Altium Designer電路設計探究

漯河職業技術學院 崔羊威 李宏偉

Altium Designer電路設計的教學方式普遍采用老師演示，學生練習。這種教學方式學生學到的更多是軟件的使用，無法和其他課程進行融合，無法應用到實際的項目中。為了解決這種教學方式存在的弊端，提出一種Altium Designer電路設計探究方案，該方案除了教會學生使用Altium Designer軟件繪制電路原理圖、PCB，結合本專業的其他課程進行互補學習，做到融會貫通，并采用金字塔項目教學和信息化考評系統，充分調動學生的學習興趣、激發學生解決實際問題的能力。

Altium Designer是一款應用廣泛的電子線路設計軟件。無論是課程設計、電子設計競賽還是實際的項目設計，Altium Designer都是學生不可或缺的工具，傳統的教學方式存在很多弊端，只注重軟件本身學習，忽視學科間的互補學習，缺乏實際項目支撐，過于理論化。除了強化學生對軟件的熟練程度，更重要的是要引導學生對學科知識進行融合，并在實際項目中提高學生的實踐能力和創新能力，并采用信息化考評系統對學生課堂表現進行量化考評。

1 理論知識學習

整個理論知識的學習要求學生掌握Altium Designer的基本功能和應用，包括項目工程創建、原理圖設計、PCB圖設計、元件符號設計、元件封裝設計、集成庫設計以及EMC、EMI電磁兼容性設計等內容。整個理論知識的學習要有一個整體的框架，不能過于注重細節而忽略整體、內容過于分散、缺乏邏輯性。有了整體思路，再來設計原理圖、PCB圖文件。

老師講授的內容要從簡單入手，逐漸完成復雜電路的設計，老師在教師機上為學生講完，剩余的大部分時間還是要讓學生自己練習，在練習的過程中可以及時的發現學生在操作過程中的問題，能夠有針對性的進行解決，這種教學方法為后面完成項目幫助很大。

1.1 原理圖的設計

1.1.1 原理圖設計

原理圖的設計最重要的是要教會學生電路設計的原理，各模塊的功能，其次才是怎么繪制原理圖，在設計過程中按照事先定好的規范進行操作。原理圖繪制的大致流程是首先創建工程文件和原理圖文件，進行圖紙參數的設置，對元件庫進行加載，然后放置和調整元件，原理圖連線和注釋，編譯檢查原理圖中是否存在錯誤，最后是檢查修改和打印輸出。同時要對學生容易犯的錯誤進行點撥，并對每節課將所講的內容進行總結，包括設計過程、易錯點、注意事項，將這些問題總結成word文檔的形式，發送給學生，讓學生獨立設計的時候不至于走彎路。

有些工程項目比較大，需要用到層次原理圖，我們需要了解層次原理圖設計的相關概念、自上而下繪制層次原理圖的基本方法、自下而上繪制層次原理圖的基本方法、層次原理圖之間的切換以及層次原理圖的打印輸出與報表生成。設計一個較大的原理圖或項目時，不可能一次性完成，也不可能將它繪制在一張圖紙上，更不可能由一個人單獨完成時，需要將整個原理圖劃分成多個功能模塊，由多組人員分層次并行設計，最后進行整個項目的規范化操作。

1.1.2 自建原理圖元件庫

在我們繪制原理圖的過程中，有多種創建原理圖元件庫的方法，從Altium Designer自帶的原理圖元器件庫中復制常用的元件到自己的元器件庫可以提高創建元件效率，但有的元件符號在原有的庫中找不到，這就需要我們自己繪制相應的元件符號，繪制原理圖符號的方式有多種。

首先創建原理圖庫文件，新建元件之后即可繪制原理圖元件。如果自己想要制作的元件和Altium Designer自帶的某元件大同小異，則可以先從Altium Designer自帶元件庫中拷貝過一個已有元件，再稍作修改，便可創建一個新的元件，從中找到想要修改的文件，利用圖形編輯工具修改元件，修改完畢保存即可。如果有現成的原理圖文件，也可以把其中你想要的元器件符號添加到自己的庫文件中，這便省去了自己重新繪制的麻煩，打開該原理圖庫文件，把想要的原理圖符號拷貝到自己的原理圖庫文件中去，這種方法要求學生掌握如何將原理圖制作成一個元件庫，在學生以后的工作中，可以將自己用過的元件保存在一個庫里，為自己以后參加工作積累資源，以此來節省時間，提高工作效率。

