仿真軟件在高校電子類課程設計中的應用

摘要：高校電子類課程設計是學生將理論與實踐相結合的一個重要環節，針對不同的電子課程使用相關的仿真軟件有利于提高學生的設計興趣和設計效率。

關鍵詞：電子類課程設計；Multisim；Keil+Proteus l；Protel99

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）32-0165-02

一、引言

高校電子類課程是電子信息、通信、電氣自動化等工科專業最重要的課程，由于電子類的課程如電路、模擬電路、數字電路、高頻電子線路、微機原理以及單片機等學科是多理論多實踐性的學科，往往在傳統的教學中教師注重理論講解，由于實驗條件的限制，學生也不能及時地驗證和應用這些理論知識，即使有課內實驗，但實驗課時少且一般都使用現成的電子實驗箱完成一些驗證性實驗，使學生達不到很好的實踐動手能力，因此，在每門電子類課程結束后，用一到兩周的時間由學生根據所學內容完成相關電子類課程的設計對提高學生對電子類課程知識的理解和實踐有很大的作用。而在電子類課程設計中，根據課程內容的不同使用相關仿真軟件的輔助設計，可以提前預知設計的結果，方便修改參數和改正錯誤的設計能有效地提高設計效率，降低設計成本等優點。下面將介紹各們電子類課程設計以及適合該們課程相關的仿真軟件。

二、電子類課程以及輔助仿真軟件

根據電子類課程的特點，分為無需編程的和有需要編程的課程，有需要印制電路板和簡單面包板可設計的內容。不同的需要則在進行電子類課程設計的時候使用的輔助軟件則不同，下面將分別介紹。

1.無需編程的電子類課程設計和相關的輔助軟件。在電子類課程中，電路、模擬電路、數字電路、高頻電子線路等課程中不涉及微機控制的電子硬件設計不需要編程，則可以使用Multisim電路仿真軟件。Multisim仿真軟件是由加拿大Interactive Image Technologies公司基于Windows的電子線路設計工具，后由美國國家儀器公司NI收購，并推出性能更強大的電子線路仿真軟件Multisim9～12版本且與Labview完美結合，具有豐富模擬、數字器件、FPGA器件和儀器儀表等仿真元器件，該軟件包含電路仿真（Multisim）、PCB設計（Ultiboard）、布線（Ultiroute）以及通信分析與設計（Commsim）四個部分[1]。該軟件可以仿真電路里的基本電路分析原理，三相交流電，模擬電子技術中的運算放大電路、濾波、整流、穩壓等電路，也可仿真數電里的基本邏輯電路、組合邏輯電路和時序邏輯電路，以及高頻電子線路課程中的高頻信號的調制解調等電路，其虛擬儀器儀表種類齊全如示波器、函數發生器等，也有強大的電路分析功能，可進行直流工作點分析、瞬態分析、傅里葉分析等。適用于模擬、數字電路的設計與仿真。

2.需編程的電子類課程設計和相關的輔助軟件。在電子類課程中，微機原理以及單片機原理與應用的課程設計相對較為基礎的模擬電子技術和數字電子技術，要求由軟件編程，需要掌握匯編或者C語言等相關的編程語言，針對這樣的課程設計，可以使用編程軟件Keil+電路仿真軟件Proteus。Proteus軟件比Multisim在單片機以及微機仿真中具有更完善的性能[2]。Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的是世界上著名的EDA工具。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。從原理圖繪制、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12 /16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086、MSP430、Cortex和DSP系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器[3]。

Keil是一款單片機開發系統平臺，支持匯編、C語言、PLM、以及混合編程。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（μVision）將這些部分組合在一起。無需連接單片機硬件而進行純軟件仿真，具有跟蹤、調試、復雜斷點等功能，能生成在線仿真和燒錄到芯片所需的HEX文件等[3]。用Proteus設計電路時，無需畫出單片機的最小系統，晶振頻率在單片機里手動改變即可。在仿真的時候只需將Keil編譯器里調試好的程序生成的HEX文件加載到Proteus的微機芯片上即可，點擊仿真按鈕，可立即觀看到電路的仿真效果圖。若進行硬件調試時，只需將Keil編譯器生成的HEX文件通過串口調試助手下載到單片機等微機芯片上，即可進行實物的硬件聯合軟件的調試。有編程軟件和微機硬件電路軟件的結合，能更好的輔助學生在微機和單片機課程方面的設計，有效提高設計效率和增強學生的興趣和動手能力。

3.需印制電路板的電子類課程設計。一般電子類課程設計中如果需要印制電路板，如將模擬電路、數字電路或者單片機等相關電路需要印制電路板時，則使用市場上已經十分成熟的Protel軟件，其常用的版本有Protel99或Protel200。該軟件是Altium公司開發的EDA軟件，具有電路原理圖設計功能、自動布線功能、原理圖混合信號仿真功能、印制電路板設計功能以及PLD設計功能。而Protel2004在內的先前一系列版本的功能和優點以外，還增加了許多改進和很多高端功能，如拓寬了板級設計的傳統界限，全面集成了FPGA設計功能和SOPC設計實現功能，從而允許工程師能將系統設計中的FPGA與PCB設計以及嵌入式設計集成在一起。Protel在設計電路板方面具有龐大的常用的各種元器件以及相關封裝的元件庫，隨著版本的升級以及各位設計者的填補，元器件庫也相應的隨電子器件的增加而完善，也可以自己繪制元器件以及相關封裝，建立自己常用的元器件庫。Protel在PCB制圖上面具有其他相關軟件無法比擬的功能，設計者將繪制好的電路原理圖轉換成PCB圖，排列好元器件，設計者可以手動或者自動布線，通過了電氣規則測試后，即可將PCB圖印制成電路板，焊接好元器件，進行電氣測試后便可以進行硬件的調試[4]。

三、結論

在電子類課程設計中，根據課程內容的不同使用相關仿真軟件的輔助設計，可以預知設計的結果，方便設計中各種元器件參數以及錯誤設計的修改，能形象生動的跟蹤過程，仿真測試通過后再進行實物的硬件和軟件設計，將獲得事半功倍的效果。克服了傳統設計周期長、成本高等缺點，能有效地提高設計的效率和降低設計成本等優點。

參考文獻：

[1]黃智偉，李傳琦，鄒其洪.基于NI Multisim的電子電路計算機仿真設計與分析[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2]李現國，張艷.Proteus仿真在微機原理及接口技術教學中的應用[J].實驗技術與管理，2010，279（12）：125-127.

[3]馬華玲，Proteus+keil在單片機教學中的應用[J].高等函授學報，2012，25（4）：26-27.

[4]張瑾，張偉，等.protel99SE入門與提高[M].北京：人民郵電出版社，2007.

作者簡介：馬華玲（1986-），女，碩士，武昌工學院教師，主要從事電子類課程教學工作。