电子线路CAD技术

电子线路CAD技术（共10篇）

电子线路CAD技术 篇1

电子线路CAD是高职院校电子类、自动化类等电类专业的职业核心课程之一。随着科学技术的飞跃发展, 大规模、超大规模集成电路的广泛应用, 使印制电路日趋精密和复杂, 传统的手工设计和制作印制电路板的方法难以适应生产的需要, 随之而来的电子设计自动化 (EDA) 软件应运而生。在众多EDA软件中, Protel应用最为广泛, 随着软件技术的不断发展, 很多高职院校都选择Protel2004软件作为电子线路CAD课程的教学软件。如何在有限的时间内使学生更好的掌握该软件, 并能为将来的就业奠定基础, 是教育工作者应该不断研究的课题。

1 引入典型电路项目作为学习情境

传统的电子线路CAD课程教学重点在于传授教材上的理论知识, 并通过实验来验证理论知识, 这种章节式的教学进程虽然系统性很强, 但学生很难从整体上把握PCB板图的设计流程及设计规范。

本课程在建设过程中通过企业调研、专家论证, 确定了几个既来源于工作岗位又高于工作岗位的学习情境, 具体的课程教学设计是以项目为导向、能力为核心, 构建新的实践化课程内容体系, 确保教学内容的合理性、实用性和先进性以及符合学生的认知规律。以典型项目分解为若干个任务, 并将任务分解得到相应的知识模块, 以各个任务构建知识, 前后连贯, 层层递进。

从学生的认知规律入手, 确定了由浅入深的几个典型项目, 并兼顾学生学习兴趣, 选取了学生实验时使用的电路板或电子实训时的小制作, 包括抢答器电路板、稳压电源、PWM电机驱动控制电路、FM收音机和简易秒表。

这些任务既涵盖了电子线路CAD的所有知识模块, 又包括了在相关岗位中应该具备的实践能力, 通过这些任务的训练, 学生既能学到系统的理论知识, 又能充分理解并运用知识, 增强动手实践能力。其中, 抢答器电路板电路简单, 作为软件的入门, 学习软件的设计流程, 包括原理图的绘制以及PCB板制作的流程, 稳压电源和PWM电机驱动控制电路进行原理图和单面PCB板的绘制, FM收音机和简易秒表进行原理图和双面PCB板的绘制。

2 教学的实施

课程实施的过程中将以往以传授知识为主的传统教学模式, 转变为以解决问题、完成任务为主的互动式教学模式, 主要采用任务驱动的方法, 激发学生学习兴趣。Protel 2004课程在教学过程中通过任务的提出、分析、实现与评价等环节, 培养学生自主学习与协作学习的习惯, 以达到增强学习主观能动性、提高教学效果的目的。在某一个项目学习之前, 首先对项目进行分析, 使学生理解该项目的电路原理, 并且明确学习目标和学习过程。

每一个项目学习都按照Protel 2004主要制图流程来进行, 如图1所示, 主要包括电路原理图的设计和印制电路板的设计两个部分。电路原理图的设计主要是用Protel 2004绘制一张正确、精美的电路原理图。包括以下几个部分: (1) 装入元件库, 放置元件; (2) 元件参数修改; (3) 元件布局; (4) 绘制原理图; (5) 电气规则检查; (6) 生成网络表。如果遇到系统元件库中查找不到的元件, 在放置元件之前还要进行元件的制作。印制电路板的设计主要是在原理图和网络表完成基础之上进行的, 包括: (1) 规划电路板; (2) 设置参数; (3) 装入网络表及元件封装; (4) 制作元器件的封装; (5) 布置元件; (6) 自动布线与手工调整。

由于学习项目的选取是由元器件由少到多, 电路图结构由简单到复杂, 所以学生学习也是由浅入深, 逐层深入的。学生在学习的过程中既能学习到具体详细的知识点, 也使学生头脑中一直有宏观的制作流程的概念, 时刻了解自己的学习进程及目标。培养爱岗敬业、具有高度的责任心、团结合作的职业操守;培养严格执行相关标准、工作程序与规范以及学习新知识新技能、勇于开拓和创新的科学态度。

课余时间开放实训室, 允许学生提前完成项目内容。鼓励学生积极、主动参与实践教学, 由授课教师认定同意后, 学生可利用课余时间完成后续实训内容或扩展实训项目。实践教学过程中, 要以学生为主体, 由实训教师进行适当指导, 学生可自行查找学习项目, 也可以选用实训室提供的学习项目:多级放大电路原理图设计、温度显示及控制电路原理图设计、数控机床电气控制电路原理图设计、多级放大电路单面板设计等。教师可根据实践教学过程中出现的问题, 对必备的知识点、基本技能进行讲解和指导。

3 采用多种考核方式

本课程采取过程性考核+综合性考核, 注重过程考核的考核方式。过程性考核是以各个学习项目的完成情况为依据, 注重基本知识、基本技能掌握情况的考核及综合应用能力的考核, 每个项目占总成绩的15%, 五个项目共占75%。督促学生认真对待每一个学习项目。综合性考核是期末对课程知识与学生应用能力的综合测试, 给学生布置一个新的项目, 使学生完成电路原理图的绘制与编辑以及印制电路板的制作, 学生独立完成项目的制图流程, 占总成绩的25%。

4 结束语

电子线路CAD课程的教学采用了以学生为主、教师为辅、由简入深、理论联系实际的开放式实验教学方式, 同过去的以知识结构为主的纯教学的实验教学方式相比, 培养了学生的创新精神和创新能力以及自主学习的能力。培养了学生严格执行相关标准、工作程序与规范的能力。

摘要：高职院校电类专业广泛将电子线路CAD课程列为专业核心课程, 文章从教学内容设计、教学方法的选用等方面进行探讨, 能够培养学生标准意识、规范意识及质量意识。

关键词：高职,电子线路CAD,教学内容,教学方法

参考文献

[1]邵建昂.Protel99教学实践探讨[J].实验室研究与探索, 2007, 26 (2) :101-105.

[2]米昶.Protel2004电路设计与仿真[M].北京:机械工业出版社, 2006.1.

[3]莫力.Protel电路设计[M].国防工业出版社, 2005

[4]王廷才.电子线路计算机辅助设计Protel2004[M].高等教育出版社, 2006.

[5]李东生, 张勇, 许四毛.Protel99SE电路设计技术入门与应用[M].北京:电子工业出版社, 2002.

[6]徐超明.任务驱动法在Protel DXP课程教学中的应用[J].职业教育研究, 2008, (3)

电子线路CAD技术 篇2

适用专业：机电、自控、电气、化机、影像等

一、教学目标

《电子线路CAD》，是一门设计性、应用性较强的课程，它是机电工程师必须掌握的电路设计与分析工具。掌握它将为后续课程学习、课程设计、毕业设计、电子设计竞赛、专业论文撰写、电路设计等提供一个良好的应用工具。

通过理论学习首先使学生掌握电路原理图的设计方法与电路原理图元件符号的制作方法。同时掌握印刷板图的概念、印刷板图的手工设计/全自动/半自动设计的基本方法，以及印刷板图元件封装的制作方法。

二、教学中应说明的问题

学生学习本课程之前，应先修《计算机应用基础》和《电工技术》课程。本课程采用多媒体教学、学生上机操作等方法开展教学。

三、教学内容

本课程选用中文版《Protel2002教程》为教材，深入浅出、通俗易懂，特别适合初学者学习。主要内容为：原理图库操作、原理图设计、原理图检查及网络表生成、PCB库操作、PCB布局、PCB布线及设计规则检查等，并有大量习题使学生熟悉软件的使用。

四、成绩评定

本课程通过上机操作考试、作业、出勤等评定成绩。

汪红，机电工程系副教授，工程师，国家职业技能鉴定电工高级考评员。多年来一直工作在教学第一线，主要讲授电类的专业基础课及专业课：《电子技术》、《模拟电子》、《数字电子》、《电工电子》、《电子设计自动化》、《计算机应用基础》等课程；主持相关课程的综合实训；开设《电子产品设计与制作》、《电子线路CAD》等选修课；组织辅导学生《电子社团》、《课外兴趣小组》、《电子技能大赛》等活动。

具有丰富理论知识及实践经验，主编了《电子技术》第1版、修订了《电子技术》第2版，参加编写了《电工与电子技术》、《电力电子技术》、《电机与电气控制》等10多种中、高职业教育教材。其中《电子技术》第2版为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。

