廖先元

(重慶鐵路運(yùn)輸高級技工學(xué)校 重慶 400037)

電子信息類專業(yè)及電氣控制類專業(yè)教師掌握一種電路仿真軟件的熟練使用，對教學(xué)、電路設(shè)計起到十分重要的作用，職業(yè)教育中，教師掌握一種仿真軟件的操作，便能如同帶學(xué)生到實驗室參加實驗一樣，同時有些仿真軟件提供了真實的儀器、儀表，能夠促進(jìn)學(xué)生掌握電路分析、電子線路相關(guān)波形分析、數(shù)字電路輸入、輸出邏輯關(guān)系，對教學(xué)可起到事半功倍的效果[1]。

目前，市場上出現(xiàn)的電路仿真軟件較多，各自具有許多優(yōu)點，它們的諸多優(yōu)點可總結(jié)如下：

1.電子電路仿真軟件一般都有海量而齊全的電子元器件庫和先進(jìn)的虛擬儀器、儀表，方便使用者隨時調(diào)用，十分方便仿真電路和測試電路工作狀態(tài)。

2.仿真電路的連接簡單快捷智能化，不需焊接，使用儀器調(diào)試不用擔(dān)心損壞及接線錯誤，參數(shù)設(shè)置錯了，可重新再來，能夠大大減少設(shè)計時間及節(jié)約成本，縮短電路開發(fā)周期。

3.電子電路仿真軟件可進(jìn)行多種準(zhǔn)確而復(fù)雜的電路分析，節(jié)省時間，減少運(yùn)算量。

隨著電子電路仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，許多公司推出了各種功能先進(jìn)、性能強(qiáng)勁的仿真軟件。既然它們能百家爭鳴，那么肯定是在某些方面各有優(yōu)劣的。

下面就針對幾款主流電子電路仿真軟件的優(yōu)缺點進(jìn)行比較。

一、Multisim

圖1 電流串聯(lián)負(fù)反饋電路分析

在模電、數(shù)電的復(fù)雜電路虛擬仿真方面，Multisim是當(dāng)之無愧首選仿真軟件之一。它提供了形象極其真實的虛擬儀器，操作界面直觀，與Windwos或Office操作界面十分相似，便于使用者操作，調(diào)用相關(guān)元器件及儀器儀表，同時它有專業(yè)的界面和分類，強(qiáng)大而復(fù)雜的功能，對數(shù)據(jù)的計算方面極其準(zhǔn)確。我指導(dǎo)學(xué)生參加電子競賽的時候，直接引導(dǎo)學(xué)生使作此款軟件，尤其是做模擬電子方向的題目。Multisim不僅支持MCU，還支持匯編語言和C語言為單片機(jī)注入程序，并有與之配套的制版軟件NI Ultiboard10，可以從電路設(shè)計到制板layout一條龍服務(wù)。

Multisim的缺點是，軟件過于龐大，對MCU的支持不足，制板等附加功能比不上其他的專門的軟件，后升級的Multisim增了許多功能，如新型的基于原理圖的可編程設(shè)計、更加豐富的元器件庫，元器件庫包含了世界主流制造商提供的超過16000種元器件、提供更加豐富實用的電路分析方法、更強(qiáng)的模擬仿真功能，新增了AC單頻分析（Single Frequency AC Analysis）功能、強(qiáng)大的LabView自定義儀器等，讓此款軟件功能更加強(qiáng)大，使用起來更得心應(yīng)手[2]。

上圖中就是用Multisim7.0實現(xiàn)對串聯(lián)負(fù)反饋電路進(jìn)行分析，觀察引入負(fù)饋和不引入負(fù)饋對電路放大倍數(shù)Au幅度大小的影響。

圖2 Multisim提供的儀表工具欄

為便于分析電路，Multisim提供了數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、瓦特表、邏輯轉(zhuǎn)換儀、失真分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀和頻譜分析儀，方便使用者根據(jù)電路要求進(jìn)行調(diào)用。

二、Tina

圖3 十進(jìn)制計數(shù)器電路仿真

Tina的界面簡單直觀，元器件不算多，但是分類很好，而且TI公司的元器件最齊全。在比賽時經(jīng)常用到TI公司的元器件，當(dāng)在Multisim找不到對應(yīng)的器件時，我們就會用到Tina來仿真。

