1000000电子仿真技术的发展与应用

1、电子仿真技术的发展与应用摘要：本文综合多种电子仿真软件,论述了电子仿真软件的特点和以 及在电子产品生产制作和教学科研中的应用。介绍了以 MultiSim10 软件为例进行的实验教学方法。描述了对电子仿真技术的前景展望 关键字：电子仿真技术 MultiSim10 实验教学 随着计算机技术的发展，仿真已成为研究电力电子电路的一个主要工具。计算机仿真可以取 代许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力。在验证电力电子电路的正确 性时，最好的方法就是利用计算机仿真。计算机仿真分为实时仿真、动态仿真和CAA。实时仿真是指在计算机上逼真的复现实际 的电子电路的运行过程。动态仿真是在计算机上计算并

2、绘制出电力电子电路的运行波形。CAA 是在计算机上计算并绘制出电力电子电路的某些特性。可以用仿真的方法验证原理和设计性能，实验极限条件下的特殊情况，从而达到以下目的：1、减少设计、研究费用。节约和避免浪费，高效，高利用率，减少损耗、运输和 运行成本。2、缩短设计、研究时间。性能改善，提供观测评估分析能力，减少对抗，预防不 确定和不利情况。3、提高设计可靠性。模拟偶然事件，紧急事件，提高安全性。、电子仿真软件介绍EWB软件，全称为ELECTRONICS WORKBENCH EDA,是交互图像技术有限公司在九 十年代初推出的EDA软件，用于模拟电路和数字电路的混合仿真，利用它可以直 接从屏幕上看到

3、各种电路的输出波形。EWB是一款小巧，但是仿真功能十分强大 的软件。相对其它EDA软件而言，它是个较小巧的软件，只有16M,功能也比较 单一，就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真，但你绝对不可小瞧它，它的仿 真功能十分强大，可以几乎100%地仿真出真实电路的结果，而且它在桌面上提 供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻 辑转换器等工具，它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路 和数字门电路芯片，器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入，在众多的 电路仿真软件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种 工具都在同一个窗口内，未接触

4、过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件， 对于电子设计工作者来说，它是个极好的EDA工具，许多电路你无需动用烙铁就 可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数，只需点点鼠标即可， 它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用。EWB建立在SPICE基础上，它具有以下突出的特点：（1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室 的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿 真需要的测试仪器均可直接 从屏幕上选取；（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显 示测量结果。（3）EWB软件带有丰富的电路元 件库，提供多种电路分析方法。（4）作为设计工具，它可以同其它流

5、行的电路分析、设计和制板软件 交换数据。（5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器 可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况， 熟悉常用电子仪器测量方法。Proteus 软件是英国 Labc enter electronics 公司出版的 EDA 工具软件（ 该软件中国总代 理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能 仿真单片机及 外围器件。它是目前最好的 仿真单片机及外围器件的工具 。虽然目前国 内推广刚起步，但已受 到单片机爱好者、从事单片机教学的 教师、致力于单片机开发 应用的科技工作者的青睐。Proteus

6、是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图 布图、代码调 试到单片机与外围电路协同仿真 ，一键切换到 PCB 设计，真正实现了 从概念到产品 的完整设计。 是目前世界上唯一将电路仿真软件 、PCB 设计软件和虚拟 模型仿真软件三合一的设计平台， 其处理器模型支持 8051 、 HC11 、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33 、AVR、 ARM、8086 和 MSP430 等， 2010 年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续 增加其他系列处理器模型。在编 译方面，它也支 持IAR、Keil和MPLAB等多种编 译器。Proteus软件具有其它EDA

7、工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：原理布图PCB自动或人工布线SPICE电路仿真革命性的特点1 互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM, ROM，键盘，马达，LED, LCD, AD/DA , 部分SPI器件，部分IIC器件。2.仿真处理器及其外围 电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接 在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系 统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发 环境。MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交析、矩阵

8、计算、科学数据可 强大功能集成在一个易于使 必须进行有效数值计算的众 很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分 视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多 用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及 多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在 互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计 算软件的先进水平。特点：1）高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的 数学运算分析中 解脱出来；2）具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可 视化；3）友好的用户界面及接近数学表达式的 自然化语言，使学者易于学习 和掌握；4）功能丰富的应用工具箱（如信