主持参与“HS9-1600/6.3电炉变压器”等省级科研课题并获奖；多篇论文在核心期

电子线路CAD技术 篇3

【关键词】电子线路CAD 教学改革 教学方法

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2012）01－0038－02

《电子线路CAD》课程是高等职业院校电类专业学生的必修课，该门课程实践性、应用型都很强。传统的教学模式大多采用的是教师多媒体演示教学，理论和实践分离教学、课时分散教学等方式、知识点填鸭式教学。普遍面临学生缺乏学习兴趣、教学质量不高的难题。从学生方面来说，认为学会使用软件绘制原理图并在电脑上生成印制线路板即可，至于能不能实用以及与实际工作中的差距往往不去关心，学生对课程的学习普遍不够重视；从教师方面来说，传统的教学方法单一，难以激起学生的学习兴趣。为了提高学生的学习兴趣，最大限度地培养学生的职业道德、职业素质和职业能力。对于电子线路CAD课程的改革是有必要的。为此我们在对该门课程进行教学改革实践的基础上针对教学中所采用的教学方法进行了归纳总结，同时提出了使该门课程改革效果更好的一些建议。

一、课程改革的基础

课程教学紧贴学生就业岗位的要求，以学生岗位针对性为前提，充分体现“职业岗位—岗位技能—岗位课程”的思想，同时还要注意培养学生良好的职业道德和职业素质，培养学生应用知识和解决问题、分析问题的能力以及与人合作的能力。

二、课程改革内容

1．课程结构的改革

课程采用项目化的方式重组内容，打破传统教学中先原理图后印制板（PCB）的组织结构。避免了以往前半教学中都接触不到课程的核心内容（PCB的设计）的弊端。由任课教师精选教学项目，以项目带动内容，将内容融于项目，分散难点，使学生便于掌握，从而达到提高PCB设计制作水平的目的。

2．教学内容的改革

在教学内容上，不再是老师给学生全盘灌输软件应用的相关知识点，而是重组教学内容，将各个知识点融入与生产实际相关的项目中。以PCB设计为宗旨，使学生在学完每一个项目后都能完成一定的PCB设计。并从应用及学生实际情况出发，设置单面板、双面板等学习情境。课程后期预留时间，供学生练习CAD考试真题。

3．教学方法的改革

基于该门课程教学改革的基础，在该课程的教学中，采用了“项目导向，任务驱动”的教学方法，教师在选择项目前要先对学生的职业岗位以及该岗位所要求的技能进行分析，最后制定出与企业实际相关的课程教学项目，同时在选择教学项目时遵循了从简单到复杂、循序渐进的原则。《电子线路CAD》课程精选了七个教学项目，其中包括简单模拟电路绘制、复杂电路原理图绘制、层次电路原理图绘制、双面PCB板的自动布局布线、单面印制电路板手动设计、电子线路综合设计、印制电路板制作。同时要完成每一个项目的工作量有大有小，在教学中根据项目的大小，又将项目分成若干个任务，把教学内容以及学生要掌握的岗位技能巧妙地隐含在每个任务之中，让学生自己提出问题，并经过思考和老师的点拨，解决问题。

对较大的项目（如项目层次电路原理图的绘制）、学生一个人完成有困难的项目，将学生按照不同层次进行分组（分组时，注意了学生不同层次的搭配以及学生的个体差异），每个组安排一名学生担任项目组长，由各个项目组长给每个同学分配相应的任务，共同合作完成一个项目，在完成项目的过程中，基础好的可以帮助和辅导基础一般的学生，实现共同提高。这样不仅掌握了完成项目所需要的技能知识，而且培养了学生与他人合作共同解决问题的能力。我们也尝试基础好的同学完成任务后请他们做“小老师”，让他们轮流辅导较难完成任务的同学，让他们在辅导过程中有新的发现和提高。而被辅导的同学也能跟上学习进度，体会到成功的感觉。实践表明，教学效果很好。

同时，由于该门课程的实践性很强，在教学中应给学生更多的实践与练习机会。因此教学课时不再像传统的教学方法那样：课时分散，老师通过多媒体演示之后，再另行安排上机实践时间；而是将授课时间集中起来，将所有实际设计对象搬到机房和实验室，做到了教、学、做一体化，便于教师示范与学生即时训练相结合，知识点可以当堂消化与巩固，对学生应用知识的能力的提高也有显著效果。

4．课程评价方式的改革

本课程属于实践性、应用性较强的课程，所以在设计本课程考核方案时，要注重对学生应用能力的考核和过程性考核，考核内容分为三部分：平时考核占总成绩的20%，学习态度是主要的评价因素；阶段性考核占总成绩的40%，主要是對每个能力训练项目完成后提交的作品的评价；综合上机和制板的作品考核占总成绩的40%，是对学生综合应用能力的考核。

5．教学手段的改革

该门课程传统的教学手段是教师制作课件结合软件，利用多媒体进行演示，一堂课上真正的操作者只有老师，这样不便于学生及时消化课堂内容。在教学改革中，虽然课件演示也是教师采用的教学手段之一，但所有的教学都在实训机房进行，一生一机，学生除了可以学习操作方法，还可即时的动手实践。

三、教案设计

教案设计是教学改革中重要的一部分，它是完成每个项目中若干任务的过程的具体化，区别于以往的教案只是对知识点的罗列以及重难点的突出。在教学中进行教案设计时为每一个任务都设计了相应的教学情景单元，包括教学内容；教学重难点；教师、学生的活动，在该教学情境中要掌握的技能点、知识点和所使用的教学方法，完成该教学情景所经历的环节以及每个环节的时间分配等。教学环节是教案设计中最重要的一部分，分为课前导学；知识链接；引入主题；提出任务目标；分析任务目标；任务实施；学生实际操作；教师个别指导、集中辅导；新课总结等。

四、几点建议

上述对《电子线路CAD》课程教学改革内容的归纳总结是建立在已经进行教学实践的基础上，但仍有不完善的地方。为了使该门课程的教学效果更好，提出以下几点建议：

第一，为了使学生的所学更贴近于工作实际，教师在进行教学项目设计前，应尽可能多的到与学生就业相关的岗位上了解与本门课程相关的内容，为制定项目积累素材；同时在制定项目时可以将与电类专业的专业课如数电、模电、单片机等相关的知识融入到教学项目中，使学生对本专业的知识有一个系统的了解。

第二，课程改革方案实施过程中要始终保持课堂的开放性和学生的创新性。如在每个学习情境中都有几个项目，学生在学习过程中可以不局限于这些项目，我们鼓励学生自主创新设计项目，在实训课堂上，学生并不一定要做老师给的实训项目，允许学生使用自己更好的产品项目。

第三，在教学中如果使用的是英文软件或部分汉化的软件，考虑到高职学生普遍英语底子较差，因此应注意英语和汉语结合的双语教学。

参考文献

1 戴士弘.职业教育课程改革［M］．北京：清华大学出版社，2007

2 潘永雄.电子线路CAD实用教程［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2004

电子线路CAD技术 篇4

1电子线路CAD课程的特点及教学现状

大部分高校的电子线路CAD课程都是在学科基础课学完之后开设的, 但是在学习CAD时, 很多学生也只是把学习重点放在了对Protel软件的应用方面, 并不能够把前续专业知识联系起来, 做到多学科内容的融会贯通。电气信息类专业的电子线路CAD课程在画电路原理图时会涉及模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理等多门课程理论知识。如果电路基础知识没有很好掌握, 学生只是会照着正确的原理图绘制, 是远远不够的, 我们要培养的是学生能够独立设计电路图并正确绘制图纸, 而且能成功印制电路板实物的能力。学生对于电子线路CAD课程的重视程度不够, 虽然课堂上同学们很喜爱上机课, 感觉学习软件操作比学习枯燥的理论和公式有意思的多, 但实际上由于课时有限, 学生仅仅靠上课的时间只能掌握软件的操作方法并不能达到熟练操作的程度。要想让学生课余时间能够主动学习, 多上机操作, 提高他们的主动学习兴趣是必不可少的。

2Protel软件概述

Protel软件是电子领域中应用最为广泛的一种设计工具, 利用该软件进行电子设计可以提高产品的可靠性, 缩短了设计周期, 降低了设计成本, 该软件的发展也十分迅速, 并与科技要求紧密相连。[1]Protel功能十分强大, 集原理图设计、可编程逻辑器件的建立、电路混合信号仿真、印制电路板 ( PCB) 设计与布线、信号完整性检查以及设计规则分析等功能于一身, 在电子电路设计领域占有极其重要的地位。其中最主要的两大功能分别是原理图设计功能和印制电路板功能。原理图设计功能包括电路图编辑器 ( 简称SCH编辑器) 、电路图零件库编辑器 ( 简称Schlib编辑器) 和各种文本编辑器, 该部分主要功能是: 绘制、修改和编辑电路原理图; 更新和修改电路图零件库; 查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。印刷电路板功能包括印刷电路板编辑器 ( 简称PCB编辑器) 、零件封装编辑器 ( 简称PCBLib编辑器) 和电路板组件管理器, 该部分主要功能是: 绘制、修改和编辑电路板; 更新和修改零件封装; 管理电路板组件。

