1.3计算机辅助设计电路图

高二年级劳动技术教学设计

第一章电子技术基础

第三节计算机辅助设计电路图

一、教学设计思路

设计依据：Electronic Workbench（EWB）软件是专门用于电子电路仿真的“虚拟电子工作台”软件。EWB软件可以看到电路工作的实际效果，测量电路的有关参数，激发学生的学习兴趣，有利于学生对电路的认识、理解。使用EWB软件对学生来说，不存在搞坏仪器的风险，也就没有了做不成功的心理负担，学生就能更大胆的去尝试、去实验，有利于学生更好的去研究问题、探讨问题。

基本设计思路：学生运用EWB软件进行简单的电路绘制和仿真试验，初步熟悉EWB软件的操作界面和基本功能，通过直观感性的认识，激发学生学习电子技术的兴趣，消除初次接触电子技术带来的陌生和困惑，了解电路工作的基本原理；运用EWB提供的虚拟实验测量仪器，以比实验室中更灵活的方式进行电路实验，测试和记录仿真电路的运行情况和数据，熟悉常用电子仪器测量方法；根据不同学习进度和特点，以实例设计为基础，引导学生将基本电路知识和EWB软件综合运用，进行简单的电路改进和设计。

教学内容包括：初步熟悉EWB软件的操作界面和基本功能；熟悉常用电子仪器测量方法；运用EWB 软件，进行简单电路实例的改进和设计。

本节内容安排4课时。

二、教学目标

1、知识与技能

（1）了解EWB软件的发展概况、界面窗口和基本功能。

（2）初步学会运用EWB软件绘制简单的虚拟电路，初步学会使用虚拟实验仪器对工作电路进行数据测量和分析。

（3）初步学会运用基本电路和EWB软件的知识，进行简单的电路改进和设计。

2、过程与方法

（1）通过EWB软件的界面窗口的认识，学会使用元素库的基本元件图绘制基础电路图。

（2）通过虚拟实验测量仪器的使用，初步学会虚拟电子仪器的测量方法。

（3）通过对简单电路的改进设计体验，初步学会运用EWB软件构建、调试和设计简单的电子电路。

3、情感、态度与价值观

（1）通过直观感性的认识，了解电子电路的工作原理，初步形成研究问题、探讨问题的能力。

（2）通过对简单电路的改进设计体验，初步形成创新思维的意识。

三、教学重点与难点

重点：运用软件绘制简单的虚拟电路，记录、测量、分析工作电路的相关数据

难点：综合运用EWB软件，进行简单的电路改进和设计

四、教学器材

教具：EWB作品、相关课件

学具：计算机、 EWB软件。

五、教学流程

六、教学过程

（一）情景引入

1、了解EWB发展历史: EWB即虚拟电子工作平台，它是一种在广为应用的优秀计算机仿真设计软件，

被誉为“计算机里的电子实验室”。辅助设计在生活、科研、工农业生产及军事等领域都有着广泛的应用。虚拟实验室是利用计算机仿真技术，在计算机上学习电工学、电路理论、模拟电子技术、数字电子技术，并进行电路设计、仿真调试等等仪器在实验室完成的实验。只要我们拥有一台计算机加一套电子仿真软件再加一本虚拟实验教程，我们就相当于拥有一个设备先进的电子实验室。以虚代实、以软代硬使得电子设计变成了一件轻松愉快的事情。

2、了解EWB基本界面：

（1）EWB的主界面：启动后可以看到其主窗口如下

从图中可以看出，EWB模仿了一个实际的电子试验台。主窗口中最大的区域是电路工作区，在这里进行电路的连接和测试。工作区的上面是菜单栏、工具栏和元件库栏，从菜单栏可以选择电路连接、实验所需的各种命令。工具栏包含了常用的操作命令按钮。元器件库栏包含了电路试验所需的各种元器件与测试仪器，通过鼠标操作即可方便的使用各种命令和试验设备。按下“启动／停止”开关或“暂停／恢复”按钮可以方便的控制试验的进程。一个元器件丰富仪器设备齐全、电路连接方便的虚拟电子实验台展现在我们的眼前。

