仿真电路设计总结十篇

仿真电路设计总结篇1

关键词：电工电子技术；Multisim；软件仿真教学；多媒体教学

作者简介：邬宝寅（1985-），男，河南信阳人，郑州科技学院机械系，助教；张莉（1982-），女，河南开封人，郑州科技学院机械系，助教。（河南郑州450064）

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）06-0068-02

一、软件应用简介

Multisim是美国国家仪器（NI）公司推出的基于Windows操作系统的仿真工具。其中Multisim 10.0版本的软件具备原理图设计、硬件描述语言设计，模拟、数字电路仿真，可编程器件仿真、PCB设计与输出等功能。该软件原是为电气工程师设计的，可以帮助电气工程师设计电路软硬件，分析电路的运行情况，并指导对电路设计的修改，减少电路设计出错的可能性。Multisim 10.0同样可用于电学教学，通过Multisim可以在其界面上搭建目标电路，调用虚拟仪表测量电路中各处的状态、参数，分析电路的运行情况，并与理论计算的结果相印证，验证理论计算正确与否。

就仿真功能而论，Multisim的元件库里含有丰富的电子、电气元件，包括基本元件、通用集成电路和不少常见的专用集成电路、可编程器件等。界面里含有多种虚拟仪表。通过调用电子元件，可以在Multisim的界面上搭建绘制所研究电路的电路图，调用各种虚拟仪表连接到电路当中需要测量的位置上，运行电路便可观察出虚拟仪表上的读数，了解电路的参数，这个过程等同于在实验室中搭建了一个真实的电路。

二、应用思路

机械类专业的“电工电子技术”是一门理论性与实践性兼备的课程，传统教学采用板书讲授法，现在又多采用多媒体课件的教学方法，更多的教师在讲授电工电子技术时，以多媒体课件为主，对其中理论推导的过程结合以板书讲授。这两种都是理论教学的方法，一个逻辑缜密，但过程抽象，另一个比较直观。“电工电子技术”的另一个教学环节是实验课，多是在实验室中进行，由学生自己动手操作。这两个教学环节不管是在时间上还是在空间上都是独立的，无法进一步紧密地结合。

在课堂教学中引入Multisim软件仿真技术，便是要将理论教学和实验教学结合起来，将实验室搬到课堂，搬到教室的大屏幕上，使学生在学习理论知识的同时，能够直接观察到实验现象――尽管只是从屏幕上观察到的。这将加深学生对理论知识的印象，从而降低教师对理论知识讲解的难度。这个过程实质上是将电学分析的成果，以一种比多媒体课件更加直观的形式表达出来，因为在仿真软件的窗口上，电路的运行是动态的。

以教师为主导的理论教学和以学生为主导的实验教学都是不可替代的，Multisim软件仿真教学是联系理论教学和实验教学的桥梁，可以寓实验教学于理论教学之中，使两者之间没有时间空间上的界限，不再是两个相互独立的教学环节。

三、教法和学法设计

将板书讲授教学、多媒体课件讲授教学和Multisim软件仿真教学三者结合在一起，可以实现比较好的教学效果。

1.教法设计

如图1所示，在课堂教学中，多媒体课件是课堂素材的主体，中间穿插板书推演和Multisim软件仿真，其中Multisim软件仿真素材的电路可以以超链接的形式加在多媒体课件中。首先提出所要讲解的目标电路，分析电路中所使用电子元件的类型，元件的特性以及电路的组成、结构特点等信息，然后对电路进行简化，建立电路的电学模型。这个过程可以结合多媒体课件中的图像文字进行讲解。然后是根据电路电学模型中的已知条件，解算出电路的未知条件，得出电路的输入输出关系，并可以代入电路的具体参数数值得出结论性数据。这个过程比较抽象，可以采用传统的板书推演方式。随后进行的就是Multisim软件仿真，打开课前准备好的Multisim原理图文件，在软件窗口上观察记录元件参数，运行仿真，记录虚拟仪表所测得的数据，然后将之代入理论推导出的电路的输入输出关系中，加以验证。最后是对该电路实例的综合和总结。

2.学法设计

电路仿真软件NI Multisim 10.0使用十分方便，学生完全可以通过自学了解该软件的使用方法，并加以应用。教师可以在学生中推广该软件，让学生在有条件的情况下自行下载安装，利用业余时间自主学习该软件的用法，甚至可以用来解决一些实际的电路分析、设计问题，将之作为解决电路问题工具之一。其在课程设计、毕业设计中都有可用之处。

四、应用举例

下面以RLC串联电路为例，来举例说明一下NI Multisim 10.0在课堂教学中的应用。

首先运行软件，如图2所示，在软件的窗口中调用交流电压源、电阻、电感和电容，将电压源电压改为220V，频率改为50Hz，将电阻、电感和电容的参数分别修改为100Ω、100mH和100μF。然后调用虚拟电压表，分别测量电阻、电感、电容两端的电压，调用电流表测量回路中的电流，调用示波器观测电阻、电感和电容相对于零电位点的波形。点击运行键使电路处于运行状态，观察电压表电流表的读数，得出如表1所示读数。

