电子实习课程教学改革与创新

陈国明

摘 要 电工与电子技术构架非电类专业学生的电学知识和能力结构具有重要作用，结合大学生参加各种竞赛的需求，针对全校学生，对上海工程技术大学电工实习内容中电子部分进行改革，加入电路原理图绘制及印制电路板设计制作教学，紧密结合工程和实践主题，培养大学生应用技能和创新能力。

关键词 电子实习；PCB设计；电路原理图；Altium Designer 10

中图分类号：G642.0文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）23-0104-03

1 前言

目前，我国高校电工实习电子部分大多是焊接现成电路板，然后拼接成一个电子作品，其中会对电路原理图有基本了解和对电路图进行安装、调试，如收音机、万用表、稳压源等电子电路。这些都是现成的PCB板或用网孔板来制作，但近来大学生参加各种竞赛，如全国大学生电子设计竞赛、全国大学生恩智浦智能汽车赛、全国大学生工程训练赛等，都需要学生自己设计电路，具体电路图设计电路由专业课教师或带竞赛教师指导，但设计好电路原理图，如果不会用软件来画PCB图，PCB板就无法出来。因此，在电子实习中有必要加入画电路原理图和PCB图内容。有了PCB印刷电路图，有些高校如果配有制作PCB板设备，学生还能进一步学习制作PCB板技术；如果没有上述设备，只要画好PCB印刷电路图就可以外加板。

科学技术发展非常快，如果高等教育不及时调整课程和内容，就无法培养出具有工程能力的应用型工程师。但Protel 99传统的设计软件已无法满足集成度和复杂度越来越高的技术，大学生迫切希望有一种新PCB设计软件能满足设计要求，并且功能要足够强大和具有很高效率。虽然自动布线并不一定完全符合设计者要求，但是基本符合，一般稍做修改就可。完全用手工来画PCB图，会有很大的工作量并浪费大学生大量时间，而Altium Designer 10原理圖与PCB设计课内容基本能满足大学生参加各种竞赛的要求。

2 电子实习模式改革

优化教学内容 上海工程技术大学电工实习课程一般是两周时间，一周强电实习，一周弱电实习也就是电子实习部分。电子实习主要内容安排由焊接练习、常用电子元件介绍、稳压电路原理介绍、画布线图、布置元器件、用导线连接元件，最后是测量电路图数据和用示波器测波形图等内容，稳压电路图由简单到复杂，电路稳定性也会越来越好，这都可以从测量数据和波形图反映出来。但总发现学生电路焊了太多，前后共要焊三个电路图而学不到别的知识。在不增加课时前提下，可以减少一个电路图，用这部分时间直接上Altium Designer 10原理图与PCB设计使用。

第一部分，介绍Altium Designer 10原理图与PCB设计软件基本使用。上课主要介绍Altium Designer 10原理图与编辑、Altium Designer 10设计流程、PCB设计规则设置、元器件封装的制作与管理、PCB设计的布局与布线操作等主要课本章节内容。

第二部分，可以使用Altium Designer 10软件画电子实习原理图、PCB Altium Designer 10原理图与PCB图。在学生学会Altium Designer 10基本操作后，可以用软件画各类竞赛电路原理图，这样充实了实习内容，更感兴趣的学生课后可以画自己需要的电路图或参加各类竞赛自己设计电路图，增强实习内涵和效果。

第三部分，新实习内容与旧内容比较具有优势。由于新内容的添加，学生用软件自己画出PCB电路图，虽然没有条件让所有学生自己加工线路板，但是教师可以选出比较好的和有代表性的电路图外加工，然后让学生焊接和调试，学生会有自豪感，因为是自己用软计画出的电路图，同时会显现新工艺的优越性。一般来讲，用加工出来PCB板制作电路可靠性会提高，测试数据和波形会更理想，板子故障率也会大大减少，同时减少教师检查学生在焊接节点和连线上故障所花费的时间和精力。

在讲解课程时要有侧重点，Altium Designer 10的使用和画基本电路图学生会很快掌握，但创建原理图库和PCB库就要慢一点儿，最好是学生跟着教师操作，一步一步跟着操作，不要把所有步骤都操作完，否则学生来不及掌握。另外，在讲PCB设置规则时比较枯燥，可以结合PCB违反规则实例讲解。在讲网络表生成时要让学生知道生成网表后，即可将网表里的信息导入印刷电路板，是为电路板的组件布局和布线做准备。PCB的设计是一个非常繁杂的过程，从最初的网络表到最后设计出的精美的电路板，如同写作一般需要作者非常细心地反复修改，因为PCB设计的好坏直接影响到最终产品的工作性能。