（2）EWB的工具栏

工具栏中从左到右各个按钮的名称及其功能如下：

刷新———清除电路工作区，准备生成新电路；

打开———打开电路文件；

存盘———保存电路文件；

打印———打印电路文件；

剪切———剪切至剪切板；

复制———复制到剪切板；

粘贴———从剪切板粘贴；

旋转———将选中的元件逆时针旋转90度；

水平反转———将选中的元件水平反转；

垂直反转———将选中的元件垂直反转；

子电路———生成子电路；

分析图———调出分析图；

元件特性———调出元件特性对话框；

缩小———将电路图缩小一定比例；

放大 ——— 将电路图放大一定比例；

缩放比例 ——— 显示电路图的当前缩放比例，并可下拉出缩放比例选择框； 帮助 ——— 调出与选中对象有关的帮助内容。

（3）EWB 的元器件库栏

EWB 提供了非常丰富的元器件库和各种常用测试仪器，给电路仿真实验带来了极大的方便，元件库栏中的元件库从左到右依次如下：自定义器件库；信号源库；基本器件库；二极管库；晶体管库；模拟集成电路库；混合集成电路库；数字集成电路库；逻辑门电路库；数字器件库；指示器件

库；控制器件库；其他器件库；仪器库。

3、 明确EWB 软件学习的基本目标：初步熟悉EWB 软件的操作界面和基本功能，并运用EWB 软件，进

行简单电路实例的改进和设计。

（二）、技能学习：（EWB 的基本操作）

1、 启动进入EWB 实体设计软件界面。

2、 进入新的设计环境后，让学生仔细观察界面窗口的几个部分，特别是菜单栏、工具栏和元件库栏

的各个部分，可以让学生根据他们已有的计算机知识猜测其功能和作用，教师进行演示证实。 3、 教师绘制简单的电路图，讲解EWB 软件中的一些常识性概念。 4、 运用EWB 提供的虚拟仪器进行电路测量和数据分析练习。

仿真实例:共发射极单级放大电路的仿真 （1）电路的创建：电路图如下图示。采取前文提到的方法

连接电路、设置元器件参数并连接仪器，同时设置连接到示波器输入端的导线为不同颜色，这样可区分两路不同的波形。

（2） 电路文件的保存：电路创建好以后可将其保存，以备

调用。

（3）电路的仿真实验

①双击有关仪器的图标打开其面板，准备观察被测试点的波形。

②按下电路启动/停止开关，仿真实验开始。如果要使实验过程 暂停，可单击右上角的Pause （暂停）按钮，再次单击Pause 按钮，实验恢复运行。 ③调整示波器的时基和通道控制，使波形显示正常。一般情况下，示波器连续显示并自动刷新所测量的波形。如果希望仔细观察和读取波形数据，可以设置Analysis/Analysis

Options/Instruments 对话框中Pause after each screen （示波器屏幕满暂停）选项。

④从波特图仪的面板上观测电路的幅频特性和相频特性。如果对波特图仪面板参数进行修改，修改后建议重新启动电路，以保证曲线的精确显示。

（4）电路的描述：选择Window/Description 命令可打开电路描述窗口，可以在改窗口中输入有关实验

电路的描述内容。

（5）实验结果输出的主要指标： ①最终测试电路的保存。

②输出电路图或仪器面板（包括显示波形）到其它文字或图形编辑软件，这主要用于实验报告的编写。该操作可通过选择Edit/Copy as Bitmap 命令来完成，具体操作方法请参阅EWB 的帮助文件。

③打印输出。

5、 学生动手实践，重复教师操作步骤，体验熟悉EWB 软件中的一些常识性概念。

（三）应用拓展

1、运用已学知识根据下图，运用EWB软件绘制出该桥式整流电路：

2、选择数字多用表，分别测量变压器初级线圈两端的电压、次级线圈两端的电压和负载电阻两端的

电压，记录测量的数据。

3、分析处理数据验证桥式整流电路的功能。

4、与半波整流电路的输出电压的波形进行比较，分析它们的不同处，比较优缺点。

七、教学参考

软件简介

随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。

电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些特点：

（1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；

（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。

（3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。

（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。

（5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。

因此非常适合电子类课程的教学和实验。这里，我们向大家介绍EWB软件的初步知识，基本操作方法，内容仅限于对含有线性RLC元件及通用运算放大器电路的直流、交流稳态和暂态分析。更深入的内容将在后续课程中介绍。

EWB 基本操作方法介绍

（一）创建电路:

1、元器件操作

元件选用：打开元件库栏，移动鼠标到需要的元件图形上，按下左键，将元件符号拖拽到工作区。

元件的移动：用鼠标拖拽。

元件的旋转、反转、复制和删除：用鼠标单击元件符号选定，用相应的菜单、工具栏，或单击右键激活弹出菜单，选定需要的动作。

元器件参数设置：选定该元件，从右键弹出菜单中选Component Properties可以设定元器件的标签（Label）、编号（Reference ID）、数值（Value）和模型参数（Model）、故障（Fault）等特性。

