EDA在电子实践课程中的应用

周德林

摘要

结合项目教学模式，利用MultiSim和Ultiboard完成EDA实践的全程训练，由学生完成从电路原理仿真验证、印制电路板设计制作，到元器件检测、焊接、安装、调试的产品设计制造全过程，达到培养同学们工程实践能力的目的，更能激发学习电子的兴趣。

【关键词】EDA MultisimUltiboad 项目教学模式 仿真 PCB

随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，利用计算机进行电子电路的辅助设计与制作逐步成为电子专业实践课程的趋势。EDA软件有多种，其中美国国家仪器公司（NI）的Multisim和Ultiboard是交互式SPICE仿真和电路分析的典型软件，专用于原理图绘制、交互式仿真、电路板设计和集成测试。这个平台将虚拟仪器技术的灵活性扩展到了电子设计者的工作台上，弥补了测试与设计功能之间的缺口。

使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim能让用户能很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这样更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，让用户可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

Ultiboard印制板设计软件则可以很好地与Multisim串联使用完成印制板设计，Ultiboard为用户在做PCB设计时的布板布线提供了一个易于使用的直观平台。整个设计的过程从布局、元器件摆放到布铜线都在一个灵活设计的环境中完成，使得操作速度和控制都达到最优化。拖放和移动元器件以及布铜线的速度在Ultiboard得到了显著提高。这些功能的增强都使从原理图到实际电路板的转换变得更便捷，也使最后的PCB设计质量得到很大提高。

下面结合项目教学模式，介绍利用Multisim和Ultiboard完成EDA实践的全程训练，由学生完成从电路原理仿真验证、印制电路板设计制造直到元器件检测、焊接、安装、调试的产品设计制造全过程，达到培养同学们工程实践能力的目的。

1 电路原理图分析与绘制

图1为控制电路原理图，主要工作原理是利用74LS112双JK触发器、74LS192十进制计数器构成的交通灯控制，通过绘制原理图，让学生对电路原理及电路元件有初步的认识与理解。

Multisim具有直观、方便的操作界面，创建电路、选用元器件和虚拟测试仪器等均可直接从屏幕图形中选取，而且提供的虚拟测试仪器非常齐全，其外观与实物外形基本相似，操作这些虚拟设备如同操作真实的设备一样。

2 电路仿真

选择合适的脉冲频率，仿真前要进行相关设置，按下电源开关进行仿真，每个方向倒计数30秒，由绿灯经黄灯变红灯，然后另一个方向倒计数30秒。

3 元器件封装的修改

由于multsim版本软件采用了IPC封装格式，所以大部分元件需要手动修改其封装，下表为电路中需要修改的元器件封装及修改类型。

为了向Ultiboard印制板设计软件传送数据，在绘制仿真原理图的基础上要做适当的修改：将不在印制板上的元件去除;采用真实元件及其真实封装;少数特殊器件需要采用相应的封装来代替，以便能顺利向Ultiboard传递数据。

4 原理图数据传递、设置参数、元器件布局与PCB输出

将经过以上修改的电路图数据传输到Ultiboard，点击菜单命令Transfer→Transferto Ultiboard，Ultiboard会自动建立一个项目（文件扩展名为ewnet），选择新项目的存放路径和项目文件名，点击保存。从存放位置双击打开刚新建立的项目，在弹出的对话框中，选择线宽不小于40mil，避让距离10mil，确认后在弹出的对话框，选择所有网点，点击确认。

设置印制板尺寸：点击Place菜单→Shape→Rectangle，在黑色区域拖动鼠标左键绘制一矩形外框，在界面右下角观察X、Y坐标，调整矩形外框尺寸与位置，找到合适的元器件摆放位置区域，使印制板尺寸不大于82×55mm。

设定印制板设计规则：点击“Edit”菜单一“Propertiers”选项，选择Grid&units页按照下图设置单位制和格点。其中VisibleGrid：20mil;Component Grid：50mil;CopperGrid：25mil.选择Copper Layers页，设置印制板相关参数。Layer Pairs：1，表示一对板层。因为我们要求设置成单面板，故需要在AllowRouting中编辑Copper Top层，将Routable选项划掉，只允许在Bottom层布线。

如果在Multisim传递过来的数据中，元器件的连接有误时，可能菜单命令Tools→Netlist Editor网点编辑进行修改，而无需重新传递数据。

参照原理图中的连接关系，拖动元件形成布局图，使用Autoroute菜单的Start/ResumeAutorouter命令进行自动布线。自动布线完成后可进行DRC检查，并可用手工对自动布线结果进行适当调整，如加粗线宽、加大焊盘、改变引线走向、大面积接地等，使印制板具有工艺性。

按上面的设置要求，经过PCB设计、调整得到PCB电路。

5 电路板制作与整机装配、调试

5.1 印制板制作

PCB电路图设计好，按照热转印法通过激光打印机先将图形打印到热转印纸上，再通过热转印机将图形“转印”到敷铜板上，形成由墨粉组成的抗腐蚀图形，再经蚀刻后即可获得所需印制板图形。其中热转印纸是具有耐高温（180.5℃）不粘连特性的转印媒介;热转印机是实现“热转印”的设备。热转印工艺的关键是热转印温度，它是由机内的微电脑精确控制的。只要激光打印机性能保证，采用热转印法可获得足够精度和接近专业品质的印制板。

5.2 印制板安裝

按照元器件检测与安装的步骤，安装前先对元器件进行测试，测试无问题后再进行元器件的焊接。

5.3 整机装配与调试

由于电子制作过程中无丝印层，在整机装配时没有装配图，我们可以对复制PCB电路图至WORD中，将颜色进行适当设置，打印出来作为装配图，安装时就能方便检查与调试。

从以上实例中，可以看出，用Multisim和Ultiboad进行电子制作非常方便，动手实践过程明了，劳动成果明显。利用EDA技术对电子实践教学是一种很好的辅助手段，还能为学生进行综合性、创造性动手实践提供更广阔的空间。

6 结语

随着EDA技术应用的推广和深入，还能在电子工程、信息工程、电气工程、自动控制等领域的辅助教学中发挥重要作用，为学生的学习提供更智能的帮助，也能让学生感受与体验电子产品设计、研发、生产全过程。

参考文献

[1]郑步生，吴渭.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用[M].电子工业出版社，2002.

[2]彭华林，李仁发等《虚拟电子实验平台应用技术[M].湖南科学技术出版社，1999.

[3]章忠全.电子技术基础实验与课程设计[M].中国电力工业出版社，1999.

[4]Interactive Image Technology Ltd，Multisim V7 User Guide[M].Canada，2003.