一、什么是電子CAD技術(shù)

CAD是Computer Aided Design的英文縮寫，中文意思是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，即是利用計(jì)算機(jī)及圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。那么電子CAD的基本含義則是使用計(jì)算機(jī)來完成電子線路的設(shè)計(jì)過程，包括電路原理圖的編輯、電路功能仿真、PCB（Printed Circuit Board的縮寫，中文意思是印刷電路板）的設(shè)計(jì)等。其中電路原理圖的繪制解決了電路的邏輯連接。電路仿真解決了電路功能的正確性，通常采用MULTISIM11.0的軟件完成。PCB的設(shè)計(jì)解決了電路元器件靠PCB上的銅箔實(shí)現(xiàn)物理連接的。

印刷電路板

隨著中、大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，元器件安裝朝著自動(dòng)化、高密度方向發(fā)展，對(duì)印制電路板導(dǎo)電圖形的布線密度、導(dǎo)線精度和可靠性要求越來越高。為滿足對(duì)印制電路板數(shù)量上和質(zhì)量上的要求，印制電路板的生產(chǎn)也越來越專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化和自動(dòng)化。所以PCB設(shè)計(jì)越來越重要，是電子工業(yè)領(lǐng)域中必須熟練掌握的一門技術(shù)。

電原理圖SCH設(shè)計(jì)和印制板PCB設(shè)計(jì)是電子線路CAD最基本的功能。要完成這個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)，行業(yè)內(nèi)使用最多的軟件是Protel 99SE和Altium Designer(PROTEL的后續(xù)版本)。Protel 99SE是ProtelTechnology公司開發(fā)的基于Windows環(huán)境下的電路板設(shè)計(jì)軟件。該軟件功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，易學(xué)易用，在國內(nèi)普及率非常高，至今還被廣泛應(yīng)用，最終成為大中專院校電學(xué)專業(yè)必學(xué)課程，同時(shí)也是業(yè)界人士首選的電路板設(shè)計(jì)工具。

Protel 99SE（適合初學(xué)）
Altium Designer Summer 9

2001 年，ProtelTechnology公司改名為Altium公司，整合了多家EDA軟件公司，成為業(yè)內(nèi)的巨無霸。后續(xù)推出了Altium Designer（簡稱AD）版本，最新版本是Altium Designer 15。比較穩(wěn)定的版本有Altium DesignerSummer 9，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計(jì)人才時(shí)在其條件欄上常會(huì)寫著要求會(huì)使用PROTEL。

二、什么是理論實(shí)踐一體化教學(xué)模式

理論實(shí)踐一體化教學(xué)模式是根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，重新設(shè)計(jì)教學(xué)順序和教學(xué)項(xiàng)目，在完成具體任務(wù)中組織教學(xué)的一種適合技能教育的教學(xué)模式。

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下組織《電子CAD》課程教學(xué)時(shí)，一般是以教材為藍(lán)本，按照《簡單原理圖繪制》、《復(fù)雜原理圖繪制》、《元件符號(hào)庫繪制》、《單層PCB電路板繪制》、《多層PCB電路板繪制》、《元件封裝庫繪制》的順序組織教學(xué)，先理論，后實(shí)踐。實(shí)踐證明傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，大部分學(xué)生跟不上教師的教學(xué)進(jìn)度，學(xué)生厭學(xué)嚴(yán)重，實(shí)踐動(dòng)手能力差，難于實(shí)現(xiàn)預(yù)期的教學(xué)效果。

三、如何快速入門電子CAD技術(shù)

學(xué)習(xí)方法對(duì)了，事半功倍。劉昆山老師總結(jié)了十年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)人才培養(yǎng)規(guī)律和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律重新設(shè)計(jì)教學(xué)順序，使得學(xué)習(xí)效率大幅度提升。

大部分學(xué)生會(huì)操作計(jì)算機(jī)，但是談不上操作熟練。雖然有了一定的電子電路專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，但是并不精通。電路原理圖的識(shí)別能力和分析能力也存在不足，甚至沒有完全掌握常見的電路符號(hào)。如果第一個(gè)教學(xué)項(xiàng)目就是《簡單原理圖繪制》，學(xué)生在認(rèn)知上必然存在困難，增加了學(xué)習(xí)難度，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)。

實(shí)踐證明，當(dāng)把授課內(nèi)容調(diào)整為《元件符號(hào)庫繪制》、《簡單原理圖繪制》、《復(fù)雜原理圖繪制》、《元件封裝庫繪制》、《單層PCB電路板繪制》、《多層PCB電路板繪制》的順序組織教學(xué)時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)困難明顯降低，絕大多數(shù)學(xué)生能輕松的跟上教師的教學(xué)進(jìn)度。