1.1.3 快捷鍵的使用

原理圖設計過程中，經常使用一些快捷鍵能夠加快設計的速度，比如按著鼠標右鍵拖到圖紙，可以對整個原理圖進行移動，按著Ctrl鍵滾動鼠標的滾輪可以對原理圖進行放大或縮小，同時按著Ctrl鍵和鼠標右鍵，并移動鼠標可快速放大和縮小繪圖畫布；按tab鍵可修改元件參數，按空格鍵可對元件進行旋轉，按X可對元件進行左右對稱，按Y可對元件上下對稱；PCB中按*號鍵可以放置過孔，并可切換圖層，按G可以對柵格大小進行切換。按數字3可將PCB切換到3D模式，在3D模式按數字0可以切換到初始狀態，按數字9可以將PCB板逆時針旋轉90°，按V、B可以查看PCB板的背面電路，按數字2可以切換到2D模式。將常用技巧直接教給學生，可以提高設計效率，達到事半功倍的效果。

1.2 PCB圖的設計

PCB圖的設計包括導入原理圖、設置PCB繪制環境、設置布線規則、PCB布局、手動布線、DRC檢查、文件規范化并輸出等步驟。

PCB圖的設計，最重要的是進行添加元件封裝，將元件導入到PCB中，規劃PCB板的大小，確定螺釘孔的位置，之后要對布線規則進行設置，PCB圖的設計要求學生掌握手動布線的基本操作、拆除布線工具的基本方法、覆銅工具和填充工具的使用方法、PCB板層堆棧管理器的使用、補淚滴工具的使用、注釋工具的使用，注釋主要是為了顯示PCB板的設計時間、版本號、設計公司及logo。

設計PCB圖時，要考慮影響板子的性能的因素，比如印制導線應盡可能的短，能走直線的就不要繞彎，避免急拐彎和尖角出現，電源線、地線布置在印制電路板的最邊緣，濾波電容要盡可能的挨著被濾波的元件引腳，并考慮整個板子的EMC、EMI設計。整個項目設計完成后還要進行電氣接線圖的設計，電氣接線圖是為了方便了解整個項目的接線情況，方便軟件工程師進行軟件設計。

2 課程互補學習

現代教育培養的是具有學科融合能力的人才，需要將課程交叉學習，能夠把各個學科融合起來，Altium Designer是一個工具，通過這個工具的學習可以加深對模電、數電、單片機、高頻電子線路等課程的理解，反過來又可以輔助設計需要的電路，實現多學科的互補學習，同時也是競賽的必備軟件。

3 金字塔項目教學

通過理論知識的學習，學生掌握了如何繪制原理圖、PCB圖以及如何設計庫文件，接下來就是要在項目中去實踐，將理論知識運用到項目中去，通過做項目積累一定的經驗，找到學習的方法以及解決問題的方法，懂得借用現有的資源去解決遇到的異常情況，采用金字塔式項目教學方式，實現由易到難，由繪制到設計的過程，金字塔項目如圖1所示，設計的項目分別是線性穩壓電源、單片機最小系統、無源無線開關和四旋翼無人機飛控。

圖1 金字塔式項目

4 信息化考評系統

為了便于量化學生的學習成果，激發學生的學習興趣，采用現代化信息手段，設計了一套實時考評系統，考評系統界面如圖2所示，該系統可以直觀的顯示每個學生的實時得分情況，可以直觀看出學生的薄弱環節，最后還可顯示班級學生的成績分布以及綜合得分，如圖3所示，整個考評系統對于課堂教學有很大幫助，極大縮短了考評時間，優化了考評制度，對學生的學習積極性也有很大幫助。

圖2 信息化考評系統

圖3 綜合得分

小節結束后，可根據系統提示組織比賽，以小組為單位，小組隨機抽取題目，在規定的時間里，按照小組完成的好壞給出分數，這樣就增加了學生的團隊意識，也激發了學生的學習興趣，題目中不僅要求會繪制原理圖、PCB圖，還要懂得各個模塊的工作原理，對學生的綜合能力要求很高，方便學生對所學知識形成體系，達到互補學習的效果。

結語：現代社會需要實用型人才，通過此改革探究方案，推崇互補學習、項目教學、校企合作以及信息化考評，培養學生向綜合應用型人才方向發展，不但讓學生更好、更快的掌握和應用Altium Designer，也可加深對其他學科的理解，提高學生的實踐性能力，并且采用信息化教學使教學多樣化，對提高教學質量效果顯著。