1000000電子仿真技術的發(fā)展與應用

1、電子仿真技術的發(fā)展與應用摘要：本文綜合多種電子仿真軟件,論述了電子仿真軟件的特點和以 及在電子產品生產制作和教學科研中的應用。介紹了以 MultiSim10 軟件為例進行的實驗教學方法。描述了對電子仿真技術的前景展望 關鍵字：電子仿真技術 MultiSim10 實驗教學 隨著計算機技術的發(fā)展，仿真已成為研究電力電子電路的一個主要工具。計算機仿真可以取 代許多繁瑣的人工分析，減輕勞動強度，提高分析和設計能力。在驗證電力電子電路的正確 性時，最好的方法就是利用計算機仿真。計算機仿真分為實時仿真、動態(tài)仿真和CAA。實時仿真是指在計算機上逼真的復現(xiàn)實際 的電子電路的運行過程。動態(tài)仿真是在計算機上計算并

2、繪制出電力電子電路的運行波形。CAA 是在計算機上計算并繪制出電力電子電路的某些特性?？梢杂梅抡娴姆椒炞C原理和設計性能，實驗極限條件下的特殊情況，從而達到以下目的：1、減少設計、研究費用。節(jié)約和避免浪費，高效，高利用率，減少損耗、運輸和 運行成本。2、縮短設計、研究時間。性能改善，提供觀測評估分析能力，減少對抗，預防不 確定和不利情況。3、提高設計可靠性。模擬偶然事件，緊急事件，提高安全性。、電子仿真軟件介紹EWB軟件，全稱為ELECTRONICS WORKBENCH EDA,是交互圖像技術有限公司在九 十年代初推出的EDA軟件，用于模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真，利用它可以直 接從屏幕上看到

3、各種電路的輸出波形。EWB是一款小巧，但是仿真功能十分強大 的軟件。相對其它EDA軟件而言，它是個較小巧的軟件，只有16M,功能也比較 單一，就是進行模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真，但你絕對不可小瞧它，它的仿 真功能十分強大，可以幾乎100%地仿真出真實電路的結果，而且它在桌面上提 供了萬用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏 輯轉換器等工具，它的器件庫中則包含了許多大公司的晶體管元器件、集成電路 和數(shù)字門電路芯片，器件庫中沒有的元器件，還可以由外部模塊導入，在眾多的 電路仿真軟件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直觀，原理圖和各種 工具都在同一個窗口內，未接觸

4、過它的人稍加學習就可以很熟練地使用該軟件， 對于電子設計工作者來說，它是個極好的EDA工具，許多電路你無需動用烙鐵就 可得知它的結果，而且若想更換元器件或改變元器件參數(shù)，只需點點鼠標即可， 它也可以作為電學知識的輔助教學軟件使用。EWB建立在SPICE基礎上，它具有以下突出的特點：（1）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計算機屏幕上模仿真實實驗室 的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿 真需要的測試儀器均可直接 從屏幕上選取；（2）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實物相似，可以實時顯 示測量結果。（3）EWB軟件帶有豐富的電路元 件庫，提供多種電路分析方法。（4）作為設計工具，它可以同其它流

5、行的電路分析、設計和制板軟件 交換數(shù)據。（5）EWB還是一個優(yōu)秀的電子技術訓練工具，利用它提供的虛擬儀器 可以用比實驗室中更靈活的方式進行電路實驗，仿真電路的實際運行情況， 熟悉常用電子儀器測量方法。Proteus 軟件是英國 Labc enter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（ 該軟件中國總代 理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它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 。雖然目前國 內推廣剛起步，但已受 到單片機愛好者、從事單片機教學的 教師、致力于單片機開發(fā) 應用的科技工作者的青睞。Proteus

6、是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖 布圖、代碼調 試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真 ，一鍵切換到 PCB 設計，真正實現(xiàn)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 和 MSP430 等， 2010 年即將增加 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù) 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。Proteus軟件具有其它EDA

7、工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：原理布圖PCB自動或人工布線SPICE電路仿真革命性的特點1 互動的電路仿真用戶甚至可以實時采用諸如RAM, ROM，鍵盤，馬達，LED, LCD, AD/DA , 部分SPI器件，部分IIC器件。2.仿真處理器及其外圍 電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接 在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系 統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發(fā) 環(huán)境。MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交析、矩陣

8、計算、科學數(shù)據可 強大功能集成在一個易于使 必須進行有效數(shù)值計算的眾 很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分 視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多 用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及 多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在 互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計 算軟件的先進水平。特點：1）高效的數(shù)值計算及符號計算功能，能使用戶從繁雜的 數(shù)學運算分析中 解脫出來；2）具有完備的圖形處理功能，實現(xiàn)計算結果和編程的可 視化；3）友好的用戶界面及接近數(shù)學表達式的 自然化語言，使學者易于學習 和掌握；4）功能豐富的應用工具箱（如信

