《電子CAD》第2版 第一單元

主編：張兆河孫立津2023-6《電子CAD》第2版第一單元電子線路EDA入門了解EDA概念及其重要發(fā)展階段，熟悉EDA工具軟件的分類，初步熟悉并掌握PSpice、Multisim、Proteus等各種電路仿真軟件的原理圖建立及仿真運(yùn)行操作方法。熟悉各種仿真軟件工作環(huán)境及常規(guī)元器件庫(kù)操作。通過(guò)對(duì)幾個(gè)典型電子線路任務(wù)的原理圖仿真編輯與操作，掌握常用電子元器件具體屬性的編輯、仿真儀器儀表的運(yùn)行和相關(guān)交直流參數(shù)分析。初步掌握各種仿真軟件仿真文件的常規(guī)保存操作，能進(jìn)行自定義設(shè)置，養(yǎng)成個(gè)性化保存文件的工作習(xí)慣。第一單元電子線路EDA入門1．掌握常見(jiàn)仿真軟件的啟動(dòng)與退出操作。2．熟悉典型電子線路仿真操作的一般設(shè)計(jì)過(guò)程。3．掌握典型電子線路原理圖建立與編輯方法。4．學(xué)會(huì)典型電子線路仿真運(yùn)行、調(diào)試的操作方法。5．初步掌握常見(jiàn)數(shù)字萬(wàn)用表、示波器等虛擬儀器儀表的使用。6．逐步掌握利用仿真軟件所得相關(guān)交直流參數(shù)進(jìn)行電路初步分析的能力。第一單元電子線路EDA入門增強(qiáng)電子技術(shù)信息意識(shí)，發(fā)展分層思維。增強(qiáng)軟件中英文識(shí)別與應(yīng)用能力。促進(jìn)仿真電子線路參數(shù)、電子儀器等軟件數(shù)字化學(xué)習(xí)能力。增強(qiáng)單片機(jī)芯片類應(yīng)用的信息意識(shí)與理實(shí)一體化設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力。了解中國(guó)EDA技術(shù)方面的快速發(fā)展，增強(qiáng)民族自豪感。深刻認(rèn)識(shí)CAD技術(shù)對(duì)國(guó)家先進(jìn)制造業(yè)的重要性，增強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新自信。強(qiáng)化電子技術(shù)信息社會(huì)責(zé)任。貫徹黨的二十大精神，自覺(jué)踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀。第一單元項(xiàng)目一EDA技術(shù)概述項(xiàng)目分類項(xiàng)目二項(xiàng)目三習(xí)題實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目一項(xiàng)目一EDA技術(shù)概述（1）了解EDA概念及其重要發(fā)展階段。（2）熟悉EDA工具軟件的分類。什么是EDA？EDA是ElectronicDesignAutomation的縮寫，其含義是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化?！?xiàng)目一EDA技術(shù)概述中國(guó)EDA技術(shù)的發(fā)展EDA技術(shù)貫穿集成電路設(shè)計(jì)及制造所有流程，堪稱“芯片之母”。當(dāng)前，中國(guó)EDA企業(yè)發(fā)展既受到美國(guó)禁令的阻礙，又被國(guó)際巨頭的商業(yè)策略（價(jià)格）等方面干擾，行業(yè)發(fā)展非常不易。

2021年3月，國(guó)家《十四五規(guī)劃》將集成電路位列7大科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)的第3位，并明確指出重點(diǎn)攻關(guān)集成電路設(shè)計(jì)工具（EDA）。項(xiàng)目一EDA技術(shù)概述EDA工具軟件分類EDA工具軟件可大致分為芯片設(shè)計(jì)輔助軟件、可編程芯片輔助設(shè)計(jì)軟件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助軟件三大類。在我國(guó)具有廣泛影響的系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助軟件和可編程芯片輔助設(shè)計(jì)軟件有Protel99SE、ProtelDXP2004、AltiumDesigner**、OrCADPSpice、Multisim、Proteus、MATLAB、CadenceAllegro等。