1.阻抗关系验算

通过表1可以计算出电感感抗、电容容抗。

由此可以得到复阻抗和总电流：

通过计算可知，电流计算结果与测试结果相同，可以验证感抗、容抗计算公式和复阻抗计算公式。

2.电压关系验算

通过表1和阻抗关系验算结论得出电阻、电感和电容的分压：

由此可以得到复总电压：

通过计算可知，总电压计算结果与测试结果相同，可以验证RLC串联分压计算公式。

3.谐振关系与波形

通过以上计算可知，电感分压与电容分压十分接近，电路接近串联谐振状态，电阻分压等于电源电压，电流达到最大值，由此可以验证串联谐振关系。

双击窗口中的虚拟示波器，打开示波器波形图（如图3所示）可以观察到RLC串联电路中各点的波形图。电路中所调用的是四踪示波器，其中A通道测量的是总电压，B通道测量的是LC串联的电压，C通道测量的是电容两端的电压。观察可知总电压有效值将近220V，电容两端的电压有效值大约70V，而LC串联后的电压非常小，趋近于谐振状态。

五、结论

现代多媒体教学方式为灵活多样使用教学方法提供了环境，而丰富的软件技术又为教学提供了多种便利的工具。电路仿真软件NI Multisim 10.0是一种计算机辅助电路设计软件，借助现代多媒体教学环境，灵活使用该软件的仿真功能，使之成为多媒体教学要素的一部分，可以为提高电学课堂教学效果提供一定的帮助。

参考文献：

[1]荣军,丁跃浇.计算机仿真软件在“电力电子技术”教学中的应用[J].中国电力教育,2011,(12).

[2]张开碧,冯辉宗.控制系统仿真教学系统开发[J].实验技术与管理,2010,(4).

仿真电路设计总结篇2

关键词：计数器；Multisim13；数字钟；设计；仿真

引言

数字钟是一种用数字电子技术实现时、分、秒同时显示计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，并且没有 机械装置，使用起来方便快捷，具有很长的使用寿命，近年来得到广泛使用。数字钟可以是单片的也可以是集成的，其实现方式有很多种，可以用中小规模集成电路组成数字钟；也可以利用专用的数字钟芯片配以显示电路；还可以用单片机来实现，本文的数字钟是采用Multisim13进行设计和仿真的。采用软件仿真的方法，克服了实验室的条件限制，避免了使用中 损坏等不利因素。[1]

Multisim13是美国IN公司开发的一款强大的电路模拟软件，可以进行复杂的板级电路模拟和数字电路仿真，还可以用Multisim来进行数字电路PCB板的设计，此版本还可以单片机等MCU的仿真。全新的Multisim13包括以下优势：

（1）电路参数和参数扫描分析。

（2）结合NI myRIO and Digilent FPGA对象进行数字电路教学。

（3）使用IGBT和MOSFET热模型进行电力电子分析。

（4）包括超^26，000个元件的元器件库。

（5）通过用于LabVIEW系统设计软件的Multisim API工具包实现设计自动化。

1 电路设计与仿真

单元电路设计与仿真：

（1）二十四进制计数器的设计与仿真

二十四进制计数器电路采用两片74160N实现，当个位计数电路计数到9的时候同时向十位发出进一位信号脉冲，当计数到24的时候，个位输出端输出0100，十位输出端输出0010，将个位的输出端QC与十位的输出端QB通过一个与非门同时接到两片计数芯片的清零端，其设计电路和仿真结果分别如图1和图2所示。

（2）六十进制计数器的设计与仿真

六十进制计数器同样采用两片74160N来实现，一片计数秒或分的个位，一片计数秒或分的十位，当秒计数到60时即清零，同时产生进位到分计数电路，分计数电路就加一，和二十四进制计数器采用反馈清零法，使用一个与非门74LS00，它的输入端接到QB和QC，当计数到60时，十位计数的计数芯片的输出端（QA，QB，QC，QD）将输出0110，那么输出端将产生一个低电平，连接到74LS160N的CLR清零端时计数器又从0000开始计数，同时此信号也可以作为分计时电路的输入，其设计电路和仿真结果分别如图3和图4所示。

（3）总体电路设计与仿真，如图2。

2 本设计的优点

其他数字钟电路的设计都需要555定时器产生1KZ脉冲，并需要分频器产生1HZ的脉冲，但有的Multisim版本不能产生1HZ脉冲，并且产生的脉冲不稳定，所以为了避免产生以上问题，本次设计直接采用1HZ的信号源，可以产生比较稳定的1HZ的脉冲，而且设计比较简单，不需要加信号产生电路。

3 结束语

本设计使用了74160N芯片，具有脉冲源稳定、设计简单等优点。该系统主要用在粮仓储运系统中，设备运转情况良好，其测试数据和曲线真实可靠，数据通讯准确、可靠，可以有效预报储粮情况，提高储粮的安全性，进而取得显著的经济和社会效益。[1]

仿真电路设计总结篇3

关键词：电路设计；proteus；应用

中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0248-01

二十一世纪的今天，社会科技进步较快，proteus仿真软件在电路设计中的应用也越来越广泛。该仿真软件是计算机技术发展的重要成果之一，可以对模拟电路，数字电路和电路进行仿真操作，软件自身具备先进的虚拟器，包括示波器，逻辑分析仪，信号发生器等，为了更全面的了解和更深刻的分析proteus在电子电路设计中的应用，就要在软件开启的仿真条件下，对整体电路和包含的各个零部件进行逐一研究，为之后的电路设计打下坚实的基础思路。