2、导线的操作

主要包括：导线的连接、弯曲导线的调整、导线颜色的改变及连接点的使用。

连接：鼠标指向元件的端点，出现小园点后，按下左键并拖拽导线到另一个元件的端点，出现小园点后松开鼠标左键。

删除和改动：选定该导线，单击鼠标右键，在弹出菜单中选delete 。或者用鼠标将导线的端点拖拽离开它与元件的连接点。

3、电路图选项的设置

Circuit/Schematic Option对话框可设置标识、编号、数值、模型参数、节点号等的显示方式及有关栅格（Grid）、显示字体（Fonts）的设置，该设置对整个电路图的显示方式有效。其中节点号是在连接电路时，EWB自动为每个连接点分配的。

（二）使用仪器

电压表和电流表

从指示器件库中，选定电压表或电流表，用鼠标拖拽到电路工作区中，通过旋转操作可以改变其

引出线的方向。双击电压表或电流表可以在弹出对话框中设置工作参数。电压表和电流表可以多次选用。

数字多用表

数字多用表的量程可以自动调整。下图是其图标和面板。

其电压、电流档的内阻，电阻档的电流和分贝档的标准电压值都可以任意设置。从打开的面板上选Setting 按钮可以设置其参数。

示波器

示波器为双踪模拟式，其图标和面板如下图所示。

其中：

Expand ---- 面板扩展按钮；

Time base ---- 时基控制；

Trigger ---- 触发控制；包括：

①Edge ---- 上（下）跳沿触发

②Level ---- 触发电平

③触发信号选择按钮：Auto（自动触发按钮）；A、B（A、B通道触发按钮）；Ext（外触发按钮）

X（Y）position ---- X（Y）轴偏置；

Y/T、B/A、A/B ---- 显示方式选择按钮（幅度/时间、B通道/A通道、A通道/B通道）；

AC、0、DC ---- Y轴输入方式按钮（AC、0、DC）。

信号发生器

信号发生器可以产生正弦、三角波和方波信号，其图标和面板如下图所示。可调节方波和三角波的占

空比。

波特图仪

波特图仪类似于实验室的扫频仪，可以用来测量和显示电路的幅度频率特性和相位频率特性。波特图仪的图标和面板如下图所示。

波特图仪有IN和OUT两对端口，分别接电路的输入端和输出端。每对端口从左到右分别为+V端和-V端，其中IN端口的+V端和-V端分别接电路输入端的正端和负端，OUT端口的+V端和-V端分别接电路输出端的正端和负端。此外在使用波特图仪时，必须在电路的输入端接入AC（交流）信号源，

但对其信号频率的设定并无特殊要求，频率测量的范围由波特图仪的参数设置决定。

其中：

Magnitude（Phase）---- 幅频（相频）特性选择按钮；

Vertical（Horizontal）Log/Lin ---- 垂直（水平）坐标类型选择按钮（对数/线性）；

F（I）---- 坐标终点（起点）。

（三）元器件库和元器件的创建与删除

对于一些没有包括在元器件库内的元器件，可以采用自己设定的方法，自建元器件库和相应元器件。

EWB自建元器件有两种方法：一种是将多个基本元器件组合在一起，作为一个"模块"使用，可采用下文提到的子电路生成的方法来实现；另一种方法是以库中的基本元器件为模板，对它内部参数作适当改动来得到，因而有其局限性。

若想删除所创建的库名，可到EWB的元器件库子目录名"Model"下，找出所需删除的库名，然后将它删除。

（四）子电路的生成与使用

为了使电路连接简洁，可以将一部分常用电路定义为子电路。方法如下：首先选中要定义为子电路的所有器件，然后单击工具栏上的生成子电路的按钮或选择Circuit/Create Subcircuit命令，在所弹出的对话框中填入子电路名称并根据需要单击其中的某个命令按钮，子电路的定义即告完成。所定义的子电路将存入自定义器件库中。

一般情况下，生成的子电路仅在本电路中有效。要应用到其它电路中，可使用剪贴板进行拷贝与粘贴操作，也可将其粘贴到（或直接编辑在）Default.ewb文件的自定义器件库中。以后每次启动EWB，自定义器件库中均自动包含该子电路供随时调用。

参考网站：

1、电子设计自动化教程https://www.wendangku.net/doc/804556981.html,/html/auto/old/index.htm

2、电子爱好者https://www.wendangku.net/doc/804556981.html,/

3、中国电子技术信息网https://www.wendangku.net/doc/804556981.html,/