仿真软件在高校电子类课程设计中的应用

摘要：高校电子类课程设计是学生将理论与实践相结合的一个重要环节，针对不同的电子课程使用相关的仿真软件有利于提高学生的设计兴趣和设计效率。

关键词：电子类课程设计；Multisim；Keil+Proteus l；Protel99

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）32-0165-02

一、引言

高校电子类课程是电子信息、通信、电气自动化等工科专业最重要的课程，由于电子类的课程如电路、模拟电路、数字电路、高频电子线路、微机原理以及单片机等学科是多理论多实践性的学科，往往在传统的教学中教师注重理论讲解，由于实验条件的限制，学生也不能及时地验证和应用这些理论知识，即使有课内实验，但实验课时少且一般都使用现成的电子实验箱完成一些验证性实验，使学生达不到很好的实践动手能力，因此，在每门电子类课程结束后，用一到两周的时间由学生根据所学内容完成相关电子类课程的设计对提高学生对电子类课程知识的理解和实践有很大的作用。而在电子类课程设计中，根据课程内容的不同使用相关仿真软件的辅助设计，可以提前预知设计的结果，方便修改参数和改正错误的设计能有效地提高设计效率，降低设计成本等优点。下面将介绍各们电子类课程设计以及适合该们课程相关的仿真软件。

二、电子类课程以及辅助仿真软件

根据电子类课程的特点，分为无需编程的和有需要编程的课程，有需要印制电路板和简单面包板可设计的内容。不同的需要则在进行电子类课程设计的时候使用的辅助软件则不同，下面将分别介绍。

1.无需编程的电子类课程设计和相关的辅助软件。在电子类课程中，电路、模拟电路、数字电路、高频电子线路等课程中不涉及微机控制的电子硬件设计不需要编程，则可以使用Multisim电路仿真软件。Multisim仿真软件是由加拿大Interactive Image Technologies公司基于Windows的电子线路设计工具，后由美国国家仪器公司NI收购，并推出性能更强大的电子线路仿真软件Multisim9～12版本且与Labview完美结合，具有丰富模拟、数字器件、FPGA器件和仪器仪表等仿真元器件，该软件包含电路仿真（Multisim）、PCB设计（Ultiboard）、布线（Ultiroute）以及通信分析与设计（Commsim）四个部分[1]。该软件可以仿真电路里的基本电路分析原理，三相交流电，模拟电子技术中的运算放大电路、滤波、整流、稳压等电路，也可仿真数电里的基本逻辑电路、组合逻辑电路和时序逻辑电路，以及高频电子线路课程中的高频信号的调制解调等电路，其虚拟仪器仪表种类齐全如示波器、函数发生器等，也有强大的电路分析功能，可进行直流工作点分析、瞬态分析、傅里叶分析等。适用于模拟、数字电路的设计与仿真。

2.需编程的电子类课程设计和相关的辅助软件。在电子类课程中，微机原理以及单片机原理与应用的课程设计相对较为基础的模拟电子技术和数字电子技术，要求由软件编程，需要掌握汇编或者C语言等相关的编程语言，针对这样的课程设计，可以使用编程软件Keil+电路仿真软件Proteus。Proteus软件比Multisim在单片机以及微机仿真中具有更完善的性能[2]。Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的是世界上著名的EDA工具。它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。它是目前最好的仿真单片机及器件的工具。从原理图绘制、代码调试到单片机与电路协同仿真，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、MSP430、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[3]。

Keil是一款单片机开发系统平台，支持汇编、C语言、PLM、以及混合编程。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。无需连接单片机硬件而进行纯软件仿真，具有跟踪、调试、复杂断点等功能，能生成在线仿真和烧录到芯片所需的HEX文件等[3]。用Proteus设计电路时，无需画出单片机的最小系统，晶振频率在单片机里手动改变即可。在仿真的时候只需将Keil编译器里调试好的程序生成的HEX文件加载到Proteus的微机芯片上即可，点击仿真按钮，可立即观看到电路的仿真效果图。若进行硬件调试时，只需将Keil编译器生成的HEX文件通过串口调试助手下载到单片机等微机芯片上，即可进行实物的硬件联合软件的调试。有编程软件和微机硬件电路软件的结合，能更好的辅助学生在微机和单片机课程方面的设计，有效提高设计效率和增强学生的兴趣和动手能力。

3.需印制电路板的电子类课程设计。一般电子类课程设计中如果需要印制电路板，如将模拟电路、数字电路或者单片机等相关电路需要印制电路板时，则使用市场上已经十分成熟的Protel软件，其常用的版本有Protel99或Protel200。该软件是Altium公司开发的EDA软件，具有电路原理图设计功能、自动布线功能、原理图混合信号仿真功能、印制电路板设计功能以及PLD设计功能。而Protel2004在内的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能，如拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计以及嵌入式设计集成在一起。Protel在设计电路板方面具有庞大的常用的各种元器件以及相关封装的元件库，随着版本的升级以及各位设计者的填补，元器件库也相应的随电子器件的增加而完善，也可以自己绘制元器件以及相关封装，建立自己常用的元器件库。Protel在PCB制图上面具有其他相关软件无法比拟的功能，设计者将绘制好的电路原理图转换成PCB图，排列好元器件，设计者可以手动或者自动布线，通过了电气规则测试后，即可将PCB图印制成电路板，焊接好元器件，进行电气测试后便可以进行硬件的调试[4]。

三、结论

在电子类课程设计中，根据课程内容的不同使用相关仿真软件的辅助设计，可以预知设计的结果，方便设计中各种元器件参数以及错误设计的修改，能形象生动的跟踪过程，仿真测试通过后再进行实物的硬件和软件设计，将获得事半功倍的效果。克服了传统设计周期长、成本高等缺点，能有效地提高设计的效率和降低设计成本等优点。

参考文献：

[1]黄智伟，李传琦，邹其洪.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]李现国，张艳.Proteus仿真在微机原理及接口技术教学中的应用[J].实验技术与管理，2010，279（12）：125-127.

[3]马华玲，Proteus+keil在单片机教学中的应用[J].高等函授学报，2012，25（4）：26-27.

[4]张瑾，张伟，等.protel99SE入门与提高[M].北京：人民邮电出版社，2007.

作者简介：马华玲（1986-），女，硕士，武昌工学院教师，主要从事电子类课程教学工作。