1 Proteus仿真软件简述

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。它是目前比较好的仿真单片机及器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。该软件包含ISIS和ARES两个软件部分，这两个部分在大环境下扮演着两个不同的重要角色，都有着举足轻重的作用。在日常工作中，ARES部分是用来当PCB设计工作的助手，进行有效辅佐，而ISIS则是主要负责在仿真开启的环境下对电路原理和模拟电路的设计工作。

2 Proteus仿真软件进行仿真电路设计的过程分析

在电子电路实训过程中，proteus仿真软件在进行仿真电路设计时，要在软件编辑界面，按照需要模拟的实际电路思路，设计出一套最符合实际情况的电子电路图，再通过许多相关数据计算，尽可能在最短的时间内完成对电路的初步设计和对数据的测量与计算整理，最后完成整体的模拟电路设计，然后利用软件的电路生成功能，输出最后的电路设计图。为了确保电路设计的顺利进行，仿真电路设计过程可以这样：先确定核实设计项目，然后运行proteus软件，绘制初步的电路原理图，然后根据原理确定需要的元件种类和数量，启动仿真系统，用虚拟仪器检测然后读出数据，分析结果，如不符合要求，对元件或者电路作适当修改然后再次检测，当符合要求时，要对电路进行完善，确定无误后敲定最终设计方案，然后系统自动生成电路图。

3 Proteus仿真软件的仿真电路设计与调试

在进行电路工作前，相关人员要检查虚拟测量仪器与被测量点的两个终端是否处于正常连接状态，还要确定信号源良好的接地情况，其中还要注意示波器与地线的连接状况。测量结束后要确保测量结果是GND的相反波形，有利于后续对电路的研究。实验过程中，要时刻注意电压表，电流表的指针位置，而在仿真电路时，要注意串联电路中电流指针的指数，如有任何问题，要及时地在相应的执行操作界面，通过网络，对电压作出适当调整，然后继续进行仿真电路的研究试验，推动proteus仿真软件在电子电路设计应用中的发展。

4 Proteus仿真软件的实用电路分析

在今后的与电路设计有关的工作当中，我们不光要充分发挥并发展proteus仿真软件，还要通过合理的方法来判断研究proteus仿真软件在未来电路研究中的发展趋势，然后进行相应改进。而proteus软件还需要通过传感器电路，正弦电路等实用电路中不断的进行试验和探索，最后才能把此项技术落实到实际电子科技产品的生产环节当中去。所以，我们再使用该软件进行电路设计和分析时，要把重点放到传感器电路和正弦电路等电路的实用性上，结合实际情况探究，才能更好地让软件适用于各种实用电路的应用。还能开发出仿真系统的其他用法和功能，促使电子行业发展，为以后的研究工作打下坚实的基础。

5 结语

综上所述，现阶段proteus仿真软件的应用已经十分广泛，而其使用功能也十分便利和强大，在进行电子电路设计时，为了能够更深刻研究电路的工作情况，更准确地对电路中存在的不足之处进行调整，我们要进一步对软件进行挖掘研究，明确操作规范，开发出更实用的功能以便使用。还能改善传统的电子电路设计工作，并z测出其中的缺陷，为降低电路实验成本，更有效地完成实验和缩短实验时间等方面，都有积极的推进意义。

参考文祥

仿真电路设计总结篇4

1Proteus仿真软件简述

Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件(该软件中国总为广州风标电子技术有限公司)。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及器件。它是目前比较好的仿真单片机及器件的工具。虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。该软件包含ISIS和ARES两个软件部分,这两个部分在大环境下扮演着两个不同的重要角色,都有着举足轻重的作用。在日常工作中,ARES部分是用来当PCB设计工作的助手,进行有效辅佐,而ISIS则是主要负责在仿真开启的环境下对电路原理和模拟电路的设计工作。

2Proteus仿真软件进行仿真电路设计的过程分析

在电子电路实训过程中,proteus仿真软件在进行仿真电路设计时,要在软件编辑界面,按照需要模拟的实际电路思路,设计出一套最符合实际情况的电子电路图,再通过许多相关数据计算,尽可能在最短的时间内完成对电路的初步设计和对数据的测量与计算整理,最后完成整体的模拟电路设计,然后利用软件的电路生成功能,输出最后的电路设计图。为了确保电路设计的顺利进行,仿真电路设计过程可以这样:先确定核实设计项目,然后运行proteus软件,绘制初步的电路原理图,然后根据原理确定需要的元件种类和数量,启动仿真系统,用虚拟仪器检测然后读出数据,分析结果,如不符合要求,对元件或者电路作适当修改然后再次检测,当符合要求时,要对电路进行完善,确定无误后敲定最终设计方案,然后系统自动生成电路图。

3Proteus仿真软件的仿真电路设计与调试

在进行电路工作前,相关人员要检查虚拟测量仪器与被测量点的两个终端是否处于正常连接状态,还要确定信号源良好的接地情况,其中还要注意示波器与地线的连接状况。测量结束后要确保测量结果是GND的相反波形,有利于后续对电路的研究。实验过程中,要时刻注意电压表,电流表的指针位置,而在仿真电路时,要注意串联电路中电流指针的指数,如有任何问题,要及时地在相应的执行操作界面,通过网络,对电压作出适当调整,然后继续进行仿真电路的研究试验,推动proteus仿真软件在电子电路设计应用中的发展。