9、号处理工具箱、通信工 具箱等）， 为用户提供了 大量方便实用的处理工具。二、电子仿真软件的特点及作用其一，一款优秀的电子仿真软件备有大量的电子元器件，供你 选用；其二，配备齐全和先进的虚拟仪器、仪表，供你调用测试；其 三，连接仿真电路简单快捷，不需焊接，使用仪器调试不用担心损坏； 其四，还可以利用电子仿真软件进行多种电路或系统分析，比如电路 的直流工作点分析、温度影响分析等等；其五，还可以将所设计的电 子电路内容无缝链接到制版软件中，直接进行电路板制作。用于科研生产，可降低开发成本，提高研发速度，抢占市场 用于教学，降低实验损耗，提高学生学习兴趣，直观观测实验结 果电子仿真软件应用实例，pro

10、teus介绍其使用方法Proteus软件是Labcenter Electronics公司的一款电路设计与仿真软件，它包括 ISIS、ARES等软件模块，ARES模块主要用来完成PCB的设计，而ISIS模块 用来完成电路原理图的布图与仿真。Proteus的软件仿真基于VSM技术，它与 其他软件最大的不同也是最大的优势就在于它能仿真大量的单片机芯片，比如 MCS-51系列、PIC系列等等，以及单片机外围电路，比如键盘、LED、LCD等 等。通过Proteus软件的使用我们能够轻易地获得一个功能齐全、实用方便的单 片机实验室。本文中由于我们主要使用 Proteus 软件在单片机方面的仿真功能， 所以

11、我们重点研究 ISIS 模块的用法，在下面的内容中，如不特别说明 我们所说的Proteus软件特指其ISIS模块。在进行下面的操作前，我先说明一点：我的 Proteus 版本是 7.1 如果你使用的是6.9以前的版本，可能你发现在鼠标操作上会略有不同 这主要表现在 6.9 以前的版本鼠标左右键的作用与一般软件刚好相反， 而 7.0 以后已经完全改过。下面我们首先来熟悉一下Proteus的界面。Proteus是一个标准的Windows 窗口程序，和大多数程序一样，没有太大区别，其启动界面 如下图所示：如图中所示，区域为菜单及工具栏，区域为预览区，区域为 元器件浏览区，区域为编辑窗口，区域为对象拾

12、取区，区域为元 器件调整工具栏，区域为运行工具条。下面我们就以建立一个和我们在 Keil 简介中所讲的工程项目相配 套的Proteus工程为例来详细讲述Proteus的操作方法以及注意事项。首先点击启动界面区域中的“P”按钮（Pick Devices，拾取元器件） 来打开“Pick Devices”（拾取元器件）对话框从元件库中拾取所需的元 器件。对话框如下图所示：Keywords:Match Whol 已 Words?Category:Microprocessor ICsSub-category:Manufacturer:PCB Preview:AT39C51 Preview:DeviceL

13、ib旧甲| 口已呼讪口门AT89C51 ：MCS80518051 Micrucc.r-ituller (4kB code. 33MHz. 2:16-tnt Timers. IJAFIT1Results (8):-E-tiAs哙一-吕一 -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在对话框中的“Keywords ”里面输入我们要检索的元器件的关键词， 比如我们要选择项目中使用的AT 89C51，就可以直接输入。输入以后 我们能够在中间的“Results”结果栏里面看到我们搜索的元器件的结果。 在对话框的右侧，我们还能够看到我们选择的元器件的仿真模型、引脚 以及 PCB 参数。这里有一点需要注意，可能有时候我们选择的元器件并没有仿真模 型，对话框将在仿真模型和引脚一栏中显示“