從EDA行業(yè)本身情況來(lái)看，國(guó)產(chǎn)EDA企業(yè)雖然在全流程產(chǎn)品上和海外巨頭還有不小差距，但在產(chǎn)品工藝、技術(shù)分析等細(xì)分領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)，相關(guān)功能已與國(guó)際成熟產(chǎn)品接近，工具功能強(qiáng)大，已經(jīng)擁有多項(xiàng)EDA軟件技術(shù)、工具和特定領(lǐng)域的設(shè)計(jì)技術(shù)，如華大九天、廣立微、弗摩電子、概倫電子等數(shù)家具有創(chuàng)新能力的EDA企業(yè)。項(xiàng)目一任務(wù)一EDA技術(shù)緒論讀中學(xué)

利用EDA工具軟件，電子設(shè)計(jì)工程師可以從概念、算法、協(xié)議等開(kāi)始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或PCB版圖的整個(gè)過(guò)程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理完成?；仡欕娮釉O(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展歷程，可將EDA技術(shù)分為三個(gè)主要發(fā)展應(yīng)用階段。（1）20世紀(jì)70年代為CAD階段。（2）20世紀(jì)80年代為CAE階段。（3）20世紀(jì)90年代為EDA階段。項(xiàng)目一任務(wù)二EDA工具軟件分類讀中學(xué)

電子線路設(shè)計(jì)與仿真工具，包括PSpice、Multisim、MATLAB、SystemView、Proteus、QuartusII等，下面簡(jiǎn)單介紹其中三款軟件。（1）PSpice。（2）Multisim軟件。（3）Proteus軟件。

PCB設(shè)計(jì)軟件，PCB（Printed-CircuitBoard）中文叫印制電路板，設(shè)計(jì)軟件種類很多，如Protel99SE、ProtelDXP2004、AltiumDesigner**（**--年份）、CadenceSPB、CadenceOrCADCapturePCBEditor（OrCADCapture）配合Layout，等等。項(xiàng)目一任務(wù)二EDA工具軟件分類讀中學(xué)

（1）應(yīng)用極為廣泛的Protel產(chǎn)品。

Protel公司（現(xiàn)為Altium有限公司）軟件較早在國(guó)內(nèi)使用，普及率相對(duì)較高。它簡(jiǎn)單易學(xué)，適合初學(xué)者，占用系統(tǒng)資源不多，對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求較低?，F(xiàn)在一般中高職院校普遍使用的還是Protel99SE或ProtelDXP2004。Altium公司于2020年重磅發(fā)布了AltiumDesigner20，之后，公司于2023年3月，發(fā)布AltiumDesigner23.2。帶來(lái)了更加先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和協(xié)作功能，幫助設(shè)計(jì)人員持續(xù)創(chuàng)造尖端電子技術(shù)。包括三個(gè)主要方面。

AltiumDesigner主要用于原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯，也是電賽必備軟件。AltiumDesigner的缺點(diǎn)是對(duì)復(fù)雜板的設(shè)計(jì)不及Cadence。項(xiàng)目一任務(wù)二EDA工具軟件分類讀中學(xué)

（2）Cadence產(chǎn)品。

Cadence是全球EDA軟件領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一，擁有PSpice/Allegro/OrCAD/virtuoso等眾多知名軟件。公司軟件產(chǎn)品利用定制/模擬工具幫助工程師設(shè)計(jì)構(gòu)成芯片級(jí)系統(tǒng)(SoCs）芯片的晶體管、標(biāo)準(zhǔn)單元和IP模塊。