4Proteus仿真软件的实用电路分析

在今后的与电路设计有关的工作当中,我们不光要充分发挥并发展proteus仿真软件,还要通过合理的方法来判断研究proteus仿真软件在未来电路研究中的发展趋势,然后进行相应改进。而proteus软件还需要通过传感器电路,正弦电路等实用电路中不断的进行试验和探索,最后才能把此项技术落实到实际电子科技产品的生产环节当中去。所以,我们再使用该软件进行电路设计和分析时,要把重点放到传感器电路和正弦电路等电路的实用性上,结合实际情况探究,才能更好地让软件适用于各种实用电路的应用。还能开发出仿真系统的其他用法和功能,促使电子行业发展,为以后的研究工作打下坚实的基础。

5结语

综上所述,现阶段proteus仿真软件的应用已经十分广泛,而其使用功能也十分便利和强大,在进行电子电路设计时,为了能够更深刻研究电路的工作情况,更准确地对电路中存在的不足之处进行调整,我们要进一步对软件进行挖掘研究,明确操作规范,开发出更实用的功能以便使用。还能改善传统的电子电路设计工作,并检测出其中的缺陷,为降低电路实验成本,更有效地完成实验和缩短实验时间等方面,都有积极的推进意义。

作者:侯彬 单位:东北石油大学秦皇岛分校

参考文祥

仿真电路设计总结篇5

论文关键词：输配电线路　施工技术　仿真系统 　设计

论文摘要：由于社会对于电力的总的需求不断增大，同样对于输配电线路的施工技术要求也更加严格，输配电线路施工技术仿真系统的设计成为电力部门非常重视的问题，文章讲述了输配电线路施工技术仿真系统概况和输配电线路施工技术仿真系统功能设计详情，讲述了目前输配电线路施工技术仿真系统的设计策略及应用。

一、输配电线路施工技术概述

目前我国的输配电线路施工技术参与人员数量较多，但是这些人员的能力水平都是各不相同的，操作人员的各方面知识水平和素质也需要提升。对于输配电线路施工操作人员的培训如果仅仅停留在理论的层面，就难以替身操作人员的实践能力，参加培训的人员因为实践比较少，所以技能就比较差，正是这种原因使得人们对于输配电线路施工技术仿真系统的需求也更加迫切。

二、输配电线路施工技术仿真系统设计现状

（一）输配电线路施工技术仿真系统概况

输配电线路施工技术仿真是对现实配电线路施工技术系统的抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到输配电线路施工技术所需的信息，然后帮助实践者对现实世界的输配电线路施工技术的问题做出决策。输配电线路施工技术仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近然而仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。

输配电线路施工技术仿真系统一种先进的实施培训手段，提高培训的效率，强化培训效果。输配电线路施工技术仿真系统的设计是在计算机的基础上开发，通过Internet 软件平台及面向对象程序设计和数据库技术，综合设定，使得输配电线路施工技术仿真系统具有实用性和可维护控制性。

输配电线路施工技术仿真系统的开发，主要是首先起源于国外对于计算机仿真系统的应用，尤其是西方国家如英国、美国等大型企业开发计算机仿真系统，并取得了显着的效果，这样参加培训的人员可以在很短的时间内获得具体输配电线路施工技术作业经验，其技能可以与在现场工作2年的人员比，因此很多国家都看到了计算机仿真技术的优越性，计算机仿真系统也越来越多的应用到各个领域中。目前我国对于仿真系统的应用也是在一些危险性较大的领域，例如大型的锅炉装置、化学化工及变电站的应用中，后来有人提出在输配电线路施工技术作业中应用，但是目前仿真系统在输配电线路施工技术作业中应用仅仅停留在提出的阶段，还没有完全开发出完善的输配电线路施工技术仿真系统。

（二）输配电线路施工技术仿真系统功能设计

目前关于输配电线路施工技术仿真系统的设计的思想越来越统一，即输配电线路施工技术仿真系统必须能够便于施工技术模型的调试和输配电线路画面的构造，输配电线路施工技术仿真系统还应采取先进的运行软件和保证运行数据相分离的一种设计思路。

关于输配电线路施工技术仿真系统功能设计应该分成培训师和受培训者两个方面的功能，对于输配电线路施工技术仿真系统培训师功能应该是输配电线路施工技术仿真系统的集成操作，其主要功能是可以控制受培训者的机器，包括受培训者机器的开始暂停关机等功能，另外可以准确知道受培训者机器是否有事故及分析事故产生源，输配电线路施工技术仿真系统培训师机器功能还应是控制受培训人员考核的现场等具体状况。输配电线路施工技术仿真系统学员机器功能设计，首先要依附于输配电线路施工技术仿真系统培训师机的功能下，即能够受到输配电线路施工技术仿真系统培训师机器的监管控制。在这种模式的输配电线路施工技术仿真系统受培训人员的机器可以提供参家培训人员的操作画面，主要包括操作的流程图、、控制组、趋势图及操作记录等具体的监控画面。

输配电线路施工技术仿真系统将电网仿真系统和输配电线路仿真及配电站系统仿真等有机结合进行设计，该系统应该具有的特点是确保在硬件使用上采用了以局域网应用为核心，利用工作站、开放式系统及微机构成的分布式，以便于以后输配电线路施工技术仿真系统的扩充和升级。此外，在输配电线路施工技术仿真系统软件上采用了软件相互支持系统技术，这样使输配电线路施工技术仿真系统系统更加便于修改和维护。再者，在功能上要更加完善，即充分考虑了仿真电网和输配电线路施工技术仿真系统及仿真变电站之间的相互影响，使输配电线路施工技术仿真系统更加具有真实性。最后，还应通过采用了输配电线路施工技术仿真系统多媒体技术，逐步实现输配电线路施工技术的图像化和可视化，比较完整的反映出输配电线路施工技术作业情况，同时也使仿真的对象更加便于更改和进一步扩充，这样输配电线路施工技术仿真系统就会具有更高的性价比。