3电子线路CAD课程教学改革的具体措施

针对电子线路CAD教学中存在的问题, 我校进行教学改革, 并在多年具体教学过程中予以实施, 取得了比较好的教改效果。

3.1充分调动学生的学习积极性和主动性

只有让学生从被动学习变为主动学习, 才能最大程度地提高学习质量。所以教师要努力激发学生对电子线路CAD课程的学习兴趣, 适时地拿出已经设计好的电路图纸和小电路板实物, 演示出电路实际效果, 激发学生产生浓厚的学习兴趣。

3.2注重加强与前续理论课程的联系

本门课程除了要教会学生必要的电气原理图绘图方法和技巧, 印制电路板的绘图方法和技巧, 还有要培养学生的电路图设计能力, 这就要求教师授课过程中适当涉及前续理论课程知识。比如在绘制单片机及其外围电路原理图任务中, 教师可以适当讲解各部分电路图的工作原理, 各部分器件选型标准, 电路图的设计过程等。在电路仿真任务中, 教师可以讲解要仿真电路的工作原理, 需要仿真的条件, 理论上改变仿真参数和仿真环境时被观察参量变化趋势, 最后运行仿真程序, 观察结果与理论是否一致。这些都需要涉及前续理论课程的知识, 当然这对任课教师的要求也相对要高些。正因为如此, 讲授电子线路CAD课程的教师一般都是专业教师而非计算机系教师。

3.3采用启发式教学和项目任务教学法

根据电子线路CAD课程特点, 上机学时会比较多。教师讲授理论时主要讲解使用Protel软件绘图方法和技巧, 学生似乎都听得懂, 但是真正上机操作时便会遇到实际问题, 所以教师要耐心细致地帮助学生解决问题, 并且鼓励学生自己找到解决办法。另外, 可以在授课的每一个阶段提出一个小的设计项目, 让学生课后完成。项目教学, 也称为基于项目活动的研究性学习, 其突出特点在于学习过程的实践与研究活动相融合。[2]通过使学生在项目的设计生产过程中, 形成经验和策略, 从而引导学生“做中学、学中做”。[3]项目任务教学法并非普通意义的上机课任务。举例说, 学习完电气原理图设计方法之后可以布置设计单片机最小系统的电路图, 实现温度测量功能;学习完电气原理图仿真之后可以布置设计并仿真单片机掉电复位电路;设计并仿真共发射级放大电路中参数变化对电路的影响;学习完印制电路板设计方法之后布置设计并焊接完成一个小型的电路板实物等。

3.4采取灵活的考核方式

一般课程期末采取笔试的考核方式, 但是对于电子线路CAD课程并不是十分适合, 因为这门课程主要是培养学生对于所学软件的应用和设计电路的能力, 期末如果能够采用让学生自己设计绘制电路图项目或者制作出印制板实物的方式更能考核学生的能力。

4结论

教师授课要以电路板设计的基本流程为主线, 由浅入深、循序渐进地介绍从电路原理图设计到印制电路板设计的整个流程。注意调动学生学习兴趣和能力培养, 强化项目任务教学法, 切实做到素质化教学。

参考文献

[1]黄松, 蔡苗, 黄力元.电子线路CAD-Protel软件的应用与教改[J].成功 (教育) , 2007 (9) .

[2]陈冠玲, 张卫纲, 王素绢.项目教学法在“电气CAD”课程教改中的应用[J].电气电子教学学报, 2012 (3) .

电子线路CAD设计报告 篇5

数码管显示器的设计

专业：电子信息科学与技术

班级：2013级2班 姓名：李荣琳 学号：201301051220 指导老师：宋戈

电子通信与物理学院 日期：2016 年1 月6 日

指导教师评语

目

录

第一章 绪论...........................................................................................2 第二章 设计内容...................................................................................3 2.1设计目的....................................................................................3 2.2设计任务....................................................................................3 第三章 原理图设计...............................................................................4 3.1 总体电路原理框图....................................................................4 3.2 各功能模块的设计....................................................................4 3.2.1振荡回路...........................................................................4 3.2.2 计数和数据选择回路......................................................5 3.2.3 译码显示回路..................................................................8 3.3 总体电路原理图......................................................................10 第四章 PCB板图设计.........................................................................11 4.1 布线与布局.............................................................................11 4.2 本设计PCB板图......................................................................12 第五章 总结.........................................................................................13

数码管显示器的设计

第一章 绪论

Altium Designer是Altium公司于2004年推出的电路设计软件版本，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。当前比较流行的Protel 98、Protel 99 SE和ProtelDXP，就是它的前期版本。

本设计主要用到的软件时Protel DXP2015，Protel DXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。Protel DXP运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，Protel DXP提供了全面的设计解决方案。

本次设计就是要用Protel DXP软件，画出一个完整的原理图，并且生成仿真印刷电路板，提高自己的动手能力。

数码管的设计

第二章 设计内容

2.1设计目的

本次课程设计的主要目的是从整体上对Protel DXP有更深入、全面的了解，并对印刷电路板的整体设计有一个更为清晰的认识，进一步熟悉运用Protel DXP设计印刷电路板的全过程。同时也对之前所学的内容进行巩固，熟悉掌握原理图的绘制，网格表文件的生成，以及PCB的设计知识，包括印刷电路板设计时的系统参数设置，PCB的规划，网格表文件的加载，元器件的布局，电路板的布线以及最后的调整和敷铜。

2.2设计任务

（1）、设计电路，使数码管能自动依次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9(奇数列)，0、2、4、6、8（偶数列），0、1、2、3、4、5、6、7、0、1(音乐符号序列)；然后再从头循环；

（2）、打开电源自动复位，从自然数列开始显示。

2.3设计要求

（1）、按照老师的要求，熟悉实验原理，在Protel DXP软件中，完成对数码管显示电路的设计。

（2）用DXP软件画出原理图，并仿真出印刷电路板，熟悉电路板的加工工艺。

（3）、印刷电路板布线时应该排列居中并且紧凑，大小适中，互相干扰的元器件不能放在一起，尽量使用较宽的线，尤其是电源线和地线。

数码管的设计

第三章 原理图设计

3.1 总体电路原理框图

图1 总体电路原理框图

3.2 各功能模块的设计

电路共分为振荡电路，计数和数据选择回路，译码显示回路三个部分。

3.2.1振荡回路

555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。

图2的脉冲回路就是由555定时器构成的多谐振荡电路。电源接通时，555的OUT脚输出高电平，同时电源通过R1R2向电容c1充电，当c1上的电压到达555集成电路TRI脚的阀值电压（2/3电源电压）时，555的DIS脚把电容里的电放掉，OUT脚由高电平变成低电平。当电容的电压降到1/3电源电压时，OUT脚又变为高电平，同时电源再次经R8R9向电容充电。这样周而复始，形成振荡。

脉冲宽度计算公式：Tw ≈ 0.7(R1+RW+R2)C 震荡周期计算公式：T≈ 0.7(R1+RW+2R2)C 经计算得，R8约为289Ω，R9约为578Ω。

数码管的设计

图2 振荡电路部分

其中1脚为CON脚，2脚为TRI脚，3脚为OUT脚，4脚为VCC脚，5脚为RST脚，6脚为THR脚，7脚为DIS脚。

3.2.2 计数和数据选择回路

计数电路是由74LS160和74LS161两个计数器组成。74LS160用来产生0~9的十进制数作为74LS153数据选择器的输入，74LS161作为二进制的计数器，低两位输出作为数据选择器的地址选择，循环产生00,01,10,11进而控制了74LS153数据选择器的输出，使数码管按照要求产生循环数列。

把第一个74LS153的1C1置1（产生奇数），把第一个74LS153的1C2置0（产生偶数），把第二个74LS153的2C3置0（产生音乐符号序列），通过改变外部的输出，我们可以得到想要的序列。

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图3 计数和数据选择回路

74LS160 是十进制计数器，只能记十个数，从0000-1001（0-9）。到9 之后再来时钟就回到0。CLK是时钟，RCO 是输出，MR是复位，低电频有效，LOAD是置数信号，当它为低电平时，在时钟作用下，读入D0到D3。正常工作时ENP和ENT接1。D0到D3是置数端，Q0到Q3是输出端。图4为74LS160的引脚图，表1是74LS160的真值表

数码管的设计

图4 74LS160引脚图

表2 74LS160真值表

从74LS160真值表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

74LS153的引脚图见下图6。1G、2G为两个独立的使能端；B、A为公用的地址输入端；1C0～1C3和2C0～2C3分别为两个4选1数据选择器的数据输入端；Y1、Y2 为两个输出端。

数码管的设计

① 当使能端1G（2G）＝1时，多路开关被禁止，无输出，Y＝0。② 当使能端1G（2G）＝0时，多路开关正常工作，根据地址码B、A的状态，将相应的数据C0～C3送到输出端Y。