Cadence的缺點(diǎn)是，操作較為復(fù)雜，不適合中高職學(xué)生學(xué)習(xí)和使用，比較更適合電子專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行復(fù)雜板的開(kāi)發(fā)。項(xiàng)目二典型電子線路仿真設(shè)計(jì)（1）熟悉PSpice、Multisim典型電路原理圖編輯與仿真操作過(guò)程。（2）掌握三極管仿真應(yīng)用電路的原理圖編輯和運(yùn)行分析操作方法。（3）掌握數(shù)碼顯示計(jì)數(shù)器的組成，能夠放置常見(jiàn)元件對(duì)象并進(jìn)行仿真操作。仿真設(shè)計(jì)步驟主要有哪些？項(xiàng)目二典型電子線路仿真設(shè)計(jì)PSpice8.X的主要優(yōu)點(diǎn)

PSpice可以對(duì)電路進(jìn)行各種分析。如直流靜態(tài)工作點(diǎn)、直流掃描分析、交流掃描分析、瞬態(tài)分析、溫度特性分析，靈敏度分析、蒙特卡羅分析等。項(xiàng)目二典型電子線路仿真設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)如何選用軟件？（1）模擬/數(shù)字電路的精確仿真使用Multisim。

（2）普通PCB設(shè)計(jì)使用Protel（或AltiumDesigner)。項(xiàng)目二任務(wù)一共射極放大電路PSpice仿真做中學(xué)

以典型電子線路中分壓式共射極放大電路仿真設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)分析。（1）啟動(dòng)PSpice，打開(kāi)編輯器Schematics，如下圖1-2-1所示。

圖1-2-1電路圖編輯器Schematics界面項(xiàng)目二任務(wù)一共射極放大電路PSpice仿真（2）添加晶體三極管器件，更改模型屬性。（3）注意修改Q1的放大倍數(shù)Bf，將其設(shè)置為50。如下圖1-2-3所示。項(xiàng)目二任務(wù)一共射極放大電路PSpice仿真（4）同理添加電阻元件，并修改其參數(shù)。（5）同理添加電容元件，并修改其參數(shù)。（6）添加其他的元器件及電源等。如直流電壓源（VCC）、正弦瞬態(tài)源（VSIN）、連接器（BUBBLE）、地（EGND），并設(shè)置其參數(shù)屬性。

最后調(diào)整各個(gè)元器件位置，并用導(dǎo)線連接。電路編輯器最后編輯的電路圖如圖1-2-4所示。項(xiàng)目二任務(wù)一共射極放大電路PSpice仿真最后編輯的電路圖如圖1-2-4所示。項(xiàng)目二任務(wù)一共射極放大電路PSpice仿真（7）靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置與直觀分析。如圖1-2-5所示。項(xiàng)目二任務(wù)一共射極放大電路PSpice仿真（8）設(shè)置完成后，單擊“Analysis”→“Simulate”菜單命令，在PSpiceA/D計(jì)算完成后，就可以看電路的靜態(tài)工作點(diǎn)了。項(xiàng)目二任務(wù)二計(jì)數(shù)顯示電路Multisim仿真做中學(xué)

設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)碼顯示電路，其功能是對(duì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)（0～9）進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)，并通過(guò)譯碼顯示電路將所計(jì)的脈沖顯示出來(lái)。操作開(kāi)關(guān)J1將74LS00D的引腳每接地一次，即對(duì)74LS161D輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，74LS161D（能記錄輸入脈沖個(gè)數(shù)，故將其稱為計(jì)數(shù)器）的輸出就遞增1，最后由74LS48D譯碼芯片連接數(shù)碼管顯示輸出。項(xiàng)目二任務(wù)二計(jì)數(shù)顯示電路Multisim仿真做中學(xué)

（1）啟動(dòng)Multisim10軟件，如圖1-2-7所示，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)建立名為“Circuit1”的仿真電路原理圖。項(xiàng)目二任務(wù)二計(jì)數(shù)顯示電路Multisim仿真做中學(xué)

(2)-(14)完成計(jì)數(shù)數(shù)碼顯示電路各個(gè)電子元器件添加與位置放置。最后，單擊“File”→“Save”菜單命令，保存文件名為“計(jì)數(shù)顯示”，此時(shí)計(jì)數(shù)數(shù)碼顯示電路電子元器件準(zhǔn)備完成，如圖1-3-13所示。項(xiàng)目二任務(wù)二計(jì)數(shù)顯示電路Multisim仿真做中學(xué)