利用Altium Designer 10来设计印制电路板，其一般的流程如图1所示。如果PCB图比较简单，也可以不采用这样的流程，而直接设计PCB图，但是在实际设计中一般不采用这样的方法，因为这样不利于设计的查错以及后期的文件管理和归档。下面根据图1所示流程，具体讲解PCB的设计步骤。

教学方法创新 一般的教学方法是教师讲课、学生听讲，讲完课后布置课堂作业来检验课堂效果。好的教学方法是边讲边让学生做，同时随时顾及学生掌握情况，让所有学生都能掌握课堂知识。电子实习课程强调书本理论知识和实践统一，最终学生制作作品要与自己需求和企业需要挂钩。

在该课程教学中，介绍完简单的软件使用之后，就可以要求学生在学习后完成一个简单印制板电路仿真项目，可以是电子实习电路，也可以是经典电路，但是电路最好不要太复杂，毕竟实习时间有限，教师在课堂上只能教会学生入门，有兴趣的学生可以课后花时间钻研，完成相对复杂的项目。如在PCB的设计与制作中有些技巧掌握，这里简单提七点：1）熟悉工厂PCB制造流程；2）电路图简化来完成设计任务；3）使用自动布线，但也考虑手工布线的优点；4）考虑电路板尺寸大小和电流；5）避开裂片风险；6）关注DRC对电路检查；7）加深对加工工厂伙伴的认识。另外，多与学生交流制作PCB设计经验，电路板的布线操作是整个PCB设计中最重要的一步。完成布局后的PCB网络连接仍然是通过飞线来完成的，布线的目的就是要将网络关系用实际的走线表现出来，而且要求走线合理美观。endprint

如印制导线走向与形状，印制电路板布线，“走通”是最起码要求，“走好”是更高一层的要求。图2所示为印制导线走向与形状的部分实例。在印制导线设计时应该注意：1）以短为佳，能走捷径就不要绕远，但导线通过两个焊盘之间而不与它们连通时，应该与它们保持最大而相等的间距；2）走线平滑自然为佳，避免急拐弯和尖角（这是因为很小的内角在制板时难以腐蚀，而在过尖的外角处，铜箔容易剥离或翘起；导线与焊盘的连接处的过渡也要圆滑，避免出现小尖角）；3）应尽量避免印制导线出现分支；4）为增加焊盘抗剥强度，根据安装需要可设置工艺线，它不担负导电作用；5）公共地线应尽可能多地保留铜箔。

不同层PCB，布线要求也不同：对于单层PCB板，地线至少保持1.5 mm宽，跳线和地线宽度设置应保持最低；对于双层PCB板，优先使用地栅/点阵布线，宽度保持在1.5 mm

以上，或者把地线放在一边，信号电源放在另一边。

再如，同步设计是Altium Designer系列软件电路绘图基本的绘图方法，这是一个非常重要的概念。对同步设计概念最简单的理解就是原理图文件和PCB文件在任何情况下保持同步。也就是说，不管是先绘制原理图再绘制PCB，还是原理图和PCB同时绘制，最终要保证原理图上元件的电气连接意义必须和PCB上的电气连接意义完全相同，这就是同步。同步并不是单纯地同时进行，而是原理图和PCB两者之间电气连接意义完全相同。实现这个目标的最终方法是用同步器来实现。这个概念称之为同步设计。要完成原理图与PCB图的同步更新，同步比较规则的设置是至关重要的。

学习成果的多样化评价 电子实习课程是一门注重动手实践的课程，教学方法不能与理论知识教学方式相同，在教学效果的評价方面也不应该单一，因此提出学习成果评价多样化的评价方式。在成果评价中，除了根据每个学生基本掌握情况打分，如果学生掌握课堂以外能力，如可以根据自己需求设计电路，特别是在各种大学生竞赛中设计各种功能电路图，应给予这部分学生高分。通过课堂学习和课后自学、课堂讨论等多样化学习方法，不断提高学生的工程设计能力和应用能力。

3 电子实习改革创新宗旨

总之，电子实习必须要突出实践动手，同时在实习项目上要由浅入深，体现易难递进性。在实习项目选择上，动手操作要与理论教学同步，另外要有一定梯度，电子实习项目顺序可以从单个简单电路到综合复杂电路，设计项目要体现趣味性和满足大学生参加各种竞赛需求，提高大学生的动手和工程应用技能。通过这门课使学生知道传统手工布线与现代科技进步后用Altium Designer 10软件进行设计，通过电子实习课程，让学生经历电子元件识别、电路原理图设计、PCB设计及焊接调试全过程，希望随着PCB设计与制作科技的发展，能让大学生在学校就掌握基本技能技巧，为企业培养更多人才。

参考文献

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