如：B A＝00 则选择CO数据到输出端，即Y＝C0。B A＝01 则选择C1数据到输出端，即Y＝C1，其余类推。

图5 74LS153引脚图

表2 74LS153真值表

3.2.3 译码显示回路

数码管的设计

图6 译码显示回路

本电路采用的数码管是八段共阴极数码管，DP脚接地，其他引脚用74LS48译码器进行驱动，电路正常工作后就会产生要求的数列。

计数器用来产生十进制计数，其输出信号加到译码输入端，经译码后可以在输出端产生所需的控制信号。本电路计数器译码器采用74LS48，译码驱动电路如图。它们分别为可预置4位二进制同步可逆计数器和八选一数据选择器。电路的工作原理是不规则时钟脉冲信号加到计数器74LS160的计数向上引脚，计数器自然忘序递增计数，其输出端Qd，Qc，Qa，Qb按自然忘序递增到1000时，由于清除和Qd相连接当Qd为1时计数器清零然后又重复递增计数，不断循环进行。而计数器的输出端Qc，Qa，Qb接到74LS153的输入端，在Qc，Qa，Qb的作用下它们的每一种组合方式对应于输出端的一个引脚状态。在任意时刻只有一个端口为高电平其余端口均为低电平。而且这种变化同样是按照自然递增的顺序循环执

数码管的设计

行。根据这种结果，可以把每一路输出用以控制半导体数码管从而可以达到循环显示数字的目的。7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。

3.3 总体电路原理图

图7 总体电路原理图

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第四章 PCB板图设计

4.1 布线与布局

原理图设计好以后，新建一个PCB并保存，然后单击Design/Update PCB Documents生成新的PCB。生成的PCB见图8。

图8 PCB布线前图

接着对元器件进行布局和布线，要求要紧凑整齐，互相干扰的元器件要保持距离，布完线要对电源线和地线进行加粗处理。

图9 PCB布线后图

数码管的设计

4.2 本设计PCB板图

再对PCB板图进行最后的处理，并且放置走线，敷铜，最后完成的见PCB板图见图10。

to

图10 完成的PCB板图

数码管的设计

第五章 总结

通过这次课程设计，我想我对于电子线路CAD这一门课程有了更深入、全面的了解，并对印刷电路板的整体设计有一个更为清晰的认识，更熟悉了Protel DXP设计印刷电路板的全过程，同时也对之前所学的内容进行巩固。

不过在设计过程中也是遇到了很多的问题，比如元器件的封装问题，一开始库不全的时候有些元器件比如74LS系列的都找不到，更别说封装了，当库的功能越来越大的时候元器件的问题就解决了，如果实在有些器件找不到也可以自己画。还有就是布线，是非常麻烦的事情，我的这个图并不是很复杂，但是也遇到了一些麻烦，比如电源线和地线，在没加粗之前布线时正确的，但加粗以后线就出错了，是因为线距离焊盘太近，这时可以调整线的位置，或者调整规则，8mil是比较合适的距离。

电子线路CAD技术 篇6

【关键词】电子设备；结构设计；CAD技术

1、电子设备结构设计概述

1.1电子设备结构设计的特点

研制电子设备的时候必须首先对其结构进行设计，这对保证该电子设备的优良性能发挥着重要的作用，是不同忽视的关键步骤。在研制的过程中不仅要对方案和线路进行提前设计，还必须要保证结构设计的合理性，才能够研制出新型的电子设备。对于一种电子设备来说，只有电路、元器件以及结构设计都完全达到技术先进并能够确保高质量、高水平之时，才可以称之为优良的电子设备。随着科技的发展，新型的电子设备越来越系统化、功能集成化、体积微型化，也越来越高智能，这就给电子设备的结构设计工作提出了更高的要求。

正因为电子设备的结构设计工作越来越复杂，其所涉及的技术内容也越来越广泛，不再局限于与电子学密切相关的机械学、电子学、制造工艺学等学科，同时也涵盖了化学、环境学、传热学等。

从以上分析，我们可以看出，电子设备结构设计的过程涉及机械与电子的密切结合，需要对多种学科知识进行综合运用才能够达成目标，这是电子设备结构设计最显著的特点。

1.2电子设备结构设计的内容

在第二次世界大战之前，由于人们所使用的电子设备结构都比较简单，因此也不需要对其进行设计。随着二十年代后期电子管的大量采用以及二十世纪中叶电子技术的推广，电子设备的结构设计才开始引起注意。直到二十世纪中后期，电子设备的体积越来越细，从小型到超小型到微型的发展中传统的结构不能适应电子设备外形的变化，结构设计的方法需要进行变革，逐渐受到人们的重视。目前的结构设计内容包括以下七个方面：

第一，整机组装结构设计，也就是电子设备的整体设计。对电子设备进行整机组装结构设计的依据是产品的技术条件以及该电子设备投入使用以后的环境条件。进行整机组装结构设计既需要对整机组装进行构思，也要对电子设备的各个分系统以及不同的功能单元进行设计，具体的内容包括环境防护设计、结构单元、传动和执行装置以及总体布局四个方面。造型设计方面，秉承实用、经济、美观的基本原则，力求从外观上给人一种眼前一亮的感觉。

第二，热设计，也就是对电子设备的元器件、组件以及整机的温升进行控制。热设计的基本原则是在尽量减少热传路径的热阻的基础之上，对电子设备各个传热环节的热阻值进行合理的分配；对于发热元件以及热敏元件的位置和间距进行合理布置；正确设置印制板组装件的方向和间距，保证冷却气流能够均匀的流过每一个发热元器件，从而达到均匀降温冷却的目的，最终实现电子设备内部各个元器件在温度的极限范围内正常运行的目的。在实践中，常用的进行温升控制的方法包括两种自然冷却和人工降温，其中人工进行降温的方式又包括强迫进行风冷、液冷或者热管传热等。

第三，结构的静力计算和动态参数设计。如果该电子设备是用于运输工具中或者是处于运输过程中，那么就要保证该电子设备具有足够的强度和刚度，以防止因为材料疲劳或者结构谐振等情况引起的对电子设备正常性能的不良影响。在实践中一般是采用减震或者缓冲措施防止电子设备强度和刚度的减弱。

第四，电磁兼容性结构设计。进行此设计的目的是彻底消除或者降低自然和人为的电磁干扰，减小对电子设备的损害，提高电子设备抗电磁干扰的能力。也就是要保证电子设备在复杂的电磁环境中正常工作自身不受到损害，并且不对环境造成污染。由此可以看出此项设计包含两个部分的内容：首先是保证电子设备自身的正常工作，提高抗电磁干扰的能力；然后还要降低自身对环境中其他设备的电磁干扰，不影响其他设备的正常工作。实践中常用的方法有屏蔽、接地与搭接以及其他抑制干扰的方法，例如选择合适的元件、进行合理布局等。

第五，防腐蚀设计。恶劣的气候条件经常会导致电子设备的材料发生腐蚀、霉烂等损坏，进而导致电子设备性能降低、器件失效、设备出现故障等异常情况，甚至会导致电子设备功能的完全丧失。在进行结构设计时，必须对此进行考虑，以提高电子设备抗不良环境的能力，延长其使用寿命。设计内容主要包括确定防护措施，选择抗腐蚀的材料以及研究新的防腐蚀方法，例如消除或者减弱环境中的腐蚀性因素、对不耐腐蚀材料进行表面的耐腐蚀处理、电化学保护等。

2、CAD技术在电子设备结构设计中的应用

2.1CAD技术概述

CAD也就是计算机辅助设计，指的是设计师充分发挥计算机高速计算以及显示图形等的优势，运用自身专业知识对产品进行规划与计算、综合模拟和仿真演示、评价、绘图以及管理等设计活动的总称。CAD技术因其缩短产品周期、降低生产成本、提高劳动效率、提高技术创新能力、确保设计质量以及促进科技成果转化的六大优势，被广泛应用于工程设计、机器制造以及科学研究等领域，是工厂、企业、科研部门等提升自身创新能力以及市场竞争力的重要手段。同时，CAD技术的应用水平能够反映一个国家科学现代化以及工业现代化的水平。

2.2CAD软件在电子设备结构设计中的应用

我国国内的CAD软件市场被国外的CAD软件大量占据，国产的CAD软件非常少，特别是高端产品市场国产的CAD软件更是势单力薄。与国际市场相比，我国国内的市场依旧处于发展的初期，市场潜力巨大。目前，国产的CAD软件在产品的开发水平以及商品化、市场化的程度上都落后于发达国家，需要对其进行完善。下面，对电子设备结构设计中实际使用的两款CAD软件进行简要介绍：

第一，二维图形CAD软件。CAXA电子图板是我国自主版权的CAD软件系统，在我国电子设备结构设计中发挥着重要的作用。这是一款功能齐全的CAD系统，运用交互图形的方式，实时构造、编辑、修改几何模型，并且在此过程中对各类拓扑信息进行存储，以便设计师随时调用。CAXA电子图板因其简单易学、智能设计、方便实用、体系开放等特点获得了数万用户的青睐，在所有需要二维绘图的设计过程中都可以进行方便快捷的使用，提高设计师的工作效率，充分帮助其发挥自身的聪明才智以及创造性，促进电子设备结构设计的规范化。

第二，三维图形CAD软件。Solid works是美国Solid works公司开发的一款CAD软件。该款软件自问世以来就因其自身优异的性能、便捷的操作性和创新性，对设计师的工作提供极大的帮助，提高其工作的效率而大受欢迎，现在已经发展成为三维机械设计软件的标准。电子设备结构设计的过程中用到三维构图的都可以采用该款软件进行设计。

3、结语

综上所述，随着科学技术的进步，电子设备正在朝着高性能、系列化、微型化以及更加可靠的方向发展，对电子设备的结构设计工作提出了更高的要求。而在其设计的过程中应用CAD技术，能够降低工作难度，提高工作效率，是高效完成电子设备结构设计工作的关键。相信，在CAD技术的支撑下，未来电子设备的结构设计一定会获得更好的发展，助力我国电子产业的整体进步。

参考文献

[1]杨振.3D-CAD技术开启电力电子装置结构设计新模式[J].科协论坛（下半月），2012，（04）：89-90.