最終完成全部導(dǎo)線連接。按電路仿真運(yùn)行快捷鍵F5或仿真工具欄中的運(yùn)行開(kāi)關(guān)，進(jìn)入Multisim系統(tǒng)仿真運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)仿真電路初始運(yùn)行效果如圖下圖所示。項(xiàng)目二任務(wù)二計(jì)數(shù)顯示電路Multisim仿真做中學(xué)

電路添加仿真示波器。然后，仿真運(yùn)行電路。結(jié)果如下圖所示。項(xiàng)目三Proteus仿真電路設(shè)計(jì)（1）初步認(rèn)識(shí)Proteus軟件編輯環(huán)境，了解其常規(guī)編輯操作方法。（2）熟悉并掌握基本單片機(jī)電路的原理圖編輯及仿真運(yùn)行操作。Proteus單片機(jī)仿真電路設(shè)計(jì)一般流程是什么？項(xiàng)目三Proteus仿真電路設(shè)計(jì)Proteus常見(jiàn)的電子元器件大類Proteus常見(jiàn)的電子元器件大類見(jiàn)表1-3-1。項(xiàng)目三Proteus仿真電路設(shè)計(jì)Proteus電路仿真窗口主要組成ProteusV7.8SP2軟件啟動(dòng)后界面如圖1-3-1所示。項(xiàng)目三任務(wù)一雙音LED報(bào)警器電路仿真做中學(xué)

參考《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》《單片機(jī)一體化應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)》等教材中相關(guān)555芯片設(shè)計(jì)的555報(bào)警器設(shè)計(jì)，列出本任務(wù)--雙音LED報(bào)警器電路設(shè)計(jì)元器件清單見(jiàn)表1-3-2。項(xiàng)目三任務(wù)一雙音LED報(bào)警器電路仿真做中學(xué)（1）雙擊桌面“ProteusISIS”圖標(biāo)，啟動(dòng)Proteus7.8Professional。（2）單擊左側(cè)預(yù)覽窗口下方的（即挑選元件）按鈕，顯示如圖1-3-2所示的全部大類庫(kù)窗口。項(xiàng)目三任務(wù)一雙音LED報(bào)警器電路仿真做中學(xué)