通过输配电线路施工技术仿真系统为输配电线路施工技术作业人员提供了一种较为先进的培训手段，同时也彻底改变了传统的培训模式，它的设计及应用可以提高整体的输配电线路施工作业技术，进一步确保电网安全，同样也大大提高了作业者的劳动生产率，为创造良好的经济效益和社会效益发挥着显着的作用。

三、结论

输配电线路施工技术仿真系统仿在不断的发展和完善中，供电有限公司每年都会投入很大的资金和时间等用于施工技术人员的培训及考核，着力开发完善的输配电线路施工技术的仿真系统，使得输配电线路施工技术的仿真系统能自由安排培训项目，并且允许人员在培训中发生各种错误，同时演示出因为操作错误造成的种种后果且不带来任何实际危害，不受其他客观条件的限制，此外还可以人为制造各种故障来综合培训操作人员处理操作中故障的能力。输配电线路施工作业人员进行重复性集中培训，从而使的操作人员在短期内接受较多的培训项目，缩短总的培训周期。可节约大量的培训时间与经费。所介绍的输配电线路施工技术仿真系统目前已经投入运行，实际应用表明该系统能极大地提高培训的质量，在短时间内提高施工技术人员的技术水平，对电力系统的建设起到了重大的推动作用。目前很多设计成果效果较为显着，但是为了进一步提高输配电线路施工技术仿真系统的应用水平，还需要更好的完善输配电线路施工技术仿真系统，争取达到创造更高的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 杨永生，郝小欣.分布交互式仿真技术在变电站仿真中的应用[J]. 电网技术.2000(9)

汤晓青，周林，栗秋华.输配电线路施工技术仿真系统的设计与实现[J]. 四川电力技术.2007(2)

姜芳芳，来文青，龚庆武.虚拟现实在变电站仿真系统中的应用[J].高电压技术.2005(7)

王邦志，林昌年，蒲天骄.变电站集中监控仿真系统的设计与实现[J].电网技术.2004(8)

张永翔，段绍辉，杨卫东，林昌年.深圳供电局变电培训仿真系统[J]. 电网技术.2000(1)

仿真电路设计总结篇6

关键词：机电一体化 教学 仿真 PROTEUS

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）08（a）-0135-02

“机电一体化技术”课程是机械制造及其自动化和机械电子工程等专业的一门专业必修课，因此，学好该课程能为学生毕业后择业打下良好基础。而该课程的微机控制部分和检测部分是以单片微机（MCU）接口技术为核心的实践性很强的学习环节，因此，本课程需重点强化人机、机电、计测等环节的实践教学内容，结合仿真软件能够使学生充分掌握单片微机接口系统的电路设计和仿真方法，是提高机电专业教学质量和培养机电工程开发型人才的一个重要内容。

1 课程教学环节中存在的问题

目前，涉及“机电一体化技术”课程中微机接口控制方面的核心教学环节是接口电路设计与程序设计，微机控制系统设计内容贯穿于课堂教学、课程实验、课程设计及毕业设计等教学环节中。而在这几个方面都不同程度存在一些问题。

1.1 课堂理论教学

在课堂教学中，主要介绍微机系统中的片内资源及典型接口电路。传统教学中，机电专业学生一开始接触这些知识点时，知识体系抽象，学习起来不好理解、费力，而且单片微机内部资源的应用、接口和程序运行过程等没有有效直观的展示和表现，仍然停留在云里雾里的阶段，甚至有些学生在学习完该内容后，还不知道各类中断服务程序是如何被执行，其主要原因是缺乏有效的演示方法。

1.2 课程实验与课程设计

在课程实验和课程设计中实践环节，大多数学校都会采用单片机实验箱（台）来完成实验内容，并且主要完成一些验证性实验，实验过程单一，主要的硬件连接以及主程序都是现成的，学生要完成的任务就是：上电后做一些简单连线，下载固件程序，记录实现结果。学生完成若干实验后，对电路实验中所使用的硬件电路，芯片间的关系以及程序流程内容并不怎么了解，并没深入掌握其本质内容，所以当学生初次接触实验箱（台）时，一旦接错线或电路出现问题时，非常容易造成实验设备的损坏。另外，在使用单片机实验箱（台）时，一旦出现不能远行的实验问题，原因查找更为困难。由于实验箱（台）系统比较复杂，维护也很困难，难以对损坏的部件维修，只能更换设备，会带来费用上的增加。

1.3 毕业设计

常规的毕业设计流程是：对机电系统进行总体规划和设计，并按照自己的设计方向（如机械结构部分、电控系统部分、系统控制软件部分）细化设计内容。对于电控系统设计方向题目，一般根据机电系统的各个功能模块，首先设计出整体理论电路原理图，并以该电路为参考，购买元器件；其次，按照电路原理图在面包板上进行电路搭建，最后，把写好的程序用编程器下载到单片微机实验板上运行调试。在实际操作过程中，由于学生电路设计和实践经验很少，会出现各种各样的问题，如电路设计的缺陷、电路搭建过程中出现的漏焊、错焊以及元器件的故障问题，都会给设计过程带来很大的麻烦，因此，有必要寻找一种简单有效的工具来解决这些问题，PROTEUS仿真软件的出现能够为毕业设计过程带来有效的帮助。