电子线路CAD技术 篇7

目前,大量的教育工作者对《电子线路CAD》的教学内容、教学方式和考核形式进行了改革:根据美国著名儿童教育家、伊利诺易大学教授凯兹博士和加拿大儿童教育家、阿尔伯特大学教授查德博士共同创立的一种以学生为本的“项目式教学法”,国内进行了“《电子线路CAD》项目式教学法”探索和改革[1,2]。从调动学生学习积极性的角度,进行关于“任务驱动法在《电子线路CAD》教学中的应用”的改革[3],针对Protel软件的使用,进行了“电子线路CAD—PROTEL课堂教学方法探析”[4]。同时,从学内容设计、教学方法的选用等方面进行分析,以培养学生标准意识、规范意识及质量意识为目的,进行了“电子线路CAD课程的教学探讨”[5,6,7]。这些改革对促进学生掌握CAD工具(如Protel、Multisim、Orcad等)的基本操作和使用起到很大的帮助,但由于《电子线路CAD》是一门综合性、实践性和创造性都很强的课程。它即不同于的计算机语言类课程(如C语言),只需要熟悉某个计算机语言的语法和基本操应用,又不同于电路基础知识类课程(如模拟电子线路),只需要掌握某个领域内知识。它需要用户以电子线路的相关理论知识为支撑,去操作对应的工具软件,完成一个电子系统的原理图绘制、PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)设计和结果仿真。除了有工具软件本身操作需要学习的内容外,更重要的还需要有相关PCB电路设计的知识做支撑,比如信号完整性分析、电磁兼容、阻抗匹配、时延匹配等。同样的原理图,工作低频段和工作在高频段的PCB图设计是有所不同的。现有改革方法侧重于工具软件的教学,忽略了教会学生与PCB设计有关的知识,导致学生在学习以后虽然会设计出原理图,但不能设计出能到达实际工作要求的PCB图。本文从实际需要的角度出发,根据大学生课余时间灵活性强的特点,以课内和课外结合、兴趣和专业结合、理论与实践结合为原则,充分发挥学生的积极主动性,从教学内容、教学方式和考核方式上全面考虑,对《电子线路CAD》教学提出了一种新的改革方法,并以全国大学生电子设计竞赛为实践验证平台,证明了该方法的有效性和可行性。

1 以满足实际需要为原则,结合人才培养目标和培养计划,完善教学内容

开设《电子线路CAD》课程的目的是培养学生硬件电路设计和制作的能力,硬件设计能力包括设计原理图的能力和设计PCB电路的能力。具备设计原理图的能力需要熟悉电子线路CAD工具的操作并掌握模拟电路、数字电路、单片机、高频电路等电路理论知识;具备设计PCB电路的能力需要熟悉电子线路CAD工具的操作并掌握高速电路板设计、信号完整性分析、电磁兼容和PCB制作工艺等工程知识。这是因为电路可分为低速电路和高速电路。低频信号和部分中频信号(一般在30MHz以下)是用“路”的理论进行分析和设计的,即信号间的传递需要通路是导线。高频信号和部分中频信号,需要用“场”的理论进行设计,即信号可以无线传输,必须考虑连线间的串扰和信号传输过程中的反射等因素,如收音机和手机电路等。电路原理图的作用是表述其工作部件的连接关系和工作原理的示意图,并不涉及与实际工作有关的硬件制作问题,因此,在用CAD工具设计原理图的时候,无论高频系统还是低频电路,都可以不加区别地选用标准器件符号进行绘制。但PCB电路是实际电子元件的连接载体,设计过程中必须考虑信号频率、阻抗匹配、时延匹配等参数的影响才能满足实际工作的需要。因此,在应用CAD工具进行PCB设计的过程中,除了熟悉工具软件的操作外,还需要应用高速电路板设计、信号完整性分析、电磁兼容、PCB设计工艺等知识为理论指导进行正确的设计。

《电子线路CAD》课程通常在本科或高职、高专阶段开设,在学时有限的情况下,要保证基础课程的完整性,只能开设完与原理图设计有关的课程,而不能全面开设与PCB设计相关的课程。部分课程(如电磁兼容、信号完整性分析等)往往在研究生阶段纳入培养计划,但很多本专科学生毕业后需要从事PCB设计方面的工作。因此,需要对教学内容进行改革,让学生学习后能满足实际工作的需求。具体改革内容如下:

1.1 让学生了解现有电子线路CAD工具的发展情况

目前电子线路CAD工具软件繁多,在硬件设计方面,有简单易学但功能相对较小的Protel、Orcad、Pispice等,有功能强大,学习相对较难的ADS、Power PCB、CADENCE等,不同的电子公司根据开发产品的实际需求情况,要求员工使用对应的软件。学生应该熟悉其中一到两种,并了解其它软件功能和特点,否则在应聘过程中可能会不满足企业需要而失败。因此在教学过程中应给学生介绍工具软件的发展情况,并通过参考资料的方式提供相关教程的电子文档或学习网站网址,传授学生学习方法。

1.2 补充高速PCB设计的相关知识

随着大规模集成电路技术的发展,电路系统体积越来越小,工作频率越来越高,给硬件设计人员带来了新的挑战。因此需要给学生补充高速电路板PCB设计的相关知识,如高速电路板设计、电磁兼容理论和信号完整性分析等。

1.3 增加多层PCB设计的知识

目前,大多本科教学主要让学生进行单面板和双层板的设计。由于集成电路引脚越来越密集,封装体积越来越小,大部分电子系统都要求用多层电路板进行设计,所以在教学中让学生掌握多层电路板设计的知识非常重要。在高速数字电路设计中,电源与地层应尽量靠在一起为了减少层间信号的电磁干扰,相邻布线层的信号线走向应取垂直方向。信号布线层数由网络密度,平均管脚密度等基本参数。可以参考如表1所示的经验数据。

1.4 增加元件布局的理论

元件的布局好坏直接影响工作性能,好的布局除了保证电路性能稳定外,还能降低步线难度。电子线路CAD教程中一般只介绍如何操作CAD工具进行布局,如器件旋转、移动等,但缺少介绍布局的理论依据,从而让学生学习后不知道什么样的布局才满足最佳性能要求。为了让学生在布局过程中能有的放矢,应该给学生补充以下知识:

A.遵照“先难后易先大后小,”的布置原则,即核心元器件、重要的单元电路应当优先布局.

B.布局应尽量满足高电压与低电压、大电流与小电流信号完全分开,高频信号与低频信号分开,模拟信号与数字信号分开总的连线尽可能短,关键信号线最短。

C.根据原理框图,按主信号流向规律安排主要元器件。

D.相同结构电路部分,采用“对称式”结构布局;

1.5 让学生掌握PCB布线的规约

电子线路CAD教程一般以某个软件工具为重点,在布线方面注重教会学生如何把元件间的连线布通,忽略了保证线路能正常工作的理论介绍。表2给出了常见的布线规约及易犯的错误。其它还有3W法则、走线的谐振规则、走线长度最短规则等。在教学中及时根据学生在实际设计中存在的问题,给予指正。

1.6 增加培养学生思考能力的教学内容

在实践过程项目中有针对性地设置故障问题,让学生思考和解决,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,加强学生动手能力的强化。

2 根据教学内容和学生实际情况,改革教学方法

在规定的学时内,补充与PCB设计有关的教学内容,如果按照传统的教学方法全面讲解,是不可能完成的。甚至因为讲解东西太多,让学生难以接受而影响教学效果。所以,必须改革教学方法,才能达到理想的教学效果。改革的思路是:根据学生课余时间较多的特点,而且有一定自学能力的特点,充分利用开放的实验资源,利用互联网建立教师和学生之间互动的桥梁,发挥学生的积极主动性,让学生兴趣与专业结合,理论与实践结合,课内与课外结合,通过实践训练和理论指导提高其硬件设计能力。具体的措施是:

