EDA在電子實踐課程中的應用

周德林

摘要

結合項目教學模式，利用MultiSim和Ultiboard完成EDA實踐的全程訓練，由學生完成從電路原理仿真驗證、印制電路板設計制作，到元器件檢測、焊接、安裝、調試的產品設計制造全過程，達到培養同學們工程實踐能力的目的，更能激發學習電子的興趣。

【關鍵詞】EDA MultisimUltiboad 項目教學模式 仿真 PCB

隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用，利用計算機進行電子電路的輔助設計與制作逐步成為電子專業實踐課程的趨勢。EDA軟件有多種，其中美國國家儀器公司（NI）的Multisim和Ultiboard是交互式SPICE仿真和電路分析的典型軟件，專用于原理圖繪制、交互式仿真、電路板設計和集成測試。這個平臺將虛擬儀器技術的靈活性擴展到了電子設計者的工作臺上，彌補了測試與設計功能之間的缺口。

使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim能讓用戶能很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這樣更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，讓用戶可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。

Ultiboard印制板設計軟件則可以很好地與Multisim串聯使用完成印制板設計，Ultiboard為用戶在做PCB設計時的布板布線提供了一個易于使用的直觀平臺。整個設計的過程從布局、元器件擺放到布銅線都在一個靈活設計的環境中完成，使得操作速度和控制都達到最優化。拖放和移動元器件以及布銅線的速度在Ultiboard得到了顯著提高。這些功能的增強都使從原理圖到實際電路板的轉換變得更便捷，也使最后的PCB設計質量得到很大提高。

下面結合項目教學模式，介紹利用Multisim和Ultiboard完成EDA實踐的全程訓練，由學生完成從電路原理仿真驗證、印制電路板設計制造直到元器件檢測、焊接、安裝、調試的產品設計制造全過程，達到培養同學們工程實踐能力的目的。

1 電路原理圖分析與繪制

圖1為控制電路原理圖，主要工作原理是利用74LS112雙JK觸發器、74LS192十進制計數器構成的交通燈控制，通過繪制原理圖，讓學生對電路原理及電路元件有初步的認識與理解。

Multisim具有直觀、方便的操作界面，創建電路、選用元器件和虛擬測試儀器等均可直接從屏幕圖形中選取，而且提供的虛擬測試儀器非常齊全，其外觀與實物外形基本相似，操作這些虛擬設備如同操作真實的設備一樣。

2 電路仿真

選擇合適的脈沖頻率，仿真前要進行相關設置，按下電源開關進行仿真，每個方向倒計數30秒，由綠燈經黃燈變紅燈，然后另一個方向倒計數30秒。

3 元器件封裝的修改

由于multsim版本軟件采用了IPC封裝格式，所以大部分元件需要手動修改其封裝，下表為電路中需要修改的元器件封裝及修改類型。

為了向Ultiboard印制板設計軟件傳送數據，在繪制仿真原理圖的基礎上要做適當的修改：將不在印制板上的元件去除;采用真實元件及其真實封裝;少數特殊器件需要采用相應的封裝來代替，以便能順利向Ultiboard傳遞數據。

4 原理圖數據傳遞、設置參數、元器件布局與PCB輸出

將經過以上修改的電路圖數據傳輸到Ultiboard，點擊菜單命令Transfer→Transferto Ultiboard，Ultiboard會自動建立一個項目（文件擴展名為ewnet），選擇新項目的存放路徑和項目文件名，點擊保存。從存放位置雙擊打開剛新建立的項目，在彈出的對話框中，選擇線寬不小于40mil，避讓距離10mil，確認后在彈出的對話框，選擇所有網點，點擊確認。

設置印制板尺寸：點擊Place菜單→Shape→Rectangle，在黑色區域拖動鼠標左鍵繪制一矩形外框，在界面右下角觀察X、Y坐標，調整矩形外框尺寸與位置，找到合適的元器件擺放位置區域，使印制板尺寸不大于82×55mm。

設定印制板設計規則：點擊“Edit”菜單一“Propertiers”選項，選擇Grid&units頁按照下圖設置單位制和格點。其中VisibleGrid：20mil;Component Grid：50mil;CopperGrid：25mil.選擇Copper Layers頁，設置印制板相關參數。Layer Pairs：1，表示一對板層。因為我們要求設置成單面板，故需要在AllowRouting中編輯Copper Top層，將Routable選項劃掉，只允許在Bottom層布線。

如果在Multisim傳遞過來的數據中，元器件的連接有誤時，可能菜單命令Tools→Netlist Editor網點編輯進行修改，而無需重新傳遞數據。

參照原理圖中的連接關系，拖動元件形成布局圖，使用Autoroute菜單的Start/ResumeAutorouter命令進行自動布線。自動布線完成后可進行DRC檢查，并可用手工對自動布線結果進行適當調整，如加粗線寬、加大焊盤、改變引線走向、大面積接地等，使印制板具有工藝性。

按上面的設置要求，經過PCB設計、調整得到PCB電路。

5 電路板制作與整機裝配、調試

5.1 印制板制作

PCB電路圖設計好，按照熱轉印法通過激光打印機先將圖形打印到熱轉印紙上，再通過熱轉印機將圖形“轉印”到敷銅板上，形成由墨粉組成的抗腐蝕圖形，再經蝕刻后即可獲得所需印制板圖形。其中熱轉印紙是具有耐高溫（180.5℃）不粘連特性的轉印媒介;熱轉印機是實現“熱轉印”的設備。熱轉印工藝的關鍵是熱轉印溫度，它是由機內的微電腦精確控制的。只要激光打印機性能保證，采用熱轉印法可獲得足夠精度和接近專業品質的印制板。

5.2 印制板安裝

按照元器件檢測與安裝的步驟，安裝前先對元器件進行測試，測試無問題后再進行元器件的焊接。

5.3 整機裝配與調試

由于電子制作過程中無絲印層，在整機裝配時沒有裝配圖，我們可以對復制PCB電路圖至WORD中，將顏色進行適當設置，打印出來作為裝配圖，安裝時就能方便檢查與調試。

從以上實例中，可以看出，用Multisim和Ultiboad進行電子制作非常方便，動手實踐過程明了，勞動成果明顯。利用EDA技術對電子實踐教學是一種很好的輔助手段，還能為學生進行綜合性、創造性動手實踐提供更廣闊的空間。

6 結語

隨著EDA技術應用的推廣和深入，還能在電子工程、信息工程、電氣工程、自動控制等領域的輔助教學中發揮重要作用，為學生的學習提供更智能的幫助，也能讓學生感受與體驗電子產品設計、研發、生產全過程。

參考文獻

[1]鄭步生，吳渭.Multisim2001電路設計及仿真入門與應用[M].電子工業出版社，2002.

[2]彭華林，李仁發等《虛擬電子實驗平臺應用技術[M].湖南科學技術出版社，1999.

[3]章忠全.電子技術基礎實驗與課程設計[M].中國電力工業出版社，1999.

[4]Interactive Image Technology Ltd，Multisim V7 User Guide[M].Canada，2003.