Multisim和Altium Designer在電子設(shè)計實驗中的應(yīng)用

田薇

摘 要 在電子線路設(shè)計實驗中，電子工程設(shè)計人員都要用到Multisim和Altium Designer軟件。通過雙音報警器的實例說明了Multisim11進(jìn)行仿真分析和Altium Designer制板的具體方法，介紹了Altium Designer制板和Multisim仿真的接口技術(shù)。通過在電子課程設(shè)計性實驗教學(xué)中Multisim虛擬仿真和Altium Designer制板的應(yīng)用，提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 Multisim Altium Designer 電子設(shè)計實驗

0 引言

在職業(yè)教育教學(xué)中，電子設(shè)計實驗是教學(xué)的重要組成部分，通過實踐操作幫助學(xué)生更好地理解和掌握電子技術(shù)方面的專業(yè)知識和理論，提高學(xué)生動手能力和實驗技能水平，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。但在實際教學(xué)進(jìn)行電子電路設(shè)計實驗時，因為實驗設(shè)備的限制、電子元器件的缺乏和教學(xué)時間限制，總會出現(xiàn)一些問題，比如儀器儀表損壞、電路設(shè)計不完整、元器件燒毀等，導(dǎo)致教學(xué)達(dá)不到預(yù)定的目標(biāo)，也不能完成既定的教學(xué)任務(wù)。

在我院電子信息工程技術(shù)專業(yè)電子設(shè)計課程中，開展相關(guān)電子設(shè)計綜合實驗實訓(xùn)，綜合運用了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電子測量技術(shù)、電路設(shè)計與制板等課程的知識。通過Multisim、Altium Designer等軟件加上電路板制作，加深學(xué)生對電路設(shè)計、電子技術(shù)、電路板設(shè)計等方面知識的理解，提高其實踐動手能力。

本文通過雙音報警器電路的設(shè)計與實現(xiàn)，經(jīng)過方案設(shè)計、虛擬仿真、電路制圖、印制板設(shè)計與焊接等環(huán)節(jié)的整個過程，介紹了由Multisim11電路仿真到Altium Designer電路制板的工作流程以及Altium Designer和Multisim電路的接口技術(shù)。在電子設(shè)計實驗中，若將兩者軟件結(jié)合使用，能收到很好的效果。

1 Multisim 11和Altium Designer介紹

電子電路仿真軟件MUltisim 11是一個集成電子電路原理設(shè)計、電路運行和測試功能于一體的軟件。它能夠讓學(xué)生在計算機中選擇所需的電子元器件，進(jìn)行電路連接，完成電子電路的設(shè)計，并提供了齊全的儀器儀表比如萬用表、示波器、直流電源、邏輯分析儀等進(jìn)行仿真運行和測量。該軟件功能強大，幾乎可以完成所有的電子電路設(shè)計實驗，還可以輸出Protel格式的網(wǎng)絡(luò)表文件，將網(wǎng)絡(luò)表文件發(fā)送到Altium Designer中進(jìn)行電路板設(shè)計。

Altium Designer是在Protel軟件基礎(chǔ)上發(fā)展而來的集成化的電路板設(shè)計平臺，用戶可通過該軟件進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計、PCB的制作，也可以進(jìn)行電路的仿真運行。

2 “Multisim 仿真設(shè)計、Altium Designer制板、實物制作”的應(yīng)用

整個電子設(shè)計實驗中，主要步驟：（ 1）根據(jù)設(shè)計要求，擬定電路設(shè)計方案；（2）選定所需元器件，在Multisim仿真軟件中進(jìn)行連接；（3）仿真運行，調(diào)整電路元器件參數(shù)，反復(fù)調(diào)整，得到最終電子線路設(shè)計圖；（4）生成網(wǎng)絡(luò)表文件，在Altium Designer軟件中打開，設(shè)計PCB線路；（5）選擇實物元器件，進(jìn)行焊接安裝；6）實際電路測試與驗證。

