《电子设计创新实践》许明|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《电子设计创新实践》

【作　者】许明

【丛书名】高等学校创新实践系列教材

【页 数】 301

【出版社】 西安：西安电子科学技术大学出版社 , 2022.04

【ISBN号】978-7-5606-6401-9

【价 格】49.00

【分 类】电子电路

【参考文献】 许明. 电子设计创新实践. 西安：西安电子科学技术大学出版社, 2022.04.

图书封面：

图书目录：

《电子设计创新实践》内容提要：

电子设计是智能制造的重要基础，涉及的概念、原理、技术众多。本书旨在为智能制造等非电类专业的学生和初学者提供一本全面、系统介绍电子设计实践的教材和参考书。本书以激发学习兴趣，构建电子设计应用框架为出发点，通过原理讲授、案例分析、应用设计等环节，对智能制造工程、机械设计制造及其自动化等专业的电子设计知识体系进行梳理，在介绍电子设计EDA发展背景及技术特征的基础上，对典型模拟电路、数字电路、MCU电路进行了全面讨论，并通过综合电子线路设计与分析，构建起电子设计领域从理论知识到实践能力的提升通道。本书层次清晰，结构完整，图文并茂，为读者展现了电子设计的基本知识及设计实践技能，有助于读者进一步学习和研究电子系统EDA设计技术。本书可作为高等学校智能制造工程、机械设计制造及其自动化等相关专业电子设计实践的教材或参考书，也可供电子设计技术人员和研究人员参考。

《电子设计创新实践》内容试读

第1章绪论

·1·

第1章绪论

本章导读

本章为绪论，首先对课程进行简单介绍，接着概述了EDA技术，最后从一个具体实例

出发，详细说明了EDA的设计流程和方法。

1.1课程简介

进入20世纪以来，电子技术获得了飞速的发展，电子产品几乎渗透到了计算机产业、工农业生产、通信技术、生活等各个领域。随着电子技术、仿真技术、电子工艺和设计技术与计算机技术的融合和升华，EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)技术

产生并在电子电路设计及开发中发挥着越来越强大的作用。EDA技术使得电路设计、电路

仿真、系统分析等设计开发过程都可利用计算机来完成，大大提高了设计开发效率，引发了现代电子系统设计的革命。

EDA技术的出现，使得电子产品的设计过程，从概念的确立到包括电路原理、PCB

(Printed Circuit Board,印刷电路板)版图、单片机程序、机内结构、FPGA(Field

Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析等在内的物理级设计，再到PCB钻孔图、自动贴片、元器件BOM(Bi1of

Material,物料清单)等生产所需资料的生成，全部在计算机上完成。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设

计优化和数据处理等。EDA已经成为集成电路、印刷电路板、电子整机系统设计采用的主

要技术手段。

EDA方法已经成为学习电子技术的重要辅助手段。“电子技术”等课程传统的教学方法

通常是先学习理论知识，然后做实验验证所学的理论知识，待理论知识和实践经验积累到

一定程度后，才能设计电路原理图，加工PCB和使用元器件搭建电路，再用仪器仪表测量

电路参数，看能否达到预期的效果。若没有达到预期效果，则需反复实验，反复测量。这是

一种高成本、低效率的方法。而EDA方法通过计算机，在学习和设计过程中加入仿真，从

而使我们可以更好地理解和预测电路的行为，优化电路的结构和参数，对假设的情形方便地进行实验，对难以测量的电路属性进行深入探索和研究，大大缩短了电子技术课程的学习时间，巩固了学习效果，也减少了设计错误。

本课程包括三大部分：模拟电子线路仿真与设计、数字逻辑电路仿真与设计、电子系统综合设计。课程将电子线路的理论与实践有机地结合起来，由简单到复杂、由基础到综合、由设计到创新，循序渐进，旨在让学生掌握电子技术相关的基本实验与实践技能，激发

·2·

电子设计创新实践

其创新意识，全面提升其电子线路专业综合素质。

1.2

EDA技术

1.2.1EDA技术涉及范畴

EDA技术是以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新

成果的电子设计技术，广义上包括IC(Integrated Circuit,集成电路)设计、电子电路设计、

PCB设计、电子整机系统设计等。目前EDA技术主要包括以下几种设计工具：

(1)电子电路设计和仿真工具。电子电路设计与仿真工具包括NI Multisim、PSPICE、

Electronic Workbench等。在这些EDA工具中，Multisim因其界面友好、功能强大和容易使用而受到电类专业师生和工程技术人员的青睐。

(2)PCB设计软件。PCB设计软件的种类很多，如Protel、Altium Designer、OrCAD、

PowerPCB等，目前在我国较流行的是Protel和Altium Designer。

(3)大规模PLD设计工具。大规模PLD(Programmable Logic Devices,可编程逻辑器件)设计，是以硬件描述语言(Hardware Description Language,HDL)为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，自动完成方法设计，以及电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下

