基于EWB和Labview的电子系统设计研究

【摘要】随着电子信息的快速发展，要求技术人员在设计电子系统时，不仅能作出成品，而且能够在计算机上成功模拟各种工作环境及仪表，仿真出各项性能指标。本文从工程应用中广泛使用的Multisim和Labview出发，详细介绍了各自的优点及应用，探索性的说明了其综合应用，使整个电子设计系统化、简单化，最后举例成功验证了这一设计过程。

【关键词】Multisim；Labview；虚拟仪器

1.引言

EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)技术集计算机技术、电子技术、信号处理技术于一体，是近代电子信息领域发展起来的杰出成果，而相关的EDA软件又代表着电子系统设计的技术潮流。在众多的EDA软件中，各应用软件各有侧重点，例如Multisim侧重仿真，Protel软件侧重于设计PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)，Labview软件侧重于开发虚拟仪器。随着软件版本不断升级，功能和元件库的不断更新，要求各类相关软件之间相互兼容。本文中采用EWB 9和Labview 8.2为例进行介绍。

2.电子系统设计流程

大多数电子系统设计流程都包括总体方案的确定、单元电路设计、参数计算、元器件选择、计算机模拟仿真、实验等步骤。在实际制作和调试中，分为硬件系统和软件调试，硬件系统完成电路的设计，软件设计结合实际硬件动作过程，通过软件控制电路工作。先调试硬件电路，在确保无误的情况下再去调试程序，达到软硬件结合。

3.EWB 9与Labview8.2概述

EWB 9各工具间及与Labview的关系如图1所示。

3.1 Multisim9概述

EWB 9包括Multisim 9、Ultiboard 9、Multi MCU、VHDL/Verilog VHDL四部分[1]。Multisim属于PCB前端设计工具，主要完成电路的输入、仿真，在电路仿真所需元件中，若用到PLD(Programmable Logic Device，可编程逻辑器件)，需调用VHDL/verilog组件；若用到MCU(Micro Controller Unit，微处理单元)时，需调用Multi MCU组件。如果库中没有图2中所示的仪器仪表时，可借助Labview开发虚拟仪器，共同完成电路的前端设计。而PCB后端设计工具—Ultiboard是进行PCB的设计与制作，是实物的最终实现形式，借助于软件可实现电子系统的设计、制作、调试、生产等。

3.1.1 Multisim9软件开发的背景

在科学技术日新月异的背景下，随着教育改革的深入，如何实现教育技术现代化、教学手段现代化已经成为我国教育改革所面临的一个重要课题。目前，在电工电子技术实验教学方面，国内多数高校仍主要采用实物元器件进行硬件连线测试，这种方式在给学生开设一些扩展性、设计性以及综合性试验时将会遇到困难。随着电子和计算机技术的进步，推动了EDA技术的普及与发展，使得电子工程师大量的设计工作可以通过计算机来辅助完成。

3.1.2 Multisim9的特点及应用

Multisim 9具有以下几个特点：

(1)仿真的手段切合实际，选用的元器件和测量仪器与实际情况非常接近，并且仪表和一些元件用3D方法表示，真实、可视、直观。

(2)可以对电路中的元器件设置故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，针对不同故障观察电路的各种状态，从而加深对电路原理的理解。

(3)有多种输入输出接口，与NI相关虚拟仪器软件的完美结合(例如NI Labview 8.2)，可相互转换。Multisim产生的电路文件还可以直接输出至常见的Protel、Tango、Orcad、Ultiboard等印制电路板(PCB)排版软件。

Multisim软件是EWB5.X升级后的版本，在电子技术界也称为“虚拟实验室”软件，利用完善的数据库，它可完成常见电路的仿真，包括电路基础、模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理及应用、PLD/CPLD/FPGA、PLC、自动控制技术、传感器、电力电子技术等课程的大部分实验。利用该软件的基本分析方法和高级分析方法可实现对电路在不同因素下的工作过程，比如在温度、误差等影响下的数据，并以此作为维护和改进电路的重要依据。

3.2 Labview 8.2概述

Labview 8.2操作界面如图3所示。

3.2.1 软件开发的背景

随着科学技术的不断发展和进步，从最初使用的模拟指针式电表，后来发展到数字式电表，然后又有智能化仪表。而虚拟仪器是基于计算机的仪器，具体是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件和操作系统为依托，实现各种仪器功能。今后，虚拟仪器仪表技术必将由于计算机的普及而得到迅速发展。

