導(dǎo)語(yǔ)：Altium Designer在電子控制技術(shù)教學(xué)的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：鑒于高中電子控制技術(shù)教學(xué)缺少合適的硬件平臺(tái)，在此討論了用altiumdesigner制作電子線路輔助教學(xué)，并以2016年浙江省高考通用技術(shù)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(guān)鍵詞：AltiumDesigner；焊接；電路；通用技術(shù)

電子控制技術(shù)是高中通用技術(shù)學(xué)科的重要組成部分，該部分以理論知識(shí)為基礎(chǔ)，要求學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)制作電子電路，因此該部分內(nèi)容需要設(shè)置較多的實(shí)驗(yàn)，以讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐的過程中逐漸掌握電路知識(shí)，培養(yǎng)動(dòng)手能力。然而由于通用技術(shù)目前仍缺少適合高中學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)以及課堂教學(xué)的硬件平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)往往難以開展。一些學(xué)校會(huì)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(shù)量一多，導(dǎo)線連接就會(huì)非常復(fù)雜、容易出錯(cuò)，即使有學(xué)生千辛萬(wàn)苦將線路連接正確，也會(huì)因?yàn)橐_接觸不良、連焊、虛焊等問題導(dǎo)致電路無法正常工作。這些問題極容易打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，況且大多數(shù)高中學(xué)生的動(dòng)手能力是十分有限的，因此嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。AltiumDesigner(簡(jiǎn)稱AD軟件)是一款應(yīng)用十分廣泛的電路設(shè)計(jì)制作軟件[1]，它可以將電路設(shè)計(jì)原理圖轉(zhuǎn)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(wǎng)店，就可以獲得對(duì)應(yīng)的PCB電路板，這樣就解決了復(fù)雜電路布線問題導(dǎo)致的電路故障難題，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需確保各個(gè)元器件焊接正確完整即可驗(yàn)證電路。從學(xué)生學(xué)習(xí)角度出發(fā)，用AD軟件制作PCB電路板用于電子控制技術(shù)教學(xué)，不僅可以適當(dāng)降低實(shí)驗(yàn)難度，專注于提高學(xué)生電路設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手操作能力，還能拓展學(xué)生的知識(shí)面；從教師教學(xué)角度出發(fā)，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，提高課堂教學(xué)的效率。

一、AD軟件介紹

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，電子線路的設(shè)計(jì)變得異常復(fù)雜，用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)電子線路是必然趨勢(shì)，許多大學(xué)甚至還開設(shè)了電子線路設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用的課程[2]。AD軟件作為一款主流電子線路設(shè)計(jì)軟件，擁有非常強(qiáng)大的電子電路設(shè)計(jì)功能。它在Protel的基礎(chǔ)上優(yōu)化了界面交互設(shè)計(jì)，拓展了多項(xiàng)功能。AD軟件功能較多，包括原理圖庫(kù)設(shè)計(jì)功能、印刷電路板設(shè)計(jì)功能、嵌入式開發(fā)功能、3DPCB設(shè)計(jì)功能、封裝庫(kù)設(shè)計(jì)功能。