A.明确学习目的,让学生有具体的学习目标。介绍目前企业对电子线路CAD方面人才的需求情况,提高学生的兴趣,给学生树立明确的目标,让学生有的放矢地进行学习。

B.给学生提供课外学习资料,并教会学生如何利用学校的数据库资源和网络资源,收集相关学校资料,如利用超星图书资源,教会学生查阅和收集资料的能力。

C.给学生介绍学习方法,该自学的让学生在课余时间自学,该讲解的进行讲解,该通过上机和实验进行学习的就让学生通过开放实验进行学习。

D.建立网上预约制度,及时通过网络方式发布和更新教学资源,提高电子线路CAD方面教学改革的论文和前沿知识的读物,给学生提供良好的学习环境。

E.发挥学生的积极主动性,在以项目点评、小组讨论等方式,在教学过程中及时发现并纠正学生存在的问题。

3 改革考核方式

针对《电子线路CAD》课程理论性、实践性和综合性强的特点,如果只以一次考试决定学生学习成绩,即不能真实体验学生的能力,也利于调动学生的学习积极性。因此应该改革考核方式,从学习积极性、学习效果、动手能力进行全面考评。将考勤、理论设计、安装调试、仿真、思考问题等纳入考核范围,增加平时考核的力度和比重,每个项目有对应的项目考核,每个阶段有阶段考核,综合评定期末成绩。

4 改革效果

本文提出的改革方法在宜宾学院《电子线路CAD》教学中实施开展,学生在PCB方面的设计能力得到较大提高,设计的PCB板性能稳定。在2009年全国大学生电子设计竞赛中获得本科组全国一等奖和二等奖各一项,该优异成绩得获得,有多方面的因素决定的,但电子线路CAD的设计能力也有很重要的作用,比如竞赛题目中要求:在增益为60dB,带宽为直流到10MHz的情况下,静噪声输出小于300mv,学生在PCB设计过程中考虑电磁兼容问题,采取了缩短信号走线和减小线间串扰等布线策略,最后输出静噪声小于70mv,性能远远高于指标要求。实践证明了该改革方案的有效性和可行性。

5 结束语

《电子线路CAD》是一门综合性、应用性和实践性很强的课程,具有易学难通的特点,教学难度比较大,所以任何有效的改革方法都是有意义的。本文从满足目前复杂电子系统的实际需要出发,对其教学内容、教学方式和考核方式进行了改革,在教会学生掌握CAD工具操作的情况下,该方法能让学生学会应用高速电路板设计的理论知识去设计性能稳定的电路系统,并在全国大学生电子设计竞赛中验证了该方法是可行和有效的,能为其他进行相关教学改革的教师提供参考,促进更多教学改革成果的诞生。

摘要：除了有扎实的电路理论基础,还需要有丰富的PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)设计知识,才能熟练应用《电子线路CAD》技术完成各种硬件电路设计。针对当前学生PCB设计知识不足的现实,从教学内容、教学式和考核方式三方面进行全面的教学改革。以参加全国大学生电子设计竞赛对改革效果进行检验,证明了该方法的有效性和可行性。

关键词：PCB,电子线路CAD,改革,有效性,可行性

参考文献

[1]毕秀梅.《电子线路CAD》课程项目式教学法的探索[J].电脑知识与技术,2009,5(16):4235-4237.

[2]黄淑一.浅谈项目教学法在《电子线路CAD))教学中的应用[J].科技情报开发与经济,2009,19(34):179-181.

[3]吕殿基.任务驱动法在《电子线路CAD》教学中的应用[J].北京市经济管理干部学院学报,2008,23(2):66-68.

[4]王海熔.电子线路CAD—PROTEL课堂教学方法探析[J].电脑知识与技术,2010,6(14):3697-3698.

[5]徐作华,赵丽,谭丽娜.电子线路CAD课程的教学探讨[J].中国新技术新产品,2010(5).

[6]奚洋,汪涛.电子线路CAD课程教改初探[J].科教导刊,2009(11):56-61.

电子线路CAD技术 篇8

“项目[1]”式教学法是目前一些发达国家普遍采用的一种“实践性”较强的教学方法。它是由美国著名儿童教育家、伊利诺易大学教授凯兹博士和加拿大儿童教育家、阿尔伯特大学教授查德博士共同创立的一种以学生为本的活动教学法。美国工商管理硕士教育(MBA)把“项目”式教学法描述为：它是由学校和企业共同组成项目小组，深入实际，在解决问题的同时，学习和应用已有的知识，在实践第一线培养解决问题的能力。一个项目是预先计划好的，有固定开始时间和结束时间的工作。项目式教学法的人员组成，是由学员组成的小组，有一项确定的工作，他们自己策划每个环节如何实施。

本人主讲的《电子线路CAD》采用了“项目”式教学，全部授课内容设计成一个个具体的“项目”，提高了同学们设计电子产品的能力。

2 电子线路CAD

电子线路CAD(计算机辅助设计)是电路设计和计算机辅助设计结合的产物。CAD的特点是速度快,准确性高。利用它,不仅可以达到日益精密的设计要求,而且可以极大降低工程人员的劳动强度。可是，对初学者，使用辅助设计软件时，元件符号、元件在原理图库中的名称与PCB库中的封装名称混合在一起，记忆很困难。传统教学方法一般是，老师给张图，学生上机画画而已，器件外型与大小的概念很模糊。课后，脑海中不能建立起所画电路与电子产品的对应关系。在项目式教学中引入元器件实物及成型的产品，不但学生所画电路能够与实物一一对应，而且能看到该产品最后经过实验的结果。易于理解掌握电路原理与印刷电路板图。

3 项目式教学

3.1 组织方式[2]

老师提出问题，将理论与实际“项目”有机的结合，学生在解决问题中学习理论。把教学内容巧妙地隐含在每个任务之中，在完成每个具体任务时，让学生自己规划路径(或步骤)，并经过思考和老师的点拨，独立解决问题，完成任务。

3.2 项目划分[3]

将整个课程分为演示项目、练习项目及综合项目三大类。每类项目都包含三个大项目：原理图、PCB图及制作。

原理图又分为：原理图环境设计、原理图库操作、原理图设计、检查原理图及生成网络表四个小项目。

PCB图分为：PCB环境设计、PCB库操作、PCB布局、PCB布线和设计规则检查共四个小项目。

项目实施：策划方案、认识器件、上机设计、动手制作、项目检查、学生自评互评、案例分析。

3.3 具体过程

3.3.1 项目动员

3.3.1. 1 实用性

讲述课程的重要性，以今年各大网站的电子专业人员招聘信息进行分析，体现本课程在今后工作的实用性;通过给学生讲解我所了解到从事《电子线路CAD》绘图设计人员的情况，使大家知道熟练掌握这个软件的益处。这样在学习中，学生们遇到困难时，就会想方设法克服，圆满完成项目所要求的任务。

3.3.1. 2 成果展示

展示往界学生作品，让学生认识我们所学知识的最终成果，用学生感兴趣的电子产品激发学生投入工作的热情;

3.3.2 项目实施[3]

下面以制作秒脉冲发生器为例，简单介绍一个项目的实施过程(该项目10学时完成)。在该项目中，学生能获得绘制原理图的方法;元器件的管脚数量、尺寸与PCB图中元器件对应关系，PCB图的绘制技巧及注意事项;PCB板制作、元器件安装、调试的方法。

3.3.2. 1 策划方案[4]

项目下达给学生后，学生以小组为单位讨论，制定完成项目的可行性方案，并进行论证，选出最佳方案。学生根据确定的方案，分解任务，并落实到人头。

3.3.2. 2 认识器件

让同学们认识一些常用的元器件;了解各种元器件在PCB板上的位置及元器件大小、引脚数目、尺寸的关系;库里没有的元器件，同学们可以根据实际尺寸制作库元件，添加到库中。

3.3.2. 3 上机设计

秒脉冲发生器的原理图和PCB图两个大项目以电脑设计为主，在计算机房完成。主要训练学生原理图与PCB图的绘制技巧。绘图时，老师指导如何使用该软件(常用元器件库有哪些;如何装载元器件库;如何取用元件;如何进行元器件封装等)。学生根据老师的指导画出秒脉冲发生器的原理图和PCB图。

3.3.2. 4 动手制作

在实验室完成。秒脉冲发生器的电路原理图设计与PCB板图(元件位置、连接图)设计完成后，首先将PCB板图复制在PCB板上;其次，通过光刻、腐蚀、漂洗;再次，进行元件的焊接、组装;最后，进行调试。将输出的秒脉冲接到发光二极管上，同学们会看到发光二极管会每隔一秒一闪。同学们看到自己设计产品的调试结果，电子线路CAD的实用价值会一目了然。