2 PROTEUS仿真软件

伴随着计算机软、硬件技术的发展，各种仿真系统为实际应用系统的设计与开发提供了有力的保证，极大的节约了人力和物力。在以往的MCS51系列、PIC系列、ARM系列单片微机学习、单片微机系统的设计开发中，常用的软件主要有Keil C51、Wave 等相应的专用开发软件。对于Keil C51软件来说，主要是进行MCS51单片微机控制软件的编译调试，Wave可以进行软件仿真，也可以在系统板上调试，并需要有相应的仿真器而且需要先设计出系统目标板才行。而能仿真微处理器的软件PROTEUS，是目前能够很好的进行单片微机及器件仿真的工具。

PROTEUS仿真软件的功能特点如下：

（1）符合单片微机软件仿真系统的标准，可以仿真的单片微机包括目前常见的MCS51系列、MicroChip PIC系列、AVR系列和ARM7等。并支持微机系统开发过程中所使用的大量存储器件和和接口芯片。

（2）仿真基于PROTEUS，能进行模拟电路分析、数字电路仿真、混合信号分析及频率信号分析等电路分析。

（3）提供虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、电表及虚拟终端等虚拟仪器仪表供选用，方便对仿真电路的虚拟测试分析。

（4）利用该软件还可以方便的进行电路原理图（SCH）的绘制和印刷电路板（PCB）的设计。

（5）PROTEUS能和Keil C51无缝集成，实现直接联调，在程序设计的过程中将程序虚拟下载到仿真电路中进行运行状态的测试和结果分析。

3 PROTEUS在单片微机教学中的应用[2]

3.1 仿真工具在机电一体化课程微机控制教学环节的意义

针对以往教学环节中的各类问题，仿真工具为实践教学提供了一个有效的辅助手段。借助PROTEUS可以对MCU和其电路进行有效的功能及过程仿真，并带有丰富的资源库，学生可以实现更多的实验项目，改变传统实验项目的局限性。并且PROTEUS能够替代硬件实验板和仿真器实现“软硬件联机”调试，到仿真结果与预期设计结果一致时，便可以购置硬件，进行硬件电路搭建调试。采用这种设计和开发方式效率高，控制电路调整便捷，不需要购置额外大量的实验材料，就能够完成前期大量的预实验过程和测试过程，可以极大的拓展学生的设计创新能力。

3.2 PROTEUS虚拟实验室引入机电课程的课堂教学

在机电一体化技术课程的接口设计环节中：

第一，应先采用PROTEUS进行实例演示，增强教学生动性和直观性。教师可以提前制作好一些典型的应用系统，如流水灯电路（对应户外建筑物的霓虹灯控制电路）、交通信号灯控制电路及户外LED显示屏控制电路、LCD显示电路（对应各类智能仪器仪表中的显示控制电路）、步进电机控制电路等，并进行现场实验演示。让学生对微机及接口系统有一个直观认识，明白局部系统和完整的控制系统的含义，清楚微机在机电系统中的作用和应用情况。

第二，利用PROTEUS快速明确微机系统中的基本概念，并掌握微机系统控制体系的难点，例如：MCS51系列单片微机中的P3口作为准双向口的概念，如何应用是较难掌握的一个问题；中断如何产生并进行终端响应的概念；八段LED显示器的位选和线选如何区别；串行通信如何实现等接口设计过程中的重点和难点，均可借助PROTEUS进行演示，并且在演示过程中，可以用不同（红蓝）颜色显示芯片引脚状态变化的功能，可以通过单步调试的方法观察微机接口各引脚电平变化情况，通过改变程序内容或指令，观察运行效果，从而掌握各程序语句含义，最终实现学生的有效快速掌握。

第三，实验过程中也可借助信号发生器、波形发生器、虚拟示波器、虚拟分析仪、发光管、电压电流表、LCD与LED显示器、虚拟串口、虚拟计数器对实验进行控制信号的输入、运行过程中的实时检测和状态显示，很直观判断和了解不同电路的作用。

第四，在机电一体化课程接口设计的实验环节，借助PROTEUS仿真软件提供的丰富仿真器件资源，打破学生每次实验时只能用到实验箱（台）的固定模块、实验项目简单、实验过程单调且实验内容少的局面，使学生深入了解接口电路的硬件原理及设计步骤，创造了更多的分析问题、解决问题的机会，提高了学生做实验的兴趣，并且学生的机电一体化系统控制系统设计能力得到很好的锻炼。

3.3 机电专业学生的课程设计和毕业设计环节综合能力提升

学生的课程设计环节，学生应根据实验室现有硬件实验条件，利用PROTEUS进行电路原理图的设计与仿真，并在相应的硬件电路上进行进一步实验，仿真程序在现有实验环境下运行，验证实物效果；借助此环节，系统和熟练掌握PROTEUS各个功能。在进行毕业设计时，导师可以让学生根据毕业设计题目，规划和设计机电系统或微机控制的总体结构，在师生之间共同讨论方案可行性之后，由学生进行后期的详细设计，这将最大限度的培养学生的自主创新意识。在详细设计环节，学生采用PROTEUS进行电路原理图设计，编制测试程序、系统控制程序并调试，等各项仿真目标实现后再购置器件进行电路焊接和系统调试。采用这种形式可以降低因方案不正确或电路搭接错误而造成硬件投入，提高学生实验能力和开发能力。

4 结语

将PROTEUS软件引入机电一体化技术课程的各个实践教学环节中，提高了学生的实验兴趣和创新能力，提高了教学效率，对学生实践能力的培养具有现实意义。而且由于其仿真过程直观，操作灵活，必将收到良好的教学效果，为机电一体化技术接口设计教学环节提供了良好的实验平台。

参考文献

[1] 代启化.基于PROTEUS的电路设计与仿真[J].现代电子技术，2006，234（19）：82-84.

