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摘要：鑒于高中電子控制技術教學缺少合適的硬件平臺，在此討論了用altiumdesigner制作電子線路輔助教學，并以2016年浙江省高考通用技術選考試題為例，介紹了AltiumDesigner的使用和操作，為廣大一線教師提供一定的參考。

關鍵詞：AltiumDesigner；焊接；電路；通用技術

電子控制技術是高中通用技術學科的重要組成部分，該部分以理論知識為基礎，要求學生能夠應用所學知識設計制作電子電路，因此該部分內容需要設置較多的實驗，以讓學生在動手實踐的過程中逐漸掌握電路知識，培養(yǎng)動手能力。然而由于通用技術目前仍缺少適合高中學生動手實驗以及課堂教學的硬件平臺，實驗往往難以開展。一些學校會用面包板、洞洞板等作為載體，但面包板、洞洞板只適合涉及少量元器件的電路，元器件數量一多，導線連接就會非常復雜、容易出錯，即使有學生千辛萬苦將線路連接正確，也會因為引腳接觸不良、連焊、虛焊等問題導致電路無法正常工作。這些問題極容易打擊學生學習的積極性，況且大多數高中學生的動手能力是十分有限的，因此嚴重影響了教學效果。AltiumDesigner(簡稱AD軟件)是一款應用十分廣泛的電路設計制作軟件[1]，它可以將電路設計原理圖轉化成PCB圖，再將制作完成的PCB圖交予電路板印制工廠或者網店，就可以獲得對應的PCB電路板，這樣就解決了復雜電路布線問題導致的電路故障難題，實驗時只需確保各個元器件焊接正確完整即可驗證電路。從學生學習角度出發(fā)，用AD軟件制作PCB電路板用于電子控制技術教學，不僅可以適當降低實驗難度，專注于提高學生電路設計能力、動手操作能力，還能拓展學生的知識面；從教師教學角度出發(fā)，豐富實驗教學的內容，提高課堂教學的效率。

一、AD軟件介紹

隨著現代電子技術的發(fā)展，電子線路的設計變得異常復雜，用計算機輔助設計電子線路是必然趨勢，許多大學甚至還開設了電子線路設計軟件應用的課程[2]。AD軟件作為一款主流電子線路設計軟件，擁有非常強大的電子電路設計功能。它在Protel的基礎上優(yōu)化了界面交互設計，拓展了多項功能。AD軟件功能較多，包括原理圖庫設計功能、印刷電路板設計功能、嵌入式開發(fā)功能、3DPCB設計功能、封裝庫設計功能。