载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。目前最具代表性的PLD

厂家为Altera、Xilinx和Lattice公司。

EDA的具体功能一般包括三个方面：

(I)电路设计。电路设计主要指电路原理图的设计、PCB设计、ASIC(Application

Specific Integrated Circuit,专用集成电路)设计、可编程逻辑器件设计和单片机(MCU)设

计。具体来说，就是设计人员可以在EDA软件的图形编辑界面中，利用软件提供的图形化

工具，准确、快捷地画出产品设计所需要的电路原理图和PCB图。

(2)电路仿真。电路仿真是指利用EDA软件工具的模拟功能对电路环境（包含电路元

器件和测试仪器)和电路过程（从激励到响应的全过程）进行仿真。这项工作对应着传统电

子设计中的电路搭建和性能测试，即设计人员将目标电路的原理图输人到由EDA软件所

建立的仿真器中，利用软件所提供的仿真工具对电路的实际工作情况进行模拟，模拟结果的准确程度主要取决于电气元器件仿真模型的精度。由于不需要真实电路的介入，因此电路仿真花费少、效率高。

(3)系统分析。系统分析就是应用EDA软件提供的仿真算法，对所设计电路的系统性

能进行仿真计算，利用仿真得出的数据对该电路的静态特性（如直流工作点等静态参数）、动态特性（如瞬态响应等动态参数）、频率特性（如频谱、噪声、失真等频率参数）、系统稳定性（如系统传递函数、零极点）等系统性能进行分析，并将分析结果用于改进和优化电路设计。

第1章绪

论

·3·

1.2.2EDA及Multisim的发展历程

1.EDA的发展历程

EDA技术的产生和发展与计算机技术密不可分，它大致历经了以下三个发展阶段：

(1)20世纪70年代，计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)阶段。

这个阶段研制出了一些相对独立的软件工具，典型的有PCB制板布线设计以及其他用

于电路仿真的工具。该阶段的主要贡献是使得设计者从繁琐、重复的计算和绘图中解脱出来。该阶段的主要产品有AutoCAD、Protel、SPICE等软件。

该阶段的局限在于：各个软件工具包相互独立，而且是由不同公司开发的，因此一般

每个工具包只完成一个任务；同时，该阶段的EDA软件不能处理复杂电子系统设计中的系

统级综合与仿真。

(2)20世纪80年代，计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)设计阶段。

该阶段的EDA工具以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局和布线为核心，重点

解决电路设计之前没有完成的功能检测等问题。

该阶段的局限在于：大部分从原理图出发的EDA工具，仍然不能适应复杂电子系统的

设计要求，而具体化的元件图形制约着优化设计。

(3)20世纪90年代，EDA(电子系统设计自动化)阶段。

该阶段的EDA工具不仅具有电子系统设计的能力，而且能提供独立于工艺和厂家的

系统级设计能力，且有高级抽象的设计构思手段。

该阶段的EDA设计工具完全集成化，可以实现以HDL为主的系统级综合与仿真，从

设计输入到版图的形成，几乎不需要人工干预，因此整个流程实现了自动化。该阶段的

EDA发展还促进了设计方法的转变，使其由传统的自底向上的设计方法逐渐转变为自顶向

下的设计方法。

2.Multisim的发展历程

Multisim是美国国家仪器(National Instrument,NI)公司推出的以Windows为基础的

电子EDA工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它支持电路原理图的图形输

入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，

这让工程师无需懂得深人的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真并测试新的设计。通

过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师可以完成从理论到原理图捕获与仿真，再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

1988年，加拿大IⅡT公司推出了EWB套件，这是一款优秀的电子线路设计和仿真

EDA套件。IIT公司在EWB6.0版本时将套件名称改为Multisim,即Multisim2001.2005年，IIT公司被美国NI公司并购之后，在2006年推出了Multisim9。Multisim9包括

Ultiboard9(PCB设计)和Ultiroute9(自动布线)。Multisim9系列设计套件是一种紧密集成、终端对终端的解决方案，工程师和科研人员利用这一软件可有效地完成电子工程项目从最初的概念建模到最终成品的全过程。

Multisim9及其以后的版本都增加了MultiMCU库，可选用51系列（包括8051和

。4…

电子设计创新实践

8052)单片机和PIC系列(PIC16F84和PIC16F84A)单片机、ROM和RAM存储器等。在

设计过程中，当调用单片机硬件电路时，系统会自动弹出汇编程序编辑器（用于编制汇编程序)。这样，在Multisim的仿真环境中可设计单片机应用系统的硬件电路，编制汇编程序，进行软硬件联调。这非常有利于单片机的学习和使用，对广大在校学生尤其实用。从事单片机应用系统设计与开发的工程技术人员，可先在Multisim环境中设计与调试，再制作实际的单片机应用系统，如此能有效提高设计效率并降低设计成本。而采用传统方法开发单片机应用电路，必须借助于硬件仿真器。

