织教学内容;

（2）要注重实际教学和理论教学交叉互动;

（3）注重引入典型产品案例;

（4）教材所介绍的软件版本与学生实际所用一致。

五、总结

本文通过电路实例介绍了运用Protel DXP软件进行线路设计的一些常用技巧，除了进行线路设计外，还具有电路仿真等功能。在设计、编译、仿真的实践过程中若能灵活运用，Protel DXP可以解决许多实际问题，为设计带来方便。

参考文献

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

[2]陈兆梅.Protel DXP 2004 SP2印制电路板设计实用教程[M].机械工业出版社，2012.