软件在技校应用电子技术专业毕业设计中的研究与实践

　　中山市技师学院应用电子技术专业，自2013年以来，在五年制高级技工班和预备技师班的最后一个学期设置畢业设计课程，时间跨度为10周左右。根据数据统计，毕业设计总课题中涉及电路仿真和PCB板设计的课题占了课题总数的很大比例，其中2013年为68.5%，2014为76.3%，2015为73.6%，2016为80.6%。通常情况下完成该类毕业设计，受检测手段和设备条件的限制，直接进行电路搭建和系统调试效率低、耗时长。而且，一旦电路出现严重问题，往往需要重新进行设计和电路搭建，造成成本增加。为了解决上述问题，笔者提出，在应用电子技术专业的毕业设计中引入Protel软件，可以使学生摆脱实际电路进行软硬件调试，从而减小系统设计与开发的难度，提高效率，降低成本，提升学生完成毕业设计的兴趣和信心。
　　一、Protel软件简介
　　Protel是Altium公司在20世纪80年代末推出的EDA软件，是电子设计者的首选辅助设计软件，许多电子公司在招聘时，通常要求面试者熟练掌握Protel。2005年年底，Protel软件的最新版本Altium Designer 6.0诞生，它是将设计流程、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的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。
　　二、引入Protel软件到应电专业毕业设计的优势
　　1.绘制原理图
　　Protel收集了超过6万种电子元器件，有利于学生熟悉元件的型号及其性能，了解元件的引脚编号和封装形式，方便绘制原理图。利用绘图中的总线、网络标号、注释等工具能让设计出来的原理图清晰规范，增加可读性。
　　2.电路仿真
　　软件提供多种仿真模块，包括交流小信号分析、瞬态特性分析、噪声分析、直流分析等，方便使用者更直观更迅速地验证设计的可行性。
　　3.PCB板设计
　　软件自动布线功能极大地方便了布线规则的设计。软件的自动布线系统利用了人工智能技术，即使对于很复杂的电路板，其布线结果也能达到专家级的水平，大大有助于缺乏实践经验的学生进行电路设计。
　　4.生成PCB加工文件
　　软件完全支持制版输出和电路板数控加工代码文件生成，可用来控制雕刻机自动完成雕刻、钻孔、切边等工作，自动、快速、精确地制作单、双面印刷线路板。
　　三、Protel软件辅助电子技术专业毕业设计的流程和具体实例
　　在毕业设计中引入 Protel软件，一般可按图1所示流程进行。
　　1.确定设计方案
　　学生根据课题设计的要求，结合应用电子技术专业知识，提出实现设计的几个参考方案，通过在电路成本、可靠性、电路性能等方面对各方案进行比较论证，确定最佳的电路设计方案。
　　2.使用软件绘制原理图
　　根据设计方案，进入Protel原理图编辑器，设置元器件参数，查找或制作元件，合理摆放和布局。然后进行电路连线、放置网络标号，生成材料清单、网络表。最后，对电路进行编译ERC校验，确保电路正确。
　　3.仿真电路性能
　　在Protel的仿真环境中选择相应分析方法，设置数据节点，进行电路仿真，生成sdf文件，分析仿真结果。如果仿真不符合电路设计要求，重新修改电路参数。重复上述步骤，直到达到设计要求。
　　4.设计电路印制
　　进入PCB编辑环境，定义PCB尺寸，从原理图导入网络表信息；合理布局元件封装；然后按实际需要设置布线规则，最后自动布线，手动调整，覆铜。
　　5.生成加工文件
　　打开PCBDOC文件，执行＂文件/输出制造文件/Gerber Files＂命令，设置Gerber文件的精度和输入板层等参数，生成各层的Gerber文件，执行＂文件/输出制造文件/NC Drill Files＂命令，输出钻孔加工文件。最后规范操作雕刻机，加工完成设计好的电路板。
　　6.电路装配焊接
　　按照电子装配工艺规范插接元器件到电路板，用电烙铁等工具对元器件进行焊接，注意焊接工艺，杜绝出现虚焊、假焊和漏焊现象，尽量做到焊点表面完整、连续和圆滑。完成装配。
　　7.电路调试
　　对装配好的电路板进行系统调试，验证电路各功能模块。假如出现故障，利用万用表、示波器等工具检测相关参数，找出并排除故障点，直到电路正常。
　　四、Protel软件在应用电子技术专业毕业设计的实践效果
　　1.节约毕业设计的成本
　　学生设计电路前，先运用软件进行原理图绘制，电路仿真成功后，再进行实际硬件的设计、元件选购、焊接、调试等。减少了由于前期设计错误而造成的元器件或仪器仪表的损坏；减少了购买元器件的费用支出和时间精力的浪费。
　　2.增强学生完成毕业设计的决心和信心
　　在实际电路搭建过程中，大部分学生由于实践经验不足，往往在系统调试时遇到问题，就会对自己的设计产生怀疑，对完成毕业设计缺乏信心。引入Protel软件，可以暂时抛开实际电路，在软件上绘制电路、模拟制版、仿真分析，最终呈现设计效果，方便快捷，从而大大增强了学生的专业信心和完成毕业设计的决心。
　　3.提供师生沟通交流的便捷平台
　　利用Protel软件原理图的规范性和仿真的可视化，毕业设计指导老师可以在系统功能层面和学生探讨整体设计问题，而不受具体电路的制约，使得指导教师和学生的沟通变得清晰流畅。
　　4.锻炼学生综合能力
　　在毕业设计过程中，当学生遇到陌生元器件时，可能对其引脚参数和功能不熟悉，需要查找资料手册，从而提高了学生的自学能力；在电路布线过程中，学生对布线规则和要求缺乏经验时，需要请教指导老师或者行业专家，提升了学生的沟通能力；在电路设计、电路仿真过程中，可能会出现参数误差，需要反复修正和调整，培养了学生坚持不懈和精益求精的工匠精神。更重要的是，学生熟练掌握Protel软件，对工业制版工艺要求、具体流程的熟悉程度越高，就更有利于毕业后应聘电子绘图员、制板工等相关职位。
　　五、小结
　　现代电子信息技术日新月异，电子产品的复杂度、集成度都有了飞速提高，在电子产品设计过程中，电路设计软件的使用也越来越广泛。在应用电子技术专业毕业设计中，借助软件强大的功能，使毕业设计更便捷、更直观、更可靠，将是职业教育和软件技术结合发展的趋势。