田薇

摘 要 在電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，電子工程設(shè)計(jì)人員都要用到Multisim和Altium Designer軟件。通過雙音報(bào)警器的實(shí)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(jì)性實(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)驗(yàn)

0 引言

在職業(yè)教育教學(xué)中，電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是教學(xué)的重要組成部分，通過實(shí)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(shí)和理論，提高學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)技能水平，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力。但在實(shí)際教學(xué)進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備的限制、電子元器件的缺乏和教學(xué)時(shí)間限制，總會(huì)出現(xiàn)一些問題，比如儀器儀表損壞、電路設(shè)計(jì)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(jì)課程中，開展相關(guān)電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，綜合運(yùn)用了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電子測(cè)量技術(shù)、電路設(shè)計(jì)與制板等課程的知識(shí)。通過Multisim、Altium Designer等軟件加上電路板制作，加深學(xué)生對(duì)電路設(shè)計(jì)、電子技術(shù)、電路板設(shè)計(jì)等方面知識(shí)的理解，提高其實(shí)踐動(dòng)手能力。

本文通過雙音報(bào)警器電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過方案設(shè)計(jì)、虛擬仿真、電路制圖、印制板設(shè)計(jì)與焊接等環(huán)節(jié)的整個(gè)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(jì)實(shí)驗(yàn)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(gè)集成電子電路原理設(shè)計(jì)、電路運(yùn)行和測(cè)試功能于一體的軟件。它能夠讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)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(jì)，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(yùn)行和測(cè)量。該軟件功能強(qiáng)大，幾乎可以完成所有的電子電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，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(jì)。

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(jì)平臺(tái)，用戶可通過該軟件進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計(jì)、PCB的制作，也可以進(jìn)行電路的仿真運(yùn)行。

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

整個(gè)電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，主要步驟：（ 1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，擬定電路設(shè)計(jì)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(yùn)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(jì)圖；（4）生成網(wǎng)絡(luò)表文件，在Altium Designer軟件中打開，設(shè)計(jì)PCB線路；（5）選擇實(shí)物元器件，進(jìn)行焊接安裝；6）實(shí)際電路測(cè)試與驗(yàn)證。

2.1 設(shè)計(jì)要求和工作原理

下面以雙音報(bào)警器電路為例，試用Multisim仿真軟件對(duì)該電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作。為了更能引起人的注意，報(bào)警器經(jīng)常設(shè)計(jì)為雙音交替，如救護(hù)車的警笛聲。使用兩個(gè)555振蕩電路就能實(shí)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(shí)，IC2控制端電位高于（2/3）VCC，此時(shí)振蕩頻率約為600Hz。而當(dāng)IC1輸出為低電位時(shí)，IC2控制端電位低于（2/3）VCC，此時(shí)振蕩頻率約為1000Hz，IC1振蕩頻率為1Hz，這樣揚(yáng)聲器就會(huì)產(chǎn)生每秒交替一次的雙音交替的報(bào)警聲。

2.2 創(chuàng)建仿真電原理圖

如圖1所示為雙音報(bào)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(jì)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(yùn)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(cè)量?jī)x器儀表。

2.3 運(yùn)行仿真，觀察結(jié)果

點(diǎn)擊Multisim工具欄上的仿真運(yùn)行開關(guān)，對(duì)雙音報(bào)警器電路進(jìn)行仿真運(yùn)行。然后雙擊虛擬示波器XSC1，打開信號(hào)波形圖，如圖2?？梢哉{(diào)節(jié)通道的刻度和時(shí)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(gè)插座，用來提供5V電源和接揚(yáng)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(bào)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(shí)元件封裝與我們所用不一樣，因此，需要對(duì)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(jì)

打開Altium Designer軟件，新建一個(gè)PCB格式文件，設(shè)計(jì)電路板規(guī)格大小，打開前述的“雙音報(bào)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(jì)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(cè)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(jī)進(jìn)行電路板刻板，選擇對(duì)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(yáng)聲器，觀察測(cè)試結(jié)果。

3 結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)

[1] 吳瑋瑋.基于Altium Designer的電子產(chǎn)品仿真設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試，2014（S1）.

[2] 熊異.Altium Designer國(guó)際認(rèn)證《電子產(chǎn)品制圖制版》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017（19）.

[3] 楊蕊，王曉燕，楊婷.基于Multisim虛擬仿真技術(shù)的電工電子實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015（10）.

[4] 王爾申，李軒，王相海等.基于Multisim的電工及工業(yè)電子學(xué)課程仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014（10）.

[5] 陶彥輝.Multisim仿真教學(xué)在模擬電子電路中的教學(xué)研究[J].科教文匯（下旬刊），2018（2）.

[6] 潘學(xué)文，趙全友，楊振南.Multisim仿真軟件在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用及效果分析[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（5）.