计算机仿真技术在电子线路实验中的应用

摘 要： 在电子技术实验教学中引入计算机仿真技术，采用开放式的实验教学方法，能有效地提高电子技术实验教学质量。结合实践教学探讨Protel 99SE电路仿真软件在电子技术实验教学中的应用。

关键词： 电路仿真；Protel；实验教学

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0720039-02

随着计算机仿真技术的迅速发展和不断完善，电子线路的设计由原来的人工手段步入电子设计自动化的（EDA）的时代。采用虚拟仿真手段，使电子线路设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、性能分析和测试，直至印刷电路板的自动设计，已成为一种发展的必然趋势。如何将实物实验和理论教学有机结合，一直是个难题。在计算机辅助教学广泛推广的今天，这个问题得到了解决。本人结合多年的教学工作，在这些方面进行了一些探讨，现介绍如下：

1 计算机辅助设计

目前，电子设计自动化（EDA）软件呈现多样化，功能越来越强大完善。流行的通用EDA软件主要有ORCAD、EWB、Protel等，其中ORCAD仿真技术出现早，功能强大，适合于对复杂电路进行全面的分析优化；EWB电子工作台短小精悍，直观易用；Protel综合性好，使用范围最大，普及率高，非常适合作为电路设计和电子线路教学的辅助教学仿真软件。而且，掌握好Protel软件的使用，使学生能为将来的学习和工作打下扎实的基础。实践证明，使用Protel 99SE进行电子线路仿真，使得电子技术实验更加直观，极大的提高教学效果和学生的实验兴趣。

借助计算机辅助设计CAD（computer aided design），可将人的创造能力和计算机的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力很好地结合起来，在开发工程、产品设计中，有许多复杂的数学分析和数值计算任务，需要提出多种设计方案，并进行综合分析比较与优化，还要给出工程图样及生产管理信息等，这些均可以交给计算机完成。设计人员则可对计算、处理的中间结果做出判断、修改，以便更有效地完成设计工作。计算机辅助设计能极大地提高设计质量，减轻设计人员的劳动，缩短设计周期，降低产品成本，为开发新产品和新工艺创造了有利条件。

2 Protel 99SE电路仿真工具

Protel 99SE是目前非常流行的电子线路EDA软件，它不但在绘制原理图、PCB印刷板布线等方面功能完备，而且它为用户提供了功能强大、使用方便的电路仿真工具。它可以对当前所画的电路原理图进行即时仿真，在设计电路的整个过程中都可以仿真查看和分析其性能指标，能及时发现设计中存在的问题并加以改正，从而更好地完成电路设计任务。还能在电子线路教学仿真实验中，将抽象的理论公式和直观实验观察有机结合，极大的提高教学效果。在Protel 99SE中，集成了一个功能强大、支持模数混合信号仿真的工具软件SIM99，它同SCH99紧密结合，使得电路设计者能够在电路原理图上直接进行仿真操作，观察电路工作情况，如检查电路中的错误，修改元件的参数值等，观察欲了解的电路节点信号，最终达到理解电路工作原理的目的，设计出性能优越，功能完善的电路原理图。

Protel 99SE电路仿真软件具有丰富元器件库，包含有各种各样的分立元件和集成电路元件。这些器件库有常用的电阻、电容、二极管、三极管、MOS管、单结晶体管、晶振、开关和变压器等分立元器件，同时还有大量的数字器件和其它集成电路器件，如74系列、CMOS系列、运算放大器、比较器和数/模和模/数转换器（ADC，DAC）等。在Protel 99SE中，使用者可以在图纸的任意位置上放人元器件。元器件的放置方向是任意可调的，其属性是可以编辑的，元器件的属性包括元器件的封装、标号、管脚号定义等只要确定起始点和终止点，Protel99SE就会自动地在原理图上连线，连线可以任意角度切换，使得设计者在设计时更加轻松自如。同时该软件具有丰富的信号源，包括基本信号源、直流源、正弦源、脉冲源、指数源、单频调频源、分段线性源，同时还提供了齐全的线性和非线性受控源。具有足够的仿真模型库，这些器件库有常用的电阻、电容、二极管、三极管、MOS管、单结晶体管、晶振、开关和变压器等分立元器件，同时还有大量的数字器件和其它集成电路器件，如74系列、CMOS系列、运算放大器、比较器和数/模和模/数转换器（ADC，DAC）等。这些元器件可满足用户的一般需求，同时它还提供了一个开放的库维护环境，用户不但可以方便地修改原有器件模型，而且还可以创建新器件模型，以满足设计与实验的需求。Protel 99SE还提供了电气法则测试，在原理图全部设计完成后，为了确定原理图的正确无误，可以执行电气法则测试操作。该操作可以测试用户设计的电路是否存在错误，程序自动进入文本编辑器并生成相应的测试错误报表，系统会在原理图中发生错误的位置设置红色符号，提示错误的位置，方便用户进行修改。改正错误后，再进行电气法则测试，直到报告文件中不出现错误的标记，这样我们完成了初步的电路原理图的设计工作。

Protel 99SE具有很强的电路仿真的功能。它提供了电路仿真波形图察看窗口，能够让用户很方便的对仿真结果进行观察、分析，通过分析结果来判断电路图是否设计合理。Protel SE电路仿真工具具有友好的操作界面，用户无需手工编写电路网表文件，可通过对话框完成电路分析和参数设置，如选择电路分析类型和相关参数设置、仿真所收集的信号与指定显示的波形信号等。可方便地观察波形信号，既可以同时显示多个波形，也可以单独显示某个波形，既可以对波形进行多次局部放大，也可以把两个波形放置于同一个单元格进行显示，以分析比较两者的区别，而为了获得更加精确的信息，也可以方便地打开测量光标来测量波形数值。备有强大的波形信号后处理能力，可以通过各种数学函数（如求绝对值、求导、求对数、求和、求差等）对测出输出波形进行各种分析运算，并创建一新的波形信号。

仿真软件具有功能强大、应用广泛等优点，随着仿真技术的不断发展和完善，它必将影响包括教学等各个领域。