LabVIEW(Laboratory Virtual Inst-rument Engineering)，可以理解为实验室虚拟仪器集成环境，它是一种用图形来编程的语言，所以称为“G”语言(Graph图形)。“C”语言是用的字符代码来编程的，用LabVIEW的“G”语言编程，基本上可以不写代码，而是用工程师们所熟悉的图标和框图来“绘制”程序流程图，显得生动和形象。掌握了LabVIEW软件编程技术，再将计算机的屏幕作为虚拟仪器的硬件，人们就可以随心所欲地“制造”出自己所需要的各种高性能测量仪器[2]。

3.2.2 Labview的应用

利用现代化的教学手段建立虚拟仪器，它的效果和实验室的结果基本一样，却可以节约人力、财力、物力，而且能节省时间，达到事半功倍的作用。有时，在实验室、生产车间和生产现场，为完成某项测试和维修任务，通常需要许多仪器，如：示波器、万用表、频谱分析仪等等。但是由众多的仪器构成的测试系统，价格昂贵、体积庞大、连接和操作复杂，测试效率低。而利用PC机资源(处理器、存储器、显示器等)、仪器硬件(传感器、信号调理器等)和数据采集、过程通讯、信号处理及图形用户界面的应用软件有效的结合，将根据需要在个人计算机上设计出具有特定功能的仪器，再加上协议等，就可实现设备和PC机的通信，常用的软件即是Labview。

4.Multisim 9与Labview 8的通信及应用实例

4.1 相互通信

在使用Multisim 9仿真电路时，需调用虚拟仪器完成数据的测量。但有时库中没有所需仪器，用户必须自定义仪器的功能和实现形式，然后嵌入到仿真电路中去，都要借助于Labview来实现。电路仿真过程中，保存的仪表数据为Labview Measurements File(*.lvm)，可作为源文件被Labview应用[3]。

在Mulitisim 9元件库中，有通过Labview提供的四种仪器，分别是麦克风、扬声器、信号发生器、信号分析仪。用户可调用库中仪器的模板进行自定义VI(虚拟仪器)。

4.2 应用实例

下面以Binary-Weighted-Input DAC(权电阻网络D/A转换器)电路图为例，详细说明Multisim 9和Labview 8.2的应用，以及后续和其它软件的兼容[4][5]。

4.2.1 Multisim画图，仿真波形图，前端输入发(如图4、5所示)

4.2.2 调用库中模板，创建VI

数/模转换器的输出需要四路输入信号，例如D0—D3。考虑到库中元件和仪器的具体情况，采用Labview 8.2，作出信号发生器XLV1—XLV4[6]，如图6所示。

4.2.3 利用Transfer功能，做成PCB，3D视图

完成电路的仿真后，借助于Multisim的传送功能，得到Protel PCB(*.NET)等文件，也可直接导入到Ultiboard 9中完成印制电路板的设计，如图7、8所示。

5.结论

从以上分析和实践表明，Multisim和Labview的结合可使电子系统设计更加简单化，提高了效率。再利用Labview的各种通信协议，可实现电子系统和生产设备之间的相互通信，实现了网络化。随着软件版本的不断升级，元件库和功能的不断完善，各软件之间的相互兼容，比如在转换到PCB软件的过程中，出现的网络表(Netlist)错误、封装(Footprint)错误等一些问题将会得到解决，真正实现了电子电路仿真、设计、制板一体化。

参考文献

[1]路而红.虚拟电子实验室—Multisim7 & Ultiboard7[M].北京:人民邮电出版社,2005:1-3.

[2]陈宏希.Labview8.0入门与提高篇[M].北京:中国石化出版社,2009:2-8.

[3]郭锁利,刘延飞.基于Multisim 9的电子系统设计、仿真、与综合应用[M].北京:人民邮电出版社,2008:286-291.

[4]康华光.电子技术基础(数字部分)[M].北京:高等教育出版社，2004:389-393.

[5]李良荣.EWB9电子设计技术[M].北京:机械工业出版社,2007:232-235.

[6]陈隆道,周剑,许昌.虚拟仪器—测试技术的新领域[J].科技通报,1999,(1):24-29.

[7]王执泉.基于Web服务的虚拟仪器[J].仪表技术,2003,(2):3 7-39.

作者简介：高志伟（1985—），男，河南嵩县人，工学学士，周口科技职业学院电子工程系助教，研究方向：电子电路仿真与设计。