四、具體學(xué)習(xí)步驟

項(xiàng)目一：PCB制板前的準(zhǔn)備工作

任務(wù)1：軟件的獲取與安裝（1課時(shí)）

任務(wù)2：熟悉電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本流程（1課時(shí)）

任務(wù)3：設(shè)計(jì)文件管理（4課時(shí)）

項(xiàng)目二：創(chuàng)建自己的元件符號(hào)庫

任務(wù)1：掌握常見的元件符號(hào)的意義，逐一講解。（4課時(shí)）

任務(wù)2：創(chuàng)建設(shè)自己的元件庫，將常見的元件符號(hào)繪制2遍以上。（8課時(shí)）

項(xiàng)目三：電路原理圖的繪制

任務(wù)1：電阻串并聯(lián)電路原理圖的繪制（6課時(shí)）

任務(wù)2：繪制十個(gè)常見的電路原理圖。（18課時(shí)）

活動(dòng)（1）：繪制雙閃燈電路原理圖（2課時(shí)）

活動(dòng)（2）：繪制基于555定時(shí)器閃光電路原理圖（2課時(shí)）

活動(dòng)（3）：繪制LM317可調(diào)電源電路圖（4課時(shí)）

活動(dòng)（4）：繪制4017十路流水燈電路原理圖（4課時(shí)）

活動(dòng)（5）：繪制模擬電子蠟燭電路原理圖（4課時(shí)）

活動(dòng)（6）：紅外二極管感應(yīng)報(bào)警電路原理圖（4課時(shí)）

活動(dòng)（7）：繪制智能倉庫火焰報(bào)警器電路原理圖（4課時(shí)）

活動(dòng)（8）：繪制工作重地禁入報(bào)警器電路原理圖（4課時(shí)）

活動(dòng)（9）：繪制2件比較常見的電子制作圖紙，并提交電子版作業(yè)。（6課時(shí)）

項(xiàng)目四：創(chuàng)建自己的元件封裝庫

任務(wù)1：掌握PCB基本知識(shí)（2課時(shí)）

任務(wù)2：認(rèn)識(shí)常見的元件封裝。（2課時(shí)）

任務(wù)3：要求學(xué)生常見的元件封裝全部繪制完畢。（8課時(shí)）

項(xiàng)目五：常見電路的PCB設(shè)計(jì)

任務(wù)1：案例演示電阻串并聯(lián)電路的PCB板設(shè)計(jì)（6課時(shí)）

任務(wù)2：要求學(xué)生按照我們的教程說明，獨(dú)立完成常見電路的PCB設(shè)計(jì)（18課時(shí)）

活動(dòng)（1）：基于555定時(shí)器閃光電路PCB設(shè)計(jì)（4課時(shí)）

活動(dòng)（2）：LM317可調(diào)電源電路PCB設(shè)計(jì)（4課時(shí)）

活動(dòng)（3）：4017十路流水燈電路PCB設(shè)計(jì)（4課時(shí)）

活動(dòng)（4）：單燈閃爍單片機(jī)最小系統(tǒng)電路PCB設(shè)計(jì)（6課時(shí)）

項(xiàng)目六：復(fù)雜電路的PCB設(shè)計(jì)

任務(wù)1：獨(dú)立完成八路流水燈電路PCB設(shè)計(jì)。（4課時(shí)）

任務(wù)2：獨(dú)立完成十六路流水燈電路PCB設(shè)計(jì)。（4課時(shí)）

任務(wù)3：獨(dú)立完成二位共陽數(shù)碼管顯示電路PCB設(shè)計(jì)。（4課時(shí)）

任務(wù)4：掌握PCB設(shè)計(jì)過程中的常見的技巧。（6課時(shí)）

在后續(xù)的系列文章中，我們將按上面的學(xué)習(xí)步驟進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，編寫教程，教程會(huì)采用小步驟的學(xué)習(xí)方法，將每個(gè)教學(xué)任務(wù)拆分成很多個(gè)小模塊講解。以一節(jié)課45分鐘為教學(xué)單元，每節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)講解和操作步驟的講解不超過15分鐘的學(xué)習(xí)時(shí)間，確保獨(dú)立訓(xùn)練的時(shí)間在25分鐘以上。

比如在講授元件符號(hào)庫繪制的教學(xué)任務(wù)時(shí)，可以把軟件的打開與文件的新建、保存為一個(gè)教學(xué)活動(dòng)，在講解15分鐘后，立刻獨(dú)立操作2到3遍，直到熟練掌握這個(gè)教學(xué)活動(dòng)的全部內(nèi)容，再進(jìn)行下一個(gè)教學(xué)活動(dòng)。隨著實(shí)踐能力不斷地提高，可以逐步增加教學(xué)內(nèi)容，直到把所有的元件符號(hào)全部繪制完成，教學(xué)任務(wù)才算完成。按這個(gè)教學(xué)方法學(xué)習(xí)完上面提到的六個(gè)項(xiàng)目，就一定能掌握電子CAD技術(shù)，我已經(jīng)用這個(gè)教學(xué)方法培養(yǎng)了無數(shù)個(gè)電子CAD人才。

當(dāng)然有條件的朋友，還可以把設(shè)計(jì)較好的PCB文件拿到PCB生產(chǎn)公司進(jìn)行打樣。我相信當(dāng)您看到印有自己名字的PCB板的時(shí)候，成就感和自豪感會(huì)進(jìn)一步激勵(lì)您努力學(xué)習(xí)。實(shí)際教學(xué)中我們是不斷的進(jìn)行產(chǎn)品打樣的，并裝配成成品，讓學(xué)生真正掌握電子產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。