仿真电路设计总结篇7

关键词：仿真；课程设计；效果；效率

Comprehensive application for the simulation software in the course design and the measures for some problems

Xu Junyun

South China of agriculture university, Guangzhou, 441052, China

Abstract: Introduced a method for conducting students to apply the simulation software comprehensively to do course design about the power electronics system. Through analyzing the characteristics for two kinds of simulation softwares, guided students to use Matlab/Simulink to do power electronic main circuit design, and to use Orcad/Pspice to do the power electronic control circuit design, and give a useful measure for convergence problem in the simulation. The practices show that the comprehensive application of simulation softwares can effectively help students improve the effect and efficiency of the power electronics circuit design.

Key words: emulation; course design; effect; efficiency

高校实践教学是一项需要不断创新的工作，实践课教师有必要探索新的实践教学方法，改进实践教学效果。因此，笔者在本校电气工程及其自动化专业的专业课―电力电子技术的实践教学的指导方法上做了改进，引导学生采用一种综合应用仿真软件辅助电力电子电路课程设计的方法。

1 电力电子电路常用仿真软件特点分析

目前在电力电子电路设计和分析上主要采用Matlab/Simulink和Orcad/Pspice这两种仿真软件。在Matlab/Simulink仿真平台，电力电子器件模型使用的是简化宏模型，它只要求元器件的外特性与实际元器件特性基本相符，而不考虑元器件的内部细微结构，属于系统级模型。 Orcad/Pspice是不同于Matlab/Simulink的仿真平台，它构建的元器件模型除了要求元器件的外特性与实际元器件特性相符，还要考虑元器件内部的细微结构，相比Matlab/Simulink的宏模型更详细，更复杂，是属于器件级的模型，用Pspice仿真可以细致地反映元器件的工作情况。虽然Matlab/Simulink的电力电子器件模型较为简单，但是它占用的系统资源较少，因而在仿真时出现不收敛的几率相比Orcad/Pspice要少。鉴于此，可以考虑将这两种仿真软件有机结合起来，取长补短，以提高仿真的效率。

下面以一种基于TL494控制的开关电源的设计为例，介绍在电力电子技术课程设计实践教学中建议学生采用的综合性设计方法。

2 基于TL494控制的开关电源设计举例

本示例要求设计出一种以TL494为控制器件的开关电源，电源电压范围为0～12 V。要求该开关电源性能可靠，纹波电压小，控制精度高。

2.1 设计步骤1―主电路的原理电路设计

主电路的原理电路设计方案利用所学知识，学生容易确定。如本设计中的主电路可采用常规的非隔离式Buck电路，开关管采用P沟道MOSFET，驱动采用“图腾柱”电路，输出电压反馈电路由一个比例运放电路构成(如图1所示)。

图1 主电路、驱动电路及电压反馈原理电路

2.2 设计步骤2―控制电路原理电路设计

控制电路原理电路方案参照相关资料，并利用所学自动控制理论知识，学生也较容易确定。本部分要求以TL494作为控制芯片。

TL494控制原理电路(如图2所示)，1和2脚前接上两相同阻值的电阻，起到限流阻隔的作用，其中1脚接主电路输出反馈电压Vo，2脚接设定电压Vset，当改变Vset的值时，Vo和Vset经误差比较后控制PWM信号的输出；3脚经一个PI比例积分回路串上2脚，起到反馈的作用；4脚接地；5脚经一个电容接地，6脚经一个电阻接地，5，6脚共同构成振荡回路；8，11脚与12脚共同接工作电压；13脚接地，使9，10脚以并联工作方式输出。

图2 TL494控制原理电路

2.3 设计步骤3―开关电源系统仿真预设计

这个环节是整个设计的重点和难点。对学生而言，设计原理电路并不难，难的就在于如何确定原理电路中具体的元器件参数，在这方面学生缺乏经验。

2.3.1 仿真软件使用方案及问题对策

按常规设计方法，直接将Orcad/Pspice仿真软件用于电力电子电路设计，对初学者特别是学生来说，往往困难较大。学生在使用该软件的时候，很容易碰到仿真不收敛的问题，从而一筹莫展。

因此，在教学实践中，引导学生首先利用Matlab中Simulink仿真平台仿真快而不易出现收敛问题的优势进行主电路的仿真设计，较高效地确定出主电路中的电感、电容和电阻的最佳参数值。然后再利用Orcad/Pspice仿真软件进行控制电路的仿真设计。控制电路部分设计的难点在于PI参数的选择，因此要引导学生采用Orcad/Pspice仿真软件来进行。因为Orcad/Pspice是器件级仿真软件，仿真精度高，辅助控制电路参数的确定最佳。