此外，Multisim9及其以后的版本还增加了LabVIEW虚拟仪器的仿真与应用，使得

Multisim仿真软件的功能更加强大，适合于对模拟电子电路、数字电子电路、模拟数字混

合电路、射频电路、继电逻辑控制电路、PLC控制电路和单片机应用电路进行设计与仿真，

尤其适合对复杂电路系统进行设计和分析。Multisim中有大量的元器件库和虚拟仪器，还有各种分析工具和分析方法，如交流分析、瞬态分析和频率分析等，给用户提供了一个庞大的“电子实验室”。正确、有效、合理地使用这个实验室，可以十分方便地进行电子电路的设计与仿真。当前最新的Multisim是14.2版本。相比于前期版本，NI Multisim14的新特性包括：

(1)主动分析模式。通过全新的主动分析模式可更快地获得仿真结果，进行运行分析。

(2)电压、电流和功率探针。通过全新的电压、电路、功率和数字探针，可以得到可视化交互仿真结果。

(3)基于Digilent FPGA板卡支持的数字逻辑。通过使用该特征，可以探索原始

VHDL格式的逻辑数字原理图，以便在各种FPGA数字教学平台上运行。

(4)用于iPad的Multisim Touch。借助全新的iPad版Multisim,可随时随地进行电路仿真。

(5)来自领先制造商的6000多种新组件。借助领先半导体制造商的新版和升级版仿真模型，可扩展模拟和混合模式应用。

(6)先进的电源设计。借助来自NXP和美国IR公司开发的全新MOSFET和IGBT,

可搭建先进的电源电路。

(7)基于Multisim和MPLAB的微控制器设计。借助Multisim与MPLAB之间的新协同仿真功能，可使用数字逻辑搭建完整的模拟电路系统和微控制器。

1.3电子设计仿真流程

下面用一个案例（模拟小信号放大及数字设计电路）来演示电子设计仿真流程。这个案例来自Multisim自带的Samples,Multisim也有对应的入门文档(Getting Started)。点击菜单“打开”→“打开样本”，即可弹出“打开文件”对话框，从中找到“Getting Started”下的“Getting Started Final'”(Final为最终完成的仿真文件)，如图1-l所示。

在这个案例中，对Multisim的基本使用操作（如调用元器件、连接元器件、编辑参数、运行仿真)做了尽量详细的描述，以期尽快让初学者熟悉Multisim,这也是为了阐述后续案例打基础。

第1章绪

论

·5

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Multisim 14 Desi

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圆视频

Getting Started Final.ms14

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Multisim 14 Desi..

图片

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2015/3/1611

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骨文档

↓下载

小音乐

圆桌面

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文件名(N)

所有支持的文件

打开O)

取消

图1-1打开Getting Started Final文件

1,电路原理

将要完成的仿真电路如图1-2所示。该电路图的原理为：以U4(741,运算放大器)为

核心构成同相比例放大器，对来自V1的交流信号进行放大（其中，R4为可调电阻，可对放

Getting Started final-Multiim-IGetting Started Final)

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Getting Started Final

图1-2 Getting Started Final电路图

6✉

电子设计创新实践

大倍数进行调整)。放大后的信号，一路送入示波器进行观测，另一路作为时钟脉冲信号送

入U2(74LS190N,可预置同步BCD十进制加减法计数器)进行计数，计数结果输出为十进

制，经U3(74LS47N,BCD七段数码管译码器)译码后驱动七段数码管进行数字显示。另

外，U2(74LS190N)配置为加法器，同时将行波始终输出至第13脚(RC0),以驱动发光二

极管LED1。

电路图左下角区域有两个单刀双掷开关进行计数控制。S1接到U2的第4脚(CTEN),

即计数使能控制引脚，该引脚低有效，当S1切换到接地(GND)时，计数才开始，否则计数

停止；S2接到U2的第11引脚(LOAD),该引脚也是低有效，当S2切换到接地(GND)时，

就把预置数(A、B、C、D)赋给(QA、QB、QC、QD)。这里电路配置的(A、B、C、D)都是接

地(GND),因此相当于S2开关具有清零功能。

2.建立仿真文件1)新建并保存文件

打开Multisim,如图1-3所示，默认有一个名为设计1的空白文件已经在工作台(Workspace)打开。

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图1-3打开Multisim

这个名为“设计1”的文件并没有保存，先将其保存起来，并将其重新命名。执行菜单“文件”→“另存为…”即可弹出“另存为”对话框，如图1-4所示，选择适合的路径，并将其命名为“MyGettingStarted”,点击“保存”即可。

此时的主界面如图1-5所示。由图1-5可以看到之前为“设计1”的地方都已经被“MyGettingStarted'"替换掉。

···试读结束···