3.3.2. 5 项目检查

每个项目在进行中，老师要对布置的项目进行检查，在检查时打分，老师在给出每个项目时就将评分标准给出来了，分数是透明的。

3.3.2. 6 学生自评互评

项目结束后，小组同学之间进行自评互评。自评，评个人在小组中的贡献;互评，评组与组之间的作品。要求各小组总结出项目资料，选出一名代表进行项目答辩。

3.3.2. 7 案例分析

各小组答辩完成后，老师和学生共同选出一个好作品，进行案例分析。请同学们分析好作品好在哪里，找出自己作品的差距。这样进行几个项目后，同学们设计电子产品的能力会显著提高。最后老师总结分析、提出建议。在鼓励之中给学生提出改进意见，使学生们在既有压力，又有乐趣之中获得知识。

4 结束语

我在经过一年多《电子线路CAD》项目式教学法尝试中，取得了传统教学无法比拟的教学效果。学生们在既有压力，又有乐趣之中学习。压力是每组都必须完成老师给定的项目，老师最后要打分评比;乐趣是自己提出问题、分析问题，再解决问题，同组的每位学生可以提出自己的想法，也可以倾听别人的意见，还可以相互讨论，吸取正确的意见。同学们亲眼看到自己组设计出来的产品，通过与其他组比较，找出不足。这样，提高了每个学生设计电子产品的能力。

参考文献

[1]王有明.什么是项目式教学法[J].教学与管理,2000(8).

[2]姚正喜,向志军.项目教学法在《单片机原理与应用》课中的应用[J].湖南农机,2008(7):22-23.

[3]胡国红,刘自范,廉飞宇.电子线路CAD-PROTEL的研究[J].郑州工业高等专科学校学报,2003(12):7-8.

电子线路CAD技术 篇9

1 电子CAD-PROTEL课程教学现状及改革方向

1.1 电子CAD-PROTEL课程教学现状

笔者认为,传统的电路CAD课程教学方法存在着诸多弊端。作为一门计算机辅助设计课程,电子CAD在讲授的过程中往往过于注重理论研究而轻实验教学。大多主讲教师的教学过程是,首先介绍Protel软件的设计界面及操作方法,然后给出一个具有某种功能的电路设计图,继而讲解图中电路的工作原理,最后安排学生上机操作,在Protel软件中绘制电路系统的原理图和印制板图。目前CAD-PROTEL课程的教学方法受制于传统教育观念指导思想的影响,认为实验课只是一个辅助环节,我国大多数高等院校目前仍存在着教学方法陈旧,教学内容单一,过于注重理论,学生所掌握的知识在现实工作中应用困难等弊端。输出应用型人才已经逐渐成为高校人才培养的主要目标,实现这一目标需要所有的高校教师转变课程教学现状。CAD-PROTEL课程的教学改革中应注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力,鼓励学生参加创新实验竞赛,让课堂的理论知识可以更好的学以致用,为学生未来的就业提前打好实践基础。

2.2 电子CAD-PROTEL课程的教学改革

电子CAD-PROTEL课程的课堂理论教学,应该突出重点,提高学生兴趣。首先选择具有设计性的电路,教师为学生详细讲解此电路图是如何设计的,以及需要实现的功能。教师逐渐培养学生新的思维模式,即在CAD-PROTEL的课堂上,学生遇到电路图时会主动思考:“为什么这样设计———具体怎样操作”,而不只是单纯的运用该软件去画电路图,这种教学改革的目的是为实现培养学生动手能力的目标。

2.2.1 学生的参与状态

电子CAD-PROTEL课程教学中学生的主体地位主要是通过学生的参与度体现出来,学生参与教学中的数量、广度、深度是衡量主体地位发挥的重要标志。就数量而言,要看学生参与的人数及时间的数量;就广度而言,要看是否各个层面的学生参与到课堂教学中的各个环节,即全程参与问题;就深度而言,学生参与的是表面的问题还是深层次的问题,是主动还是被动地参与。

2.2.2 学生的思维状态

电子CAD-PROTEL课程教学中学生的注意力是否集中;是否学会倾听;是否善于交流、交谈;能不能独立思考;能不能发现问题;能不能从多角度解决问题;针对问题的回答能不能进行自我评价;学生提出的问题是否得到关注;学生的回答错误或提出的异议有没有人指责,正确的是否得到肯定性、鼓励性的评价;师生之间、生生之间是否能够彼此交流和分享见解。

3 CAD-PROTEL课程教学方法探析

3.1 任务教学法在CAD-PROTEL教学中的应用

3.1.1 什么是任务教学法

任务教学法,也叫任务型教学法,是美国教育家杜威以实用主义作为教育理论基础而提出的“学生中心,从做中学”的教学模式,他主张教育的中心应从教师和教科书转到学生,教师应引导学生在各种活动中学习。课堂教学中始终围绕既定的教学任务展开,使每节课目的明确、内容实在、效果最佳。这种课堂教学模式,被概括为任务教学模式。

任务教学法是从20世纪80年代逐渐发展起来,任务型教学法以任务组织教学,在任务的履行过程中,以参与、体验、互动、交流、合作的学习方式,充分发挥学习者自身的认知能力,调动他们已有知识储备,在实践中感知、认识、应用教师的教学理念,在“干”中学,“用”中学,体现了较为先进的教学模式,是一种值得推广的有效的教学方法。[1]

3.1.2 任务教学法在CAD-PROTEL教学中的应用

1)教师明确任务:

任务的设计是在CAD-PROTEL教学中运用任务教学法的关键。教师根据本学期CAD-PROTEL教学大纲的内容,通过分析学生的现状和需要,确定本学期的学习目标,即明确本学期的教学任务,并把这个任务从内容和体系两方面分解为如下几个具体而简单的小任务:[2]

(1)明确本学期CAD-PROTEL课程的具体章节及每个章节的重点难点。

(2)任务设计结合CAD-PROTEL教学内容和学生的特点。

(3)通过实用性任务的完成,使学生认识到CAD-PROTEL这门课程的作用。

(4)在进行任务的过程中,加深对CAD-PROTEL这门课程应用前景的了解,使学生增强学习这门课程的积极性和主动性。

2)学生分析任务:

这是在明确的教学任务指引下,学生主动探究摸索,独立自主寻求问题、发现问题、逐渐尝试完成任务的过程。在整个过程中,CAD-PROTEL教师按照小组讨论———各组汇报———教师总结的模式,分两个层次进行。首先,引导学生根据已有的知识积累,以组为单位围绕第一个小任务———明确本学期CAD-PROTEL课程的具体章节及每个章节的重点难点开展讨论并把讨论结果向全班汇报,教师把各组汇报结果写在黑板上。从讨论的结果看,结果可能不完整,不过教师以鼓励为主,不要急于补充内容。只有让学生多品尝成功的喜悦,才能最大限度地激发学生自主学习CAD-PROTEL课程的积极性和自觉性。[3]

3.2 项目式教学法在CAD-PROTEL教学中的应用

3.2.1 什么是项目式教学法

项目教学法”是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动,其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来,充分发掘学生的创造潜能,提高学生解决实际问题的综合能力。[4]这种教学方法能够促进学生及时补充必要的新知识,通过这种方式培养的学生不仅学会利用PROTEL DXP软件“怎样做”,而且知道“这样做”的原因。更重要的是,通过这种学习方式,学生不仅学到了理论知识,而且掌握了各方面的项目知识和技巧,积累了一定的项目经验。

3.2.2 实施项目教学法在CAD-PROTEL课程中应具备的条件

1)该项目过程有利于学习CAD-PROTEL课程中的重要教学内容;

2)情景设置:创设与CAD-PROTEL课程所学习的内容和现实情况基本相接近的情景环境,也就是说,把学生引入到需要通过某知识点来解决现实问题的情景。

3)操作示范:围绕CAD-PROTEL教学内容的理论知识点,以便于学生“知识迁移”的要求,选择合适的小项目,并示范解决项目的过程。

4)独立探索:让学生独立思考,对CAD-PROTEL课程的知识点进行理解,消化示范项目的解决要点,为解决练习项目打下基础。

5)确定项目:小组通过社会调查,研究讨论,并在教师的指导下确定CAD-PROTEL课程具体的项目。

6)协作学习:开展小组交流、讨论,组员分工协作,共同完成CAD-PROTEL课程项目。

7)学习评价:学生学习的效果直接由完成CAD-PROTEL课程项目的情况来衡量,包括教师评价、学习小组评价和自评三部分。

4 CAD-PROTEL教学方式比较

根据各高校计算机设备数量的不同,CAD-PROTEL教学实践中有三种方式可供参考:一是“课堂教学+上机操作”;二是“多媒体教学+上机操作”;三是“集中实训”。第一种教学模式适用于计算机设备不足的高校,后两种教学模式适用于计算机设备充实、完好的高校。PROTEL DXP是一款计算机应用软件,具有实时性、互动性强的特点,每执行一步指令或单击一个键盘,都会产生程序变化,这些操作和变化单靠语言是无法表达的,学生没有直观的认识,难以理解,渐渐就会对CAD-PROTEL课程失去兴趣,教学效果较差,难以达到教学目的。[5]CAD-PROTEL课程如果采用讲、练结合,偏重于练习的教学模式,可以体现学生的主体地位,实现学生乐于接受、乐于实践的目的,进而激发出更高的学习兴趣和热情,从“被动灌输”变为“主动汲取”。因此,在条件允许的前提下,CAD-PROTEL教学方式以集中实训的教学效果最佳,多媒体教学配合上机操作为其次。[6]

