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摘 要:介绍了EDA软件Multisim和Protel的特点及其在《数字电子技术》课程设计中的应用。通过一个具体实例—— 电子拔河游戏装置在课程设计中的成功应用,表明此两款EDA软件在数字电子课程设计中有具有设计方便、仿真效果直观等优点,取得了较好的教学效果。详细介绍了此实例的电路设计、Multisim仿真、Protel电路原理图及PCB板图等设计流程,也可作为实用电路设计的参考。
关键词:Multisim Protel 数字电子技术 课程设计
中图分类号:J2-39 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)07(b)-0190-02
1 在《數字电子技术》课程设计中引入EDA软件的必要性
随着现代电子技术的高速发展,《数字电子技术》课程在教学过程中既需要在有限的课堂时间内向学生传授一定的理论知识,又需要在实践教学环节中给学生充分发挥动手能力的实践空间[1]。特别是在课程设计过程中,由于设计周期短(一般两周时间)且学生缺乏实际设计经验,设计过程中时感觉困惑的地方很难及时解决,极大的打击了学生的创作积极性,实际效果并不是太好。然而引入EDA软件之后,通过计算机强大的辅助设计计算能力,可以大大提高电路设计的效率和准确性,并且通过仿真,学生可以根据需要任意调整所设计电路的各项参数,极大提高学生的学习兴趣和实践教学的教学效果。
2 具体设计实例—— 电子拔河游戏装置
为了详细说明Multisim和Protel软件在《数字电子技术》课程设计中的应用,本文以电子拔河游戏装置作为一个具体实例。在整个课程设计中,要求学生独立完成绝大部分的设计工作,电路的形式、参数可以有所区别,关键是掌握数字电子电路的设计思想和设计流程。在电子拔河游戏装置这个课程设计实例的设计过程中,具体分为电路初步设计、Multisim电路仿真、Protel电路原理图绘制、Protel电路PCB板图设计、电路制板、电路板焊接调试等步骤。整个设计流程可以让学生初步掌握数字电子电路设计的设计思想和一般方法,也可作为日后实用电路设计的参考。
2.1 电路初步设计
在电子拔河游戏装置中,用9个发光二极管排列成一行作为拔河绳,开机后只有中间一个二极管点亮,以此作为拔河的中心线,游戏双方各持一个按键,迅速不断地按键产生脉冲,亮点向按得快的一方移动,每按一次,亮点移动一次。当移到一方终端二极管点亮时就胜出,此时双方按键均无作用,输出保持,只有经复位后才使亮点恢复到中心线。电路中用到的主要数字器件有CC40193、CC4081、CC4011、CC4514、CC4518和CC4030等,按电路的功能主要分为编码电路、整形电路、译码电路、控制电路、胜负显示和复位电路共6个电路模块。其中编码电路用到的主要器件是CC40193(双时钟二进制同步加/减计数器);整形电路用到的主要器件是CC4081和CC4011(门电路);译码电路用到的组要器件是CC4514(4线-16线译码器);控制电路用到的主要器件是CC4030和CC4011(门电路);胜负显示电路用到底主要器件是CC4518(BCD译码器);复位电路通过CC40193的清零端实现复位功能。在学生的设计过程中,应指导学生按照电路的功能分块设计、分块仿真,当所有的功能模块都仿真正确后,再组合起来进行整体调试仿真。
2.2 Multisim电路仿真验证
电路经初步设计后,采用Multisim软件进行仿真,验证电路原理是否正确。这样就可以在不需要制做实际电路的情况下快速检查出电路设计中可能存在的错误或不足,节省大量人力物力和时间,极大提高了工作效率[2]。在课程设计过程中,应指导学生采取先部分后整体的设计方法,先仿真各功能电路模块,然后再组合成一个整体,一定不要刚开始就把整个电路完全画好后再进行仿真,否则出现错误时查找起来会很困难。用Multisim绘制的仿真电路如图1所示。
2.3 Protel电路原理图和PCB板图设计
电路经过初步设计和Multisim仿真调试后,改正了可能出现的错误和不足,并将各项电路参数进行优化[3],基本确定了设计方案。然后通过Protel软件设计电路原理图和PCB板图。用Protel绘制PCB板图时应注意,电源线和地线要尽量粗一点,信号线在拐角处尽量大于90度,避免走90度角或锐角。
2.4 电路板制板及焊接
电路PCB板图绘制好后,电路板的制做有几种方法:(1)利用热转印法进行腐蚀工艺制做,优点是制做方便、成本低廉,缺点是制做精度较低。(2)利用PCB雕刻机进行雕刻,优点是加工较精细,缺点是雕刻机成本较高。(3)送到PCB板加工厂制做,优点是制做精良,缺点是加工数量较少时费用较高。由于本次课程设计中需制做到电路板数量较大,综合考虑以上因素,采用了第三种方法进行制做,做好的电路板实物图如图2所示。
2.5 电路板的焊接及调试
在教师的指导下,学生逐步完成电路板的焊接和调试。在这个过程中,注意对学生实际动手能力的训练,从元器件的选取、判断好坏、按电路功能分块焊接和调试,直至最后实现电子拔河装置的总体功能。
3 结语
在《数字电子技术》课程设计的实践教学环节中,通过引入Multisim和Protel等EDA软件进行辅助设计,不仅能极大提高设计效率和成功率,还能激发学生的学习兴趣和创新能力,教学效果得到了明显提高。并且这些设计思想、设计流程和设计方法可以应用于日后工作中的实用电路设计中,有很强的实际应用价值。
参考文献
[1] 王守增,米洪.EDA软件Multisim2001在电子技术教学中的应用探讨[J].电脑知识与技术,2005(1):85～87.