（3）查找電子元器件及添加到編輯環(huán)境的操作。首先添加“555”芯片，在如圖1-3-2所示的對(duì)話框中，在關(guān)鍵字交互框中輸入“555”，系統(tǒng)自動(dòng)顯示查找的相關(guān)結(jié)果，如圖1-3-3所示。項(xiàng)目三任務(wù)一雙音LED報(bào)警器電路仿真做中學(xué)（4）在圖1-3-3所示對(duì)話框的結(jié)果區(qū)域中單擊選擇“NE555”器件，再單擊“確定”按鈕，返回仿真原理圖編輯環(huán)境，移動(dòng)鼠標(biāo)到圖紙的合適位置，單擊左鍵，將其放置在圖紙上，同時(shí)在元件列表框中出現(xiàn)了“555”，結(jié)果如圖1-3-4所示。。（5）依次放置VCC電源、接地端、電阻、電容等元器件至圖形編輯窗口，完成雙音LED報(bào)警器電路電子元器件準(zhǔn)備。（6）導(dǎo)線連接各個(gè)電子元器件。項(xiàng)目三任務(wù)一雙音LED報(bào)警器電路仿真做中學(xué)（7）雙擊各個(gè)元器件默認(rèn)標(biāo)號(hào)，進(jìn)行具體編號(hào)設(shè)置。（8）添加數(shù)字電壓表、四通道示波器。（9）示波器導(dǎo)線連接。如下圖所示。項(xiàng)目三任務(wù)一雙音LED報(bào)警器電路仿真做中學(xué)（10）單擊圖形編輯窗口左下角的仿真運(yùn)行按鈕，計(jì)算機(jī)揚(yáng)聲器發(fā)出有節(jié)奏的“嗒嗒”的報(bào)警器聲，LED彩燈配合著閃亮。項(xiàng)目三任務(wù)二愛(ài)心彩燈單片機(jī)電路仿真做中學(xué)本任務(wù)采用ProteusV8.1版本，并完成設(shè)計(jì)、調(diào)試及仿真運(yùn)行。（1）啟動(dòng)ProteusV8.1軟件，如圖1-3-13所示軟件運(yùn)行窗口。此版本較ProteusV7.8變化較大。項(xiàng)目三任務(wù)二愛(ài)心彩燈單片機(jī)電路仿真做中學(xué)（2）新建愛(ài)心彩燈設(shè)項(xiàng)目文件。（3）單擊“下一步”，在“新建工程向?qū)А睂?duì)話框中，單擊“從選中模板中創(chuàng)建原理圖”，如圖1-3-16所示，單擊選定“DEFAULT”項(xiàng)。（4）單擊“下一步”按鈕，單擊“不創(chuàng)建PCB布版設(shè)計(jì)”選項(xiàng)。項(xiàng)目三任務(wù)二愛(ài)心彩燈單片機(jī)電路仿真做中學(xué)（5）單擊“下一步”按鈕，單擊“沒(méi)有固件項(xiàng)目”選項(xiàng)。（6）單擊“下一步”按鈕,顯示“新建工程向?qū)А偨Y(jié)”對(duì)話框。（7）單擊“完成”按鈕，進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境。項(xiàng)目三任務(wù)二愛(ài)心彩燈單片機(jī)電路仿真做中學(xué)（8）具體進(jìn)行愛(ài)心彩燈單片機(jī)仿真電路具體設(shè)計(jì)。首先添加單片機(jī)芯片AT89C52，添加LED發(fā)光二極管，添加電阻（排阻），添加終端模式中的VCC電源，并合理擺放，并按教材進(jìn)行相關(guān)步驟編輯操作，結(jié)果如圖所示。項(xiàng)目三任務(wù)二愛(ài)心彩燈單片機(jī)電路仿真做中學(xué)

重點(diǎn)步驟：?jiǎn)螕糁饕Ｐ椭械倪B線標(biāo)號(hào)模式標(biāo)簽按鈕，將光標(biāo)移動(dòng)到RN0右側(cè)導(dǎo)線適當(dāng)位置，出現(xiàn)紅色標(biāo)記位時(shí)，松開(kāi)鼠標(biāo)，在連線標(biāo)號(hào)字符串中輸入“P00A”（含義為單片機(jī)P0第0個(gè)引腳標(biāo)記為A，下面單片機(jī)端口連線標(biāo)號(hào)依次類推。）結(jié)果如圖1-3-26/27所示，分別建立端口電氣連接。項(xiàng)目三任務(wù)二愛(ài)心彩燈單片機(jī)電路仿真做中學(xué)

重點(diǎn)步驟：接下來(lái)完成另外三個(gè)排阻RN1、RN2、RN3的添加與導(dǎo)線及連接標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)添加另外31個(gè)LED及對(duì)應(yīng)的連接標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)，愛(ài)心彩燈單片機(jī)電路整體設(shè)計(jì)完成結(jié)果如圖1-3-28所示。項(xiàng)目三任務(wù)二愛(ài)心彩燈單片機(jī)電路仿真做中學(xué)

重點(diǎn)步驟：建立愛(ài)心彩燈單片機(jī)仿真目標(biāo)程序。KeilC程序操作過(guò)程詳見(jiàn)數(shù)字化資源庫(kù)。右擊AT89C52芯片，在快捷菜單中選擇“編輯屬性”，在其對(duì)話框中，單擊“ProgramFile”項(xiàng)