5 结束语

CAD-PROTEL课程教学方法研究的主要目的是为了激发和培养学生的学习兴趣。教师应合理分配理论教学和实验教学的内容比例,以培养学生的实践能力和动手能力,更好地实现CAD-PROTEL的教学目的。通过对CAD-PROTEL教学方法的研究表明,电子CAD-PROTEL课程将学生带入了一个全新的电子设计领域,强化了学生在教学活动中主体地位,给学生提供了极大的主独立思考、主动动手的创造空间,学生创新思维和创新能力得到了良好的培养,为学生的电子技能开辟了一个广阔的天地,为使学生较早地参加科研或创新活动提供了有利条件。

摘要：Protel DXP是较早进入我国的一种电子线路设计软件。目前,我国大多数高校开设了该软件课程。该文根据学生学习该软件的情况,研究如何对该课程进行课堂教学以及探析CAD-PROTEL课程的教学方法。

关键词：Protel DXP软件,教学方法,教学改革

参考文献

[1]颜德田.基于PROTEL的电路CAD课程设计教学方法[J].电气电子教学学报,2008(6):23-24.

[2]邵建昂.Protel99教学实践探讨[J].实验室研究与探索,2008,26(2):101-105.

[3]徐超明.任务驱动法在Protel DXP课程教学中的应用[J].职业教育研究,2008(3):12-13.

[4]金秋妹.CAD教学初探[J].现代技能开发,2009(2):35-36.

[5]赵燕.电子CAD课程教学改革初探[J].南京工业职业技术学院学报,2008(1):23-24.

电子线路CAD技术 篇10

一、教学软件的确定

在电子线路CAD技术涉及到的软件中, 我们选用使用广泛、认可度高的Multisim和Altium Designer作为教学工具。二者各有特点[2,3], Multisim主要用于模拟/数字电路的精确仿真, Protel主要用于电路板PCB设计。Mulitisim是一款专业的计算机仿真软件, 数据模型丰富, 运算能力强大, 仿真结果稳定, 包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式, 主要用来进行交互式的电路教学、电路图设计以及仿真分析。其元件库包含实际元器件和虚拟元器件两种模型, 实际元器件的型号、参数值以及封装都对应于市场上已有的元器件, 可使设计仿真与实际情况有良好的对应性, 而虚拟元器件专门用于电路的设计与更为精确的仿真分析[4]。本课程选用了在国内高校普遍使用的、性能稳定的Multisim10作为教学工具。Altium Designer是一款杰出的设计制作电路板的工具软件, 是业界第一款也是唯一完整的板级设计解决方案, 将设计流程、集成化PCB设计、可编程器件 (如FPGA) 设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起, 具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能[5]。Altium Designer主要用来输入原理图及设计PCB板, 相比其他电路板设计软件, 它更适用于生产, 在国内流行最早、应用面最宽, 相关资料也很丰富。但其仿真元器件模型库较为简单, 设置参数较为困难, 因此其仿真功能被较少使用。本课程选用了成熟稳定的Altium Designer10作为教学工具。

二、课程实验设计

1. 制定课程实验的目标。

本课程“电子线路CAD”讲解的是在硬件设计领域中实用的电子线路设计和仿真软件, 授课总学时为24, 其中讲课为12学时, 实验为12学时。讲课12学时主要是进行软件操作的课堂演示以及讲解重要的知识点, 实验12学时主要是训练学生操作和使用两个软件的能力。因此实验内容包括了软件操作的基本技能以及核心运用能力, 强调实用性, 加深学生对电子线路CAD软件应用的理解, 正确掌握电子线路原理图设计与绘制、电路性能仿真、印刷电路板设计与绘制的基本知识和操作技能, 达到遇到问题及时上手、能够合理完成设计任务的目的, 为将来从事电子线路设计工作打下坚实的基础。

2. 设置实验项目。

在本课程的实验项目中设置了12学时必开实验, 包括验证型实验和设计型实验。主要目标概括为以下四点: (1) 掌握电路性能仿真方法, 提高对电路的设计、分析、调试、故障排除的能力。 (2) 掌握虚拟仪器仪表的使用方法。 (3) 掌握电子线路原理图设计的过程、方法及技巧。 (4) 掌握印刷电路板图设计的过程、方法和技巧, 训练电路设计方面的综合工程素质。具体项目设置为:Multisim10界面设置及原理图绘制 (2学时验证型) 、Multisim10虚拟仪器仪表使用 (2学时验证型) 、Multisim10分析功能及电路特性仿真 (2学时设计型) 、Altium Designer原理图设计 (2学时设计型) 、Altium Designer PCB步线练习 (4学时设计型) 。

3. 考核方式。

考核内容为学生实验完成情况和实验报告两项。关于实验完成情况, 考核学生是否参加实验、实验过程中是否认真、是否完成 (独立完成) 并得到正确结果;关于实验报告, 考核学生的实验报告是否正确、完整、无误, 实验报告的内容应包括实验目的、实验内容、实验中遇到的问题及解决办法, 并附实验结果及分析, 最后在实验报告上给出考核分数。对实验完成情况记实验成绩分, 对实验报告记实验报告分。两项成绩之和为实验课成绩, 占课程总成绩的50%。

三、上机考试设计

1. 考试方法。

配合本课程的教学目标, 期末考试采用上机操作考试, 开卷, 一人一机, 上交电子答卷word文件。老师对电子答卷进行评阅, 记录成绩。考试题目类型为综合型大题, 考查软件操作、模拟/数字电路分析与仿真、常用仪器仪表使用、元器件辨识、原理图和PCB图绘制的基本技能, 考核范围全面, 难度中等偏上, 符合教学大纲的要求。

2. 考试内容。

试卷一般包括三道大题, 覆盖了本课程两个电子线路CAD教学软件的主要内容, 包括基础部分和应用部分, 考查了学生的基本操作技能和虚拟设计及测量的工程素质。第一大题为Multisim模拟电路操作题, 主要考察软件Multisim的基本概念学习情况及模拟电路的仿真与分析能力, 包括一些基本物理单位的使用、基本虚拟测量仪器仪表的使用等, 例如:绘制单管放大电路、对电路输出变量进行测量以及电路频率特性测量等内容;第二大题是Multisim数字电路操作题, 考察软件Multisim的使用情况, 包括数字电路的元器件、常用虚拟仪器仪表及常用分析和仿真方法等, 例如:按要求绘制异步预置计数器电路图、电路元件设置、添加逻辑分析仪进行波形测量等内容;第三大题是Altium Designer上机操作题, 主要考察软件Altium Designer的学习应用情况, 包括原理图输入、元器件库使用、PCB板绘制的基本规则和方法等, 例如:计数显示电路原理图绘制、PCB图绘制、PCB板参数设置等内容。

四、结论

目前该教学模式已实行两年, 效果显著, 课堂演示、实验操作的出勤率接近100%, 实验报告上交接近100%, 多数学生成绩优良。从上机考试答题情况看, 学生对基础知识点的掌握情况较好, 按要求绘制电路原理图的操作技能达到了熟练的程度。对于“电子线路CAD”这门实践性和应用性很强的课程, 我们在教学中选用Multisim和Altium Designer两个流行软件作为教学工具, 完全符合时代科技发展要求。另外, 加强课程实验和采用上机考试都强调了工程实践能力的培养需求, 对学生动手能力的锻炼起到重要作用, 这种工程能力在后续课程中得到了充分的应用和实践, 包括:课程学习实验、课程设计 (综合测控实践) 、毕业设计、电子设计竞赛、大学生创新科技活动等环节。随着工程教育专业的建设与发展, 对于各门专业核心课程的教学改革与探索始终是非常重要的。

参考文献

[1]张文博, 包振山, 方娟.“电子线路计算机辅助设计”本科教学研究[J].计算机教育, 2012, (22) :49-52.

[2]郑富龙, 连桂仁.Multisim10和Protel DXP软件在电子产品研发中的应用[J].电子科技, 2010, 23 (11) :19-21.

[3]王艳红, 孔亮, 李杨, 等.计算机仿真软件在电路课程中的应用与比较[J].实验室研究与探索, 2012, 31 (7) :88-91.

[4]张志友.Multisim在电工电子课程教学中的典型应用[J].实验技术与管理, 2012, 29 (4) :108-111.