9、號處理工具箱、通信工 具箱等）， 為用戶提供了 大量方便實用的處理工具。二、電子仿真軟件的特點及作用其一，一款優(yōu)秀的電子仿真軟件備有大量的電子元器件，供你 選用；其二，配備齊全和先進的虛擬儀器、儀表，供你調用測試；其 三，連接仿真電路簡單快捷，不需焊接，使用儀器調試不用擔心損壞； 其四，還可以利用電子仿真軟件進行多種電路或系統(tǒng)分析，比如電路 的直流工作點分析、溫度影響分析等等；其五，還可以將所設計的電 子電路內容無縫鏈接到制版軟件中，直接進行電路板制作。用于科研生產，可降低開發(fā)成本，提高研發(fā)速度，搶占市場 用于教學，降低實驗損耗，提高學生學習興趣，直觀觀測實驗結 果電子仿真軟件應用實例，pro

10、teus介紹其使用方法Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設計與仿真軟件，它包括 ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設計，而ISIS模塊 用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術，它與 其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比如 MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等 等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單 片機實驗室。本文中由于我們主要使用 Proteus 軟件在單片機方面的仿真功能， 所以

11、我們重點研究 ISIS 模塊的用法，在下面的內容中，如不特別說明 我們所說的Proteus軟件特指其ISIS模塊。在進行下面的操作前，我先說明一點：我的 Proteus 版本是 7.1 如果你使用的是6.9以前的版本，可能你發(fā)現(xiàn)在鼠標操作上會略有不同 這主要表現(xiàn)在 6.9 以前的版本鼠標左右鍵的作用與一般軟件剛好相反， 而 7.0 以后已經完全改過。下面我們首先來熟悉一下Proteus的界面。Proteus是一個標準的Windows 窗口程序，和大多數(shù)程序一樣，沒有太大區(qū)別，其啟動界面 如下圖所示：如圖中所示，區(qū)域為菜單及工具欄，區(qū)域為預覽區(qū)，區(qū)域為 元器件瀏覽區(qū)，區(qū)域為編輯窗口，區(qū)域為對象拾

12、取區(qū)，區(qū)域為元 器件調整工具欄，區(qū)域為運行工具條。下面我們就以建立一個和我們在 Keil 簡介中所講的工程項目相配 套的Proteus工程為例來詳細講述Proteus的操作方法以及注意事項。首先點擊啟動界面區(qū)域中的“P”按鈕（Pick Devices，拾取元器件） 來打開“Pick Devices”（拾取元器件）對話框從元件庫中拾取所需的元 器件。對話框如下圖所示：Keywords:Match Whol 已 Words?Category:Microprocessor ICsSub-category:Manufacturer:PCB Preview:AT39C51 Preview:DeviceL

13、ib舊甲| 口已呼訕口門AT89C51 ：MCS80518051 Micrucc.r-ituller (4kB code. 33MHz. 2:16-tnt Timers. IJAFIT1Results (8):-E-tiAs噲一-呂一 -iz一J-二AT89C51.BUSh/ICS8051AT89C51FIB2MCS8051AT89C51RB2.BUS MCS8051 AT89C51F1C2MCS8051AT89C51RC2.BUS MCS8051 AT89C51FID2MCS8051AT89C51RD2.BUS MCS80518051 Microcontoller (4kB code. 33

14、MHz. 2x16-bit Timers, UART) 8051 Microcontoller 1 BkB code, 48MHz. Watchdog Timer. 3x1( 8051 Microcontoller 1 BkB code, 48MHz, Watchdog Timer, 3x1( 8051 Microcontoller 32kB code. 48MHz. Watchduq Timer, 3x1( 8051 Microcontoller 32kB code. 48MHz, Watchdog Timer, 3x1( 8051 Microcontoller 64kB code. 40M

15、Hz, Watchdog Timer. 3x1( 8051 Microcontoller 64kB code. 40MHz. Watchdog Timer, 3x1(IDIL40. |0KCancel在對話框中的“Keywords ”里面輸入我們要檢索的元器件的關鍵詞， 比如我們要選擇項目中使用的AT 89C51，就可以直接輸入。輸入以后 我們能夠在中間的“Results”結果欄里面看到我們搜索的元器件的結果。 在對話框的右側，我們還能夠看到我們選擇的元器件的仿真模型、引腳 以及 PCB 參數(shù)。這里有一點需要注意，可能有時候我們選擇的元器件并沒有仿真模 型，對話框將在仿真模型和引腳一欄中顯示“

16、No Simulator Model”（無 仿真模型）。那么我們就不能夠用該元器件進行仿真了，或者我們只能 做它的 PCB 板，或者我們選擇其他的與其功能類似而且具有仿真模型 的元器件。搜索到所需的元器件以后，我們可以雙擊元器件名來將相應的元器 件加入到我們的文檔中，那么接著我們還可以用相同的方法來搜索并加 入其他的元器件。當我們已經將所需的元器件全部加入到文檔中時，我 們可以點擊“OK按鈕來完成元器件的添加。添加好元器件以后，下面我們所需要做的就是將元器件按照我們的 需要連接成電路。首先在元器件瀏覽區(qū)中點擊我們需要添加到文檔中的 元器件，這時我們就可以在瀏覽區(qū)看到我們所選擇的元器件的形狀與方