二、用AD軟件制作

PCB電路的過程用AD軟件設計PCB電路板的思路是十分清晰的[3]：首先，需要創(chuàng)建原理圖庫和封裝庫；其次，將原理圖庫和封裝庫整合在一起生成集成庫文件；最后，用這個集成庫設計電路原理圖和PCB圖，設計制作完成的PCB圖就可以拿去讓電路板印制工廠或網店加工。本文以2016年浙江省高考通用技術選考第17題的電路圖為例，介紹AD軟件繪制PCB電路板的過程，圖1是電路原理圖。1.設計制作原理圖庫在用AD軟件繪制原理圖時，部分元器件無法在庫文件中找到，這時就需要自己繪制元器件符號，原理圖庫就是用來繪制各種元器件符號的。單擊菜單欄中的文件→新建→Library→原理圖庫，進入原理圖庫設計界面(見圖2)?？梢渣c擊工具欄上的繪制具體元器件符號，圖中界面繪制的是555芯片的元器件符號。從原理圖來看，需要繪制的元器件數目比較多，依次繪制比較耗時，因此可以從網上下載一些原理圖庫導入AD軟件中，這樣只要稍作修改就可使用，大大提高了效率。2.設計制作封裝庫封裝庫是用來繪制各種元器件引腳、輪廓外形的。在繪制元件封裝時，不僅要參考實物元件的大小和引腳信息，而且也要在標注焊盤標號時，與原理圖庫中的元器件符號相對應，否則電路就無法正常工作。封裝庫設計界面(見圖3)可以通過單擊菜單欄中的文件→新建→Library→PCB元件庫進入。另外，還可以在此給元件封裝添加3D模型，可以將查看界面切換到三維立體模式下觀看(見圖4)。同樣當元器件封裝較多時，可以通過下載導入封裝庫的方式，進行修改使用。3.用原理圖庫和封裝庫合成集成庫集成庫的作用就是將各種元器件的圖形符號與外形封裝一一對應起來，這樣，集成庫的元器件符號才能被用來繪制電路原理圖。單擊菜單欄中的工具→模式管理器，在模式管理器界面(見圖5)可以將元件符號和封裝一一對應。完成集成庫之后，就可以在對應文件夾中找到制作完成的集成庫。集成庫可以被單獨拿出來使用，建議將制作完成的集成庫保存起來，以后繪制PCB電路時就可以節(jié)省重新制作原理圖庫和封裝庫的時間。4.用集成庫繪制電路原理圖并生成PCB圖合成集成庫之后，就可以繪制電路原理圖和PCB圖了，依次在菜單新建選項下創(chuàng)建PCBProject、原理圖和PCB圖，在原理圖設計界面添加集成庫中的元器件，并用導線將其連接起來。圖6是設計完成的電路原理圖。在設計菜單下點擊更新PCB文件，就可以生成原理圖對應的PCB文件，再對各元器件進行排版、布線，最終可得到圖7所示的PCB文件。如果想查看整體效果，也可以將其切換成三維模型視角，在立體視角下查看電路板焊接完成之后的效果圖。5.導出Gerber文件交予電路板印制工廠制作經過細致的檢查確認電路設計沒有問題之后，便可以導出電路圖的Gerber文件，這個Gerber文件就是PCB電路板印制工廠所需的制板文件，當然對于中學教師來說，也可以不導出Gerber文件，而直接將整個PCB文件交予電路板印制工廠。

三、實物焊接調試

PCB電路板制作完成之后，還需要通過焊接組裝測試，任何一個環(huán)節(jié)出錯都會導致最終電路無法工作，因此在制作電路板的時候必須非常仔細。圖8是焊接組裝完成的電路板，經過調試就可以正常工作了(見圖9)。首次用AD軟件制作電路板的時候，需要提前準備好原理圖庫和封裝庫，雖然這一過程比較費時，但可以將制作好的集成庫保存起來，下一次再制作電路時就不用重復繪制了，而且高中階段電路教學所接觸到的元器件種類比較有限，往后若需要新的元器件，只需臨時添加即可。因此使用AD軟件制作電路板還是比較方便的。四、結語需要注意的是，不能用AD繪制的電路板教學完全替代以往的電路連接實驗。因為電子線路連接是每名學生必須掌握的實驗技能，只有動手連接過之后，才能掌握實物元器件和圖形符號之間的聯系。可以選擇在確保學生已經掌握線路連接技能的前提下，用印制電路板開展教學，這樣可以適當降低實驗難度，讓學生更多地關注電路設計本身，而不是始終陷于線路的連接故障排查上，這是面包板和洞洞板等教學載體無法達到的教學效果。相比于部分教師在網上購買固定電路套件，用AD軟件繪制電路板可以充分發(fā)揮學生的設計思維，讓學生真正體驗實驗設計制作的樂趣，豐富學生的學習體驗。從實際課堂反饋來看，極大地提高了學生的學習積極性和學習欲望，學習效果也比使用以往的實驗平臺要好。

參考文獻

[1]劉佳琪,高敬鵬.AltiumDesigner15原理圖與PCB設計教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2017.

[2]田薇.Multisim和AltiumDesigner在電子設計實驗中的應用[J].學科探索,2018(13):59-60.

[3]鄭祥明,楊夢雅.AltiumDesigner和小工業(yè)制版在實踐教學中的應用[J].安慶師范大學學報,2018(1):114-118.

作者：方銀飛