劉光軍,魏帆,嚴(yán)震宇

（江西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西南昌，330024）

0 引言

目前，高職院校電類相關(guān)專業(yè)普遍都會開設(shè)《模擬電子線路》和《數(shù)字電子線路》這兩門專業(yè)基礎(chǔ)課程，并進(jìn)行相應(yīng)的單元實驗和課程設(shè)計實訓(xùn)。以我校為例，在完成基本的理論授課課時之后，都會安排2-4周的課程設(shè)計實訓(xùn)任務(wù)，通過實物電子線路的設(shè)計和制作，理論聯(lián)系實際，幫助學(xué)生消化課程的理論知識，使學(xué)生的識圖能力、元器件布局能力、焊接能力、電路調(diào)試與檢測等專業(yè)能力得到全面的提升。通過觀察，學(xué)生普遍存在如下幾點(diǎn)不足：（1）電路圖的識讀能力不強(qiáng)。（2）元器件的布局不合理。（3）實物制作水平不高。（4）調(diào)試與排故能力不強(qiáng)。

究其原因，主要是對電路中的元器件實物特性不了解，對萬能板制作電路的過程不夠熟練造成的。為了在實物制作之前快速幫助學(xué)生掌握各種元器件的外形及特點(diǎn)，減少萬能板制作時布局不合理導(dǎo)致的連接錯誤，降低制作成本，提高萬能板制作電路的成品率，特介紹一款適合于萬能板電子制作的計算機(jī)布局軟件LochMaste，可以很好的解決上述的問題。

1 LochMaster軟件介紹

隨著計算機(jī)輔助設(shè)計在電子行業(yè)中的使用越來越廣泛，電子CAD軟件的種類和功能也越來越強(qiáng)大，大部分軟件都是面向PCB板的設(shè)計與制作，如Altium Designer等，但對于普通初學(xué)者使用最多的萬能板并沒有很好的支持，而LochMaster軟件的出現(xiàn)，正好彌補(bǔ)了萬能板輔助設(shè)計的不足，該軟件是德國 Abacom公司推出的專門適用于萬能板電路的計算機(jī)輔助設(shè)計軟件。利用模擬萬能板實際外觀，結(jié)合逼真的3D元器件外形和靈活的3D顯示切換，使元器件可以靈活的布局在萬能板的正反面并接線，加深初學(xué)者對電路的理解，降低實物接線的錯誤率，減少損耗，對電子實訓(xùn)項目起到輔助作用。具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.1 豐富的電路板模板

LochMaster 帶有許多預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)電路板布局，如洞洞板、連孔板等，同時軟件自帶了電路板編輯器，可以靈活的創(chuàng)建自己的電路板，最大支持板尺寸1000mm×1000mm，如圖1所示。

圖1 線路板樣式

1.2 3D元件庫

軟件自帶集成元件庫，包括電子元件、機(jī)械元件，如螺釘、螺母和墊片等符號，能以3D形式逼真的顯示實物外形，同時通過軟件的對象助手工具，可以編輯和創(chuàng)建自己的組件和符號，達(dá)到擴(kuò)展元件庫的目的，如圖2所示。

圖2 3D效果圖

1.3 靈活的接線方式

軟件自帶工具中，全部模擬實際電路制作過程中所用到的所有操作，包括焊盤、導(dǎo)線、測試點(diǎn)、跳線、鋪銅分割等，通過切換正面、背面、透明、3D不同的視圖效果，便于用戶靈活的觀察接線情況。

2 LochMaster在555振蕩電路設(shè)計中的應(yīng)用

通過LochMaster繪制555振蕩電路的制作實例，模擬萬能板實際制作數(shù)字電路的過程，加深初學(xué)者對電路的理解，具體過程如下。

2.1 電路原理

2.1.1 555芯片介紹

555振蕩電路是數(shù)字電路實訓(xùn)中使用頻率最高的基本單元電路，雖然555 定時器是在 40 多年前推出的集成電路，但是由于其結(jié)構(gòu)相對簡單、易用和低成本特點(diǎn)，目前仍然在各種電路中得到廣泛使用。

由于其內(nèi)部存在三個5kΩ的電阻相互串聯(lián)形成參考電壓，因此而得名。通過內(nèi)部比較器控制RS觸發(fā)器的兩個輸入端，使其在Q處產(chǎn)生“高”或“低”電平輸出，控制高電流輸出開關(guān)級，以驅(qū)動連接的負(fù)載，最大輸出電路可達(dá)200mA，同時控制內(nèi)部的NPN三極管的通斷，與7腳外接的電容形成充放電回路。

2.1.2 非穩(wěn)態(tài)振蕩器工作原理

在555芯片外接少量的電容、電阻等器件，就可以實現(xiàn)各種穩(wěn)態(tài)電路的設(shè)計，多用于產(chǎn)生各種方波信號，電路如圖3所示。

圖3 555振動電路

非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路最大的特點(diǎn)是沒有輸入信號而有輸出信號，總是在“0”穩(wěn)態(tài)與“1”穩(wěn)態(tài)之間進(jìn)行切換，這是通過控制電容C1的充放電過程來實現(xiàn)輸出電平的高低轉(zhuǎn)換。電路初始階段，電容Vc1=0V，此時電源通過R1、R2、C1通路進(jìn)行充電，輸出為高電平；當(dāng)Vc1電壓逐漸上升，達(dá)到2/3Vcc時，此時芯片內(nèi)的三極管導(dǎo)通，Vc1通過電阻R2、芯片7腳進(jìn)行放電，輸出變低；當(dāng)Vc1兩端的電壓下降到1/3Vcc以下時，C1恢復(fù)充電，輸出再次變高，循環(huán)重復(fù)。