17、 向，如果其方向不符合你的要求，你可以通過點擊元器件調整工具欄中 的工具來任意進行調整，調整完成之后在文檔中單擊并選定好需要放置 的位置即可。接著按相同的操作即可完成所有元器件的布置，接下來是 連線。事實上 Proteus 的自動布線功能是如此的完美以至于我們在做布 線時從來都不會覺得這是一項任務，而通常像是在享受布線的樂趣。布 線時我們只需要單擊選擇起點，然后在需要轉彎的地方單擊一下，按照 你所需走線的方向移動鼠標到線的終點單擊即可。本例我們布線的結果 如下圖所示（仿真我們在上面的 Keil 操作介紹中的簡單例子）。?XTAL1XTAI2RSTALE EH：SPDIVAra PD.KAD1

18、PI3 aAE p 口 a*ADa PO.AD* PDS*ADS PD.aAM PD.7WP?1FZBhE PZ.IihS pzzi.h.-d pzaAH PZ.WAG PZAt3 P2J9AH PZ.TW.-BF3JJHXDPN1E：D FaTffTO PiaTMTT P.+iTD P3ST1FJjSfWP.TiTOTTzbjrr百佰 7因為該工程十分簡單，我們沒有必要加上復位電路，所以這點在圖 中予以忽略，請大家注意。除此以外，你可能還發(fā)現(xiàn)，單片機系統(tǒng)沒有 晶振，這一點你需注意。事實上在 Proteus 中單片機的晶振可以省略， 系統(tǒng)默認為12MH z,而且很多時候，當然也為了方便，我們只

19、需要取 默認值就可以了。下面我們來添加電源。先說明一點， Proteus 中單片機芯片默認已 經添加電源與地，所以我們可以省略。然后在添加電源與地以前，我們 先來看一下上面第一個圖中區(qū)域的對象拾取區(qū)，我們在這里只說明本 文中可能會用得到的以及比較重要的工具。丨 :(Selection Mode)。選擇模式，通常情況下我們都需要選中它，比如布局時和布線時。丨歩：(Component Mode)。組件模式，點擊該按鈕，能夠顯示出區(qū)域中的元器件，以便我們選擇。丨彘:(Wire Label Mode)。線路標簽模式，選中它并單擊文檔區(qū)電路 連線能夠為連線添加標簽。經常與總線配合使用。丨基:(Text

20、Script Mode)。文本模式，選中它能夠為文檔添加文本。丨竹:(Buses Mode)?？偩€模式，選中它能夠在電路中畫總線。關于 總線畫法的詳細步驟與注意事項我們在下面會進行專門講解。丨呂:(Terminals Mode)。終端模式，選中它能夠為電路添加各種終端, 比如輸入、輸出、電源、地等等。丨囹：(Virtual In strume nts Mode)。虛擬儀器模式，選中它我們能夠在區(qū)域中看到很多虛擬儀器，比如示波器、電壓表、電流表等等。關于它們的用法我們會在后面的相應章節(jié)中詳細講述。好了，下面我們就來添加電源。首先點擊呂，選擇終端模式，然 后在元器件瀏覽區(qū)中點擊POWER （電源）

21、來選中電源，通過區(qū)域中 的元器件調整工具進行適當?shù)恼{整，然后就可以在文檔區(qū)中單擊放置電 源了。放置并連接好線路的電路圖一部分如下圖：9RSTL:協(xié)PSEN ALE 孚R110k30.1D11P1.0P1.1P1.2-2LF-REf 3A連接好電路圖以后我們還需要做一些修改。由上圖我們可以看出， 圖中的R1電阻值為10k，這個電阻作為限流電阻顯然太大，將使發(fā)光 二極管 D1 亮度很低或者根本就不亮，影響我們的仿真結果。所以我們 要進行修改。修改方法如下：首先我們雙擊電阻圖標，這時軟件將彈出 “Edit Compo nent”對話框（見下圖所示的對話框），對話框中的 “Compo nent Referer”是組件標簽之意，可以隨便填寫，也可以取默認, 但要注意在同一文檔中不能有兩個組件標簽相同；“Resistanee”就是電 阻值了，我們可以在其后的框中根據需要填入相應的電阻值。填寫時需 注意其格式，如果直接填寫數(shù)字，則單位默認為Q如果在數(shù)字后面加 上K或者k,則表示kQ之意。這里我們填入270,表示270Q。修改好各組件屬性以后就要將程序（HEX文件）載入單片機了。 首先雙擊單片機圖標，系統(tǒng)同樣會彈出