二、用AD軟件制作

PCB電路的過程用AD軟件設(shè)計(jì)PCB電路板的思路是十分清晰的[3]：首先，需要?jiǎng)?chuàng)建原理圖庫(kù)和封裝庫(kù)；其次，將原理圖庫(kù)和封裝庫(kù)整合在一起生成集成庫(kù)文件；最后，用這個(gè)集成庫(kù)設(shè)計(jì)電路原理圖和PCB圖，設(shè)計(jì)制作完成的PCB圖就可以拿去讓電路板印制工廠或網(wǎng)店加工。本文以2016年浙江省高考通用技術(shù)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(shè)計(jì)制作原理圖庫(kù)在用AD軟件繪制原理圖時(shí)，部分元器件無法在庫(kù)文件中找到，這時(shí)就需要自己繪制元器件符號(hào)，原理圖庫(kù)就是用來繪制各種元器件符號(hào)的。單擊菜單欄中的文件→新建→Library→原理圖庫(kù)，進(jìn)入原理圖庫(kù)設(shè)計(jì)界面(見圖2)。可以點(diǎn)擊工具欄上的繪制具體元器件符號(hào)，圖中界面繪制的是555芯片的元器件符號(hào)。從原理圖來看，需要繪制的元器件數(shù)目比較多，依次繪制比較耗時(shí)，因此可以從網(wǎng)上下載一些原理圖庫(kù)導(dǎo)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(shè)計(jì)制作封裝庫(kù)封裝庫(kù)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(shí)，不僅要參考實(shí)物元件的大小和引腳信息，而且也要在標(biāo)注焊盤標(biāo)號(hào)時(shí)，與原理圖庫(kù)中的元器件符號(hào)相對(duì)應(yīng)，否則電路就無法正常工作。封裝庫(kù)設(shè)計(jì)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(kù)進(jìn)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(dāng)元器件封裝較多時(shí)，可以通過下載導(dǎo)入封裝庫(kù)的方式，進(jìn)行修改使用。3.用原理圖庫(kù)和封裝庫(kù)合成集成庫(kù)集成庫(kù)的作用就是將各種元器件的圖形符號(hào)與外形封裝一一對(duì)應(yīng)起來，這樣，集成庫(kù)的元器件符號(hào)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(hào)和封裝一一對(duì)應(yīng)。完成集成庫(kù)之后，就可以在對(duì)應(yīng)文件夾中找到制作完成的集成庫(kù)。集成庫(kù)可以被單獨(dú)拿出來使用，建議將制作完成的集成庫(kù)保存起來，以后繪制PCB電路時(shí)就可以節(jié)省重新制作原理圖庫(kù)和封裝庫(kù)的時(shí)間。4.用集成庫(kù)繪制電路原理圖并生成PCB圖合成集成庫(kù)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(xiàng)下創(chuàng)建PCBProject、原理圖和PCB圖，在原理圖設(shè)計(jì)界面添加集成庫(kù)中的元器件，并用導(dǎo)線將其連接起來。圖6是設(shè)計(jì)完成的電路原理圖。在設(shè)計(jì)菜單下點(diǎn)擊更新PCB文件，就可以生成原理圖對(duì)應(yīng)的PCB文件，再對(duì)各元器件進(jìn)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(dǎo)出Gerber文件交予電路板印制工廠制作經(jīng)過細(xì)致的檢查確認(rèn)電路設(shè)計(jì)沒有問題之后，便可以導(dǎo)出電路圖的Gerber文件，這個(gè)Gerber文件就是PCB電路板印制工廠所需的制板文件，當(dāng)然對(duì)于中學(xué)教師來說，也可以不導(dǎo)出Gerber文件，而直接將整個(gè)PCB文件交予電路板印制工廠。

三、實(shí)物焊接調(diào)試

PCB電路板制作完成之后，還需要通過焊接組裝測(cè)試，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)都會(huì)導(dǎo)致最終電路無法工作，因此在制作電路板的時(shí)候必須非常仔細(xì)。圖8是焊接組裝完成的電路板，經(jīng)過調(diào)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(shí)候，需要提前準(zhǔn)備好原理圖庫(kù)和封裝庫(kù)，雖然這一過程比較費(fèi)時(shí)，但可以將制作好的集成庫(kù)保存起來，下一次再制作電路時(shí)就不用重復(fù)繪制了，而且高中階段電路教學(xué)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(shí)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(jié)語(yǔ)需要注意的是，不能用AD繪制的電路板教學(xué)完全替代以往的電路連接實(shí)驗(yàn)。因?yàn)殡娮泳€路連接是每名學(xué)生必須掌握的實(shí)驗(yàn)技能，只有動(dòng)手連接過之后，才能掌握實(shí)物元器件和圖形符號(hào)之間的聯(lián)系。可以選擇在確保學(xué)生已經(jīng)掌握線路連接技能的前提下，用印制電路板開展教學(xué)，這樣可以適當(dāng)降低實(shí)驗(yàn)難度，讓學(xué)生更多地關(guān)注電路設(shè)計(jì)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(xué)載體無法達(dá)到的教學(xué)效果。相比于部分教師在網(wǎng)上購(gòu)買固定電路套件，用AD軟件繪制電路板可以充分發(fā)揮學(xué)生的設(shè)計(jì)思維，讓學(xué)生真正體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制作的樂趣，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。從實(shí)際課堂反饋來看，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)欲望，學(xué)習(xí)效果也比使用以往的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)要好。

參考文獻(xiàn)

[1]劉佳琪,高敬鵬.AltiumDesigner15原理圖與PCB設(shè)計(jì)教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2017.

[2]田薇.Multisim和AltiumDesigner在電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].學(xué)科探索,2018(13):59-60.

[3]鄭祥明,楊夢(mèng)雅.AltiumDesigner和小工業(yè)制版在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].安慶師范大學(xué)學(xué)報(bào),2018(1):114-118.

作者：方銀飛