該電路通過控制4腳復(fù)位端子的高低電平起到控制電路工作的作用，當(dāng)V4為低電平時，555芯片復(fù)位清零；當(dāng)V4為高電平時，555芯片正常工作，輸出方波，使放光二極管交替閃爍。

3 LochMaster電路繪制

3.1 萬能板制作一般步驟

萬能板又稱洞洞板，是個人制作電子產(chǎn)品使用最多的電路基板之一，具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、易于制作等諸多優(yōu)點(diǎn)，制作過程如圖4所示。

圖4 制作過程

3.2 器件布局

對于初學(xué)者而言，萬能板制作電路最難的部分在于器件的布局，這直接決定了后續(xù)連線的質(zhì)量與電路的成功率，目前普遍采用的方法是在紙上繪制元器件的布局圖并模擬連線，但并不直觀，下面介紹LochMaster軟件進(jìn)行元件布局并連線的過程。

（1）打開軟件，選用合適大小的萬能板模板。

（2）切換到萬能板正面，在元器件庫中查找圖3電路中所需要的元器件并布局。

元件所在庫請參照表1。

表1 元件庫

極性電容 Capacitors(elektrolytic)無極性電容 Capacitors(tantalum)發(fā)光二極管 LED波動開關(guān) Switches

（3）布局規(guī)則。

首先，確定電源的正負(fù)極，一般認(rèn)為萬能板的第一行為電源的正極，最后一行為電源負(fù)極，這樣電路中出現(xiàn)接正負(fù)極的情況，我們只要分別向上下端的第一行接線即可；其次，元件布局時，一般采用“先核心后邊緣”的原則，即優(yōu)先布置電路的核心元件，往往是一些多引腳器件，如芯片、三極管等關(guān)鍵器件；然后再根據(jù)電路原理圖，補(bǔ)齊核心元件周圍的配套元件，盡量做到少接線、不交叉、不跳線，邊規(guī)劃邊焊接，無序中體現(xiàn)著有序，不容易漏線，效果較好，元件正面布局后效果如圖5所示。

圖5 元件布局

（4）元件連線。

圖6 元件連線

4 線路板的制作

4.1 電源線處理

電源正負(fù)極在設(shè)計元件布局之前就應(yīng)該確定好其位置，因為制作過程中會頻繁的遇到連接電源的線路，普遍采用的方式是利用電路板中的某一行或某一列焊盤連接起來作為電源正負(fù)極使用，即保證了電路的美觀性又使電路的層次分明。

4.2 元器件引腳處理

分立式元件的引腳往往都比較長，如色環(huán)電阻、瓷片電容等，在處理時，不要將引腳立即剪斷，可通過這些多出的長引腳來進(jìn)行搭接，往往會起到事半功倍的效果。

4.3 合理利用元件結(jié)構(gòu)

在電子元件中，很多元件的內(nèi)部存在短接的現(xiàn)象，可以合理的利用這些引腳，達(dá)到簡化電路布局與連線的目的，如七段數(shù)碼管的COM端、鈕子開關(guān)的公共端等

4.4 善于設(shè)置跳線

電路制作中的跳線，可以提高線路中導(dǎo)線的布通率，相當(dāng)于PCB電路中的過孔，當(dāng)線路中遇到無法避讓的情況時，通過添加跳線，即解決了電路的連通性問題，又保證了電路的美觀性，通常跳線都設(shè)置在線路板的正面。

4.5 元器件的連接

在高校電子制作中，元器件引腳的連接普遍采用的是錫接方式，即通過焊錫將要連接的引腳連通，但這種方式在實際的生產(chǎn)中是不被允許的，一是焊錫浪費(fèi)較大，造成制作成本過高；二是受焊絲質(zhì)量、操作者的焊接水平、焊接工具等外部因素影響較大；三是過多的焊錫會造成線路板局部受熱不均，受力不均衡，而造成線路板的彎曲、變形，進(jìn)而形成虛焊、假焊等不良品。根據(jù)IPC標(biāo)準(zhǔn)，萬能板中。

相鄰兩個焊盤之間互連可以采用錫接方式，而超過兩個焊盤以上間距的連接則利用細(xì)銅絲進(jìn)行加長并焊接實現(xiàn)，如連線過長，可分別固定細(xì)銅絲的頭、尾及中間三個焊點(diǎn)即可，需注意的是細(xì)銅絲拉線時，應(yīng)保證銅絲橫平豎直，不得彎曲、斜向拉線，保證線路的美觀性。

4.6 芯片連線規(guī)則

當(dāng)電路中存在芯片時，我們制作電路往往都會以芯片作為核心器件進(jìn)行優(yōu)先布局，這里尤為重要的是對芯片供電的問題，因為很多電路原理圖中并沒有標(biāo)出芯片電源線，需制作者根據(jù)經(jīng)驗自行連接，這對初學(xué)者來說很容易忽略掉，造成芯片不能正常工作。一般的74系列、40系列芯片，左下角為電源的負(fù)極，右上角為電源的正極；其他芯片應(yīng)根據(jù)芯片手冊判斷芯片引腳的正負(fù)極。

5 結(jié)束語

通過LochMaster軟件在實際制作555非穩(wěn)態(tài)電路的使用過程，幫助初學(xué)者擺脫了元器件布局及連線依然停留在紙上繪制的束縛，為萬能板的實際制作提供了計算機(jī)模擬連線平臺，大大提高了初學(xué)者對電路原理的理解及實物制作的興趣，希望每一位讀者都能從這個實例中受到啟發(fā)，為制作電子線路產(chǎn)品提供一些幫助。