16、No Simulator Model”（无 仿真模型）。那么我们就不能够用该元器件进行仿真了，或者我们只能 做它的 PCB 板，或者我们选择其他的与其功能类似而且具有仿真模型 的元器件。搜索到所需的元器件以后，我们可以双击元器件名来将相应的元器 件加入到我们的文档中，那么接着我们还可以用相同的方法来搜索并加 入其他的元器件。当我们已经将所需的元器件全部加入到文档中时，我 们可以点击“OK按钮来完成元器件的添加。添加好元器件以后，下面我们所需要做的就是将元器件按照我们的 需要连接成电路。首先在元器件浏览区中点击我们需要添加到文档中的 元器件，这时我们就可以在浏览区看到我们所选择的元器件的形状与方

17、 向，如果其方向不符合你的要求，你可以通过点击元器件调整工具栏中 的工具来任意进行调整，调整完成之后在文档中单击并选定好需要放置 的位置即可。接着按相同的操作即可完成所有元器件的布置，接下来是 连线。事实上 Proteus 的自动布线功能是如此的完美以至于我们在做布 线时从来都不会觉得这是一项任务，而通常像是在享受布线的乐趣。布 线时我们只需要单击选择起点，然后在需要转弯的地方单击一下，按照 你所需走线的方向移动鼠标到线的终点单击即可。本例我们布线的结果 如下图所示（仿真我们在上面的 Keil 操作介绍中的简单例子）。?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因为该工程十分简单，我们没有必要加上复位电路，所以这点在图 中予以忽略，请大家注意。除此以外，你可能还发现，单片机系统没有 晶振，这一点你需注意。事实上在 Proteus 中单片机的晶振可以省略， 系统默认为12MH z,而且很多时候，当然也为了方便，我们只

19、需要取 默认值就可以了。下面我们来添加电源。先说明一点， Proteus 中单片机芯片默认已 经添加电源与地，所以我们可以省略。然后在添加电源与地以前，我们 先来看一下上面第一个图中区域的对象拾取区，我们在这里只说明本 文中可能会用得到的以及比较重要的工具。丨 :(Selection Mode)。选择模式，通常情况下我们都需要选中它，比如布局时和布线时。丨歩：(Component Mode)。组件模式，点击该按钮，能够显示出区域中的元器件，以便我们选择。丨彘:(Wire Label Mode)。线路标签模式，选中它并单击文档区电路 连线能够为连线添加标签。经常与总线配合使用。丨基:(Text

20、Script Mode)。文本模式，选中它能够为文档添加文本。丨竹:(Buses Mode)。总线模式，选中它能够在电路中画总线。关于 总线画法的详细步骤与注意事项我们在下面会进行专门讲解。丨吕:(Terminals Mode)。终端模式，选中它能够为电路添加各种终端, 比如输入、输出、电源、地等等。丨囹：(Virtual In strume nts Mode)。虚拟仪器模式，选中它我们能够在区域中看到很多虚拟仪器，比如示波器、电压表、电流表等等。关于它们的用法我们会在后面的相应章节中详细讲述。好了，下面我们就来添加电源。首先点击吕，选择终端模式，然 后在元器件浏览区中点击POWER （电源）

21、来选中电源，通过区域中 的元器件调整工具进行适当的调整，然后就可以在文档区中单击放置电 源了。放置并连接好线路的电路图一部分如下图：9RSTL:協PSEN ALE 孚R110k30.1D11P1.0P1.1P1.2-2LF-REf 3A连接好电路图以后我们还需要做一些修改。由上图我们可以看出， 图中的R1电阻值为10k，这个电阻作为限流电阻显然太大，将使发光 二极管 D1 亮度很低或者根本就不亮，影响我们的仿真结果。所以我们 要进行修改。修改方法如下：首先我们双击电阻图标，这时软件将弹出 “Edit Compo nent”对话框（见下图所示的对话框），对话框中的 “Compo nent Referer”是组件标签之意，可以随便填写，也可以取默认, 但要注意在同一文档中不能有两个组件标签相同；“Resistanee”就是电 阻值了，我们可以在其后的框中根据需要填入相应的电阻值。填写时需 注意其格式，如果直接填写数字，则单位默认为Q如果在数字后面加 上K或者k,则表示kQ之意。这里我们填入270,表示270Q。修改好各组件属性以后就要将程序（HEX文件）载入单片机了。 首先双击单片机图标，系统同样会弹出