[2] 张政.基于Multisim的四人表决电路设计[J].2008(4):71.
[3] 张永生.电子设计自动化[M].北京:中国电力出版社,2008:7～11.
关键词:Multisim Protel 数字电子技术 课程设计
中图分类号:J2-39 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)07(b)-0190-02
1 在《數字电子技术》课程设计中引入EDA软件的必要性
随着现代电子技术的高速发展,《数字电子技术》课程在教学过程中既需要在有限的课堂时间内向学生传授一定的理论知识,又需要在实践教学环节中给学生充分发挥动手能力的实践空间[1]。特别是在课程设计过程中,由于设计周期短(一般两周时间)且学生缺乏实际设计经验,设计过程中时感觉困惑的地方很难及时解决,极大的打击了学生的创作积极性,实际效果并不是太好。然而引入EDA软件之后,通过计算机强大的辅助设计计算能力,可以大大提高电路设计的效率和准确性,并且通过仿真,学生可以根据需要任意调整所设计电路的各项参数,极大提高学生的学习兴趣和实践教学的教学效果。
2 具体设计实例—— 电子拔河游戏装置
为了详细说明Multisim和Protel软件在《数字电子技术》课程设计中的应用,本文以电子拔河游戏装置作为一个具体实例。在整个课程设计中,要求学生独立完成绝大部分的设计工作,电路的形式、参数可以有所区别,关键是掌握数字电子电路的设计思想和设计流程。在电子拔河游戏装置这个课程设计实例的设计过程中,具体分为电路初步设计、Multisim电路仿真、Protel电路原理图绘制、Protel电路PCB板图设计、电路制板、电路板焊接调试等步骤。整个设计流程可以让学生初步掌握数字电子电路设计的设计思想和一般方法,也可作为日后实用电路设计的参考。
2.1 电路初步设计
在电子拔河游戏装置中,用9个发光二极管排列成一行作为拔河绳,开机后只有中间一个二极管点亮,以此作为拔河的中心线,游戏双方各持一个按键,迅速不断地按键产生脉冲,亮点向按得快的一方移动,每按一次,亮点移动一次。当移到一方终端二极管点亮时就胜出,此时双方按键均无作用,输出保持,只有经复位后才使亮点恢复到中心线。电路中用到的主要数字器件有CC40193、CC4081、CC4011、CC4514、CC4518和CC4030等,按电路的功能主要分为编码电路、整形电路、译码电路、控制电路、胜负显示和复位电路共6个电路模块。其中编码电路用到的主要器件是CC40193(双时钟二进制同步加/减计数器);整形电路用到的主要器件是CC4081和CC4011(门电路);译码电路用到的组要器件是CC4514(4线-16线译码器);控制电路用到的主要器件是CC4030和CC4011(门电路);胜负显示电路用到底主要器件是CC4518(BCD译码器);复位电路通过CC40193的清零端实现复位功能。在学生的设计过程中,应指导学生按照电路的功能分块设计、分块仿真,当所有的功能模块都仿真正确后,再组合起来进行整体调试仿真。
2.2 Multisim电路仿真验证
电路经初步设计后,采用Multisim软件进行仿真,验证电路原理是否正确。这样就可以在不需要制做实际电路的情况下快速检查出电路设计中可能存在的错误或不足,节省大量人力物力和时间,极大提高了工作效率[2]。在课程设计过程中,应指导学生采取先部分后整体的设计方法,先仿真各功能电路模块,然后再组合成一个整体,一定不要刚开始就把整个电路完全画好后再进行仿真,否则出现错误时查找起来会很困难。用Multisim绘制的仿真电路如图1所示。
2.3 Protel电路原理图和PCB板图设计
电路经过初步设计和Multisim仿真调试后,改正了可能出现的错误和不足,并将各项电路参数进行优化[3],基本确定了设计方案。然后通过Protel软件设计电路原理图和PCB板图。用Protel绘制PCB板图时应注意,电源线和地线要尽量粗一点,信号线在拐角处尽量大于90度,避免走90度角或锐角。
2.4 电路板制板及焊接
电路PCB板图绘制好后,电路板的制做有几种方法:(1)利用热转印法进行腐蚀工艺制做,优点是制做方便、成本低廉,缺点是制做精度较低。(2)利用PCB雕刻机进行雕刻,优点是加工较精细,缺点是雕刻机成本较高。(3)送到PCB板加工厂制做,优点是制做精良,缺点是加工数量较少时费用较高。由于本次课程设计中需制做到电路板数量较大,综合考虑以上因素,采用了第三种方法进行制做,做好的电路板实物图如图2所示。
2.5 电路板的焊接及调试
在教师的指导下,学生逐步完成电路板的焊接和调试。在这个过程中,注意对学生实际动手能力的训练,从元器件的选取、判断好坏、按电路功能分块焊接和调试,直至最后实现电子拔河装置的总体功能。
3 结语
在《数字电子技术》课程设计的实践教学环节中,通过引入Multisim和Protel等EDA软件进行辅助设计,不仅能极大提高设计效率和成功率,还能激发学生的学习兴趣和创新能力,教学效果得到了明显提高。并且这些设计思想、设计流程和设计方法可以应用于日后工作中的实用电路设计中,有很强的实际应用价值。
参考文献
[1] 王守增,米洪.EDA软件Multisim2001在电子技术教学中的应用探讨[J].电脑知识与技术,2005(1):85～87.
[2] 张政.基于Multisim的四人表决电路设计[J].2008(4):71.
[3] 张永生.电子设计自动化[M].北京:中国电力出版社,2008:7～11.