Tina的缺點是，功能相對較少，對TI公司之外的元器件支持較少。

三、Proteus

圖4 示計數(shù)器仿真實例分析

Proteus是一款集電路仿真、PCB設(shè)計、單片機(jī)仿真于一體的軟件，它不僅含有大量的基于真實環(huán)境的元器件，支持眾多主流的單片機(jī)型號及通用外設(shè)模型，還能提供最優(yōu)秀的實時顯示效果，它的動態(tài)仿真是基于幀和動畫的，因此，提供更好的視覺效果。Proteus支持單片機(jī)匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內(nèi)帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如IAR、Keil和Hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試。

Proteus的缺點是，對電路的數(shù)據(jù)計算方面不足。

四、Cadence

圖5 PCB板仿真

Cadence收購并整合了Pspice的功能，涵蓋了電子設(shè)計的整個流程，包括系統(tǒng)級設(shè)計，功能驗證，IC綜合及布局布線，模擬、混合信號及射頻IC設(shè)計，全定制集成電路設(shè)計，IC物理驗證，PCB設(shè)計和硬件仿真建模等。Cadence是對復(fù)雜EDA設(shè)計的首選。

Cadence的缺點是，操作較為復(fù)雜，比較適合復(fù)雜板的開發(fā)。

五、Matlab仿真工具包Simulink

圖6 通信系統(tǒng)仿真框圖

目前，大型科學(xué)計算與仿真軟件Matlab已經(jīng)配備了電力系統(tǒng)工具包，這使得Matlab可以用于電力電子仿真，同時配備有數(shù)字信號處理（DSP Blocks）工具包、定點處理（Fix Point Blocks）工具包、通信系統(tǒng)（Comm）工具包。PowerSystem的仿真是基于Matlab的Simuilnk圖形環(huán)境，因而使用起來與PSpiee一樣方便。Simulink是Matlab軟件包中最重要的功能模塊之一，是交互式、模塊化的建模和仿真的動態(tài)分析系統(tǒng)。在電力電子領(lǐng)域，通常利用Simulink建立電力電子裝置的簡化模型（如基頻模型）并連接成系統(tǒng)，即可直接進(jìn)行控制器的設(shè)計和仿真。Simulink對C語言代碼提供了很好的支持，而且既可以工作在交互式圖形環(huán)境下，也可以工作在Matlab指令語言模式的批處理模式下。

Matlab是基于理想化功率元器件和功能模塊的仿真工具。Matlab的強(qiáng)大數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，使得PowerSystem的控制功能非常卓越，尤其是利用其他相關(guān)的工具包，電路可以實現(xiàn)極為細(xì)致控制而不需花費(fèi)很大的精力。使用Matlab的另外好處是：其數(shù)據(jù)處理十分有效、精細(xì)，運(yùn)行速度較快；其數(shù)據(jù)的格式兼容性十分好，便于數(shù)據(jù)的后處理與分析，尤其是控制特性的研究分析。

Matlab的Simulink缺點：目前的PowerSystem是基于一般電路元件的模型以及數(shù)學(xué)模塊（例如傳遞函數(shù)）來進(jìn)行仿真的，與實際元件的參數(shù)有差別，仿真的結(jié)果與實際電路有一定距離，其結(jié)果的參考意義主要體現(xiàn)在電路的總體與系統(tǒng)上。其中的開關(guān)和控制單元大量使用了理想元件，其中的開關(guān)控制器只要直接與開關(guān)相連即可，不用考慮電平移動?；竞雎粤藢嶋H開關(guān)的暫態(tài)過程描述?？偠灾?，Matlab是對理想模型的仿真，不能考慮非理性狀態(tài)下的情況[4]。

六、Altium Designer

圖7 PCB板電路實例仿真分析

Altium Designer除了全面繼承包括Protel 99SE、Protel DXP在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能。該平臺拓寬了板級設(shè)計的傳統(tǒng)界面，全面集成了FPGA設(shè)計功能和SOPC設(shè)計實現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計人員能將系統(tǒng)設(shè)計中的FPGA與PCB設(shè)計及嵌入式設(shè)計集成在一起[3]。

Altium Designer主要用于原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB繪制編輯，也是電賽必備軟件。

Altium Designer 的缺點是對復(fù)雜板的設(shè)計不及Cadence。

以上就是針對Multisim、Tina、Proteus、Matlab、Altium Designer四種電路設(shè)計仿真軟件的分析比較，根據(jù)不同用途及開發(fā)電路的復(fù)雜程度，針對具體情況不一樣，結(jié)合自己的專業(yè)領(lǐng)域選取不同的仿真軟件，節(jié)省電路開發(fā)時間，提高工作效率。