2.1 設(shè)計要求和工作原理

下面以雙音報警器電路為例，試用Multisim仿真軟件對該電路進(jìn)行設(shè)計和制作。為了更能引起人的注意，報警器經(jīng)常設(shè)計為雙音交替，如救護(hù)車的警笛聲。使用兩個555振蕩電路就能實現(xiàn)這種雙音交替振蕩，IC2為振蕩電路，其控制端受IC1振蕩電路輸出的控制。當(dāng)IC1輸出為高電位時，IC2控制端電位高于（2/3）VCC，此時振蕩頻率約為600Hz。而當(dāng)IC1輸出為低電位時，IC2控制端電位低于（2/3）VCC，此時振蕩頻率約為1000Hz，IC1振蕩頻率為1Hz，這樣揚聲器就會產(chǎn)生每秒交替一次的雙音交替的報警聲。

2.2 創(chuàng)建仿真電原理圖

如圖1所示為雙音報警器電路圖。在Multisim軟件中，在元件工具欄中進(jìn)行元器件的選擇，將元件放置到設(shè)計區(qū)域，用導(dǎo)線連接，注意電源和地的放置。放置過程中可進(jìn)行元件參數(shù)的修改，比如電阻、電容值的改變。在電路中放置示波器儀器以便進(jìn)行電路仿真運行。整體上，創(chuàng)建仿真電路原理圖步驟為：新建原理圖文件；選擇和放置元器件；元件連接；放置測量儀器儀表。

2.3 運行仿真，觀察結(jié)果

點擊Multisim工具欄上的仿真運行開關(guān)，對雙音報警器電路進(jìn)行仿真運行。然后雙擊虛擬示波器XSC1，打開信號波形圖，如圖2。可以調(diào)節(jié)通道的刻度和時基，使顯示的波形更清晰合適，便于觀察。

2.4 生成網(wǎng)絡(luò)表文件

為了制作PCB板，將仿真電路圖里的示波器刪除，增加兩個插座，用來提供5V電源和接揚聲器，如圖3所示。然后在Multisim 11環(huán)境中選擇“轉(zhuǎn)換/轉(zhuǎn)換到其他PCB軟件”命令，選擇文件保存類型為Protel（*.net），取名為“雙音報警器.net”保存為可兼容于Protel軟件的網(wǎng)絡(luò)表文件。但是由于Multisim在繪制原理圖時元件封裝與我們所用不一樣，因此，需要對輸出的網(wǎng)絡(luò)表進(jìn)行修改。555芯片的封裝改為DIP-8，電阻和插座封裝為AXIAL-0.4，極性電容的封裝為RB7.6-15，其他電容為RAD-0.3。

2.5 PCB 設(shè)計

打開Altium Designer軟件，新建一個PCB格式文件，設(shè)計電路板規(guī)格大小，打開前述的“雙音報警器.net”網(wǎng)絡(luò)表文件，可看到PCB中有了相應(yīng)的元器件，并相互間有飛線連接。在此基礎(chǔ)上，調(diào)整元器件的位置，設(shè)計線寬后使用導(dǎo)線進(jìn)行布線，生成PCB圖，如圖4。注意，電源和地線要適當(dāng)加寬。

2.6 電路焊接，測試結(jié)果

在條件允許的情況下，按照Altium Designer的PCB印制板圖，使用雕刻機進(jìn)行電路板刻板，選擇對應(yīng)的元器件進(jìn)行焊接或使用洞洞板裝配元器件進(jìn)行焊接，并接入電源和揚聲器，觀察測試結(jié)果。

3 結(jié)束語

在電子設(shè)計課程中，對于電子設(shè)計實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，采用Multisim進(jìn)行電路仿真設(shè)計、Altium Designer進(jìn)行PCB制板、選擇元器件焊接進(jìn)行實物制作，能讓課堂變得更加生動活潑，讓學(xué)生更好地運用所學(xué)的知識，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力和創(chuàng)新能力，大大提高電子設(shè)計課程的教學(xué)效果，提高職業(yè)教育人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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