对Orcad/Pspice在电力电子电路整体仿真中容易遇到的收敛性问题，笔者通过和学生一起分析研究、查找资料，积累了一些解决问题的经验。实践表明，这些经验对开关电源系统电路的仿真设计是有用的。下面给出一个对此问题有用的对策。

在用Orcad/Pspice进行仿真调试的时候，经常出现ERROR -- Convergence problem in transient analysis at Time =？ Time step =？, minimum allowable step size =？这个问题。一个有效的解决方法就是修改参数。系统默认参数及参数修改的方法如图3和图4所示。

图3 PSpice系统默认参数

图4 参数修改图

2.3.2 系统仿真输出波形图示例

通过对不同参数条件下仿真结果的比较，按照开关电源纹波电压小，控制精度高等要求可确定原理电路参数。下面是利用仿真平台方便的参数比较功能得出的主电路最佳仿真输出波形图及控制电路采用最佳PI参数值时系统的输出电压仿真波形(如图5，图6所示)。

图5 主电路负载电压仿真输出波形(Simulink)

图6 总电路负载电压仿真输出波形3(Pspice)

图5是在开环状态下选择出的相对最优电感、电容和电阻参数值下的负载电压波形；图6是在控制电路选用相对最优比例系数和积分电容参数时的负载电压波形。

2.4 设计步骤4―实际开关电源系统测试

依据仿真预定元器件参数构建出具体的电路。在实验室调试中，要求学生利用示波器等检测仪器分析电路中的问题，帮助进一步确定最佳元器件参数。下面是对系统进行实际测试的一些数据(见表1，表2)。

表1 输入设定电压和输出实际电压

表2 输入设定电压和输出实际电压

实验测试结果表明：本电路系统可以稳定地输出0～12 V的直流电压。

实践表明，引导学生将不同仿真软件综合应用于电力电子电路的设计，不仅能有效地帮助学生提高电路设计的效率，而且对开拓学生思维，培养学生的创新能力也是有益的。

参考文献

[1] 许俊云.实验设备的改进与使用[J].实验室研究与探索,2010,8:337-339.

仿真电路设计总结篇8

关键词 电气设计 仿真实验 ETAP 电力工程基础

中图分类号：TM623 文献标识码：A

电力工程基础课是电力系统方面的一门基础性课程，这门课是实践性较强的专业课。进行实物模拟实验是很困难的，因为电力系统设备危险性较高，相关设备比较昂贵，因此利用电力系统仿真软件进行实验成为电力工程基础课程传统教学方法的一种重要补充。

ETAP软件是用于发电、配电和电力系统设计的专业商用软件，利用该软件进行实验能够满足教学要求，学生还可以通过该平台，探索更多的电力系统知识和应用技术。本文以某电气设计题为例具体讲述了如何根据背景资料应用电力系统知识分析并进行仿真实验。

1基础资料

1.1负荷情况

本工厂共设6个车间变电所，各车间负荷（380V侧）统计资料见表1。

1.2电源情况

工厂东北侧8km处有一地区变电所，使用35kV电压以一回架空线向工厂供电，35kV侧系统三相短路容量为1000MVA，单相短路容量为800MVA。架空线使用型号为LGJ-120的钢芯铝绞线，然后通过总降压变电所变压器输送到工厂10kV母线上。

2电气主接线图设计及变压器容量选择

分析背景资料可知，本厂由35kV电源供电，经过型号为LGJ-120的钢芯铝绞线，然后通过变压器连接到10kV母线，10kV母线上连接有6个负荷，画出主接线图，见图1。

负荷计算及变压器容量选择。以第一车间为例进行负荷计算，第一车间的视在计算负荷为

查教材《电力工程基础》附录表A-1，选择型号为S9―500/10型、电压为10/0.4、Yyn0联结的变压器，其技术数据如下： P0=0.96kW， Pk=5.1kW，I0%=1.0，Uk%=4，变压器的负荷率 =420/500=0.84，则变压器的功率损耗为

依次类推，将工厂各车间负荷的结果汇总于表2。

选择35kV和10kV母线之间的总降压变压器。根据表2可知，10kV侧总的负荷容量为4348.4kVA，选择的变压器容量应大于负荷容量，查附录表A-2，选择型号为S9-5000/35型、电压为35/10.5、Yd11联结的变压器。

3元件参数设置

仿真元件的选择和参数设置是使用etap软件执行基本潮流计算和其它各种计算的关键，只有录入了必要的参数，才能够实现相应的仿真功能。

3.1电源参数设置

本系统使用等效电网作为电源向系统供电，根据软件使用说明，进行潮流计算及短路计算，等效电网必须录入的参数是：额定电压、三相短路容量、单相短路容量及其X/R值。其中X/R一般根据电压等级来取经验值，35-110kV取15，110kV取20，220kV取25。因此参数设置为：额定电压为35kV，三相短路容量为1000MVA，单相短路容量为800MVA，X/R为15。

3.2架空线参数设置

传输线需要录入的参数有：单位长度阻抗导纳值及长度。架空线是型号为LGJ-120的钢芯铝绞线，查教材《电力工程基础》附录表A-13可知，电阻为0.27 /km，电抗选择0.4 /km，电纳忽略不计，因此其参数设置为：R=0.27 /km，X=0.4 /km，Y=0，l=8km。

3.3变压器参数设置

变压器必须录入的参数是变压器的变比、额定容量、阻抗百分数，X/R值、联接方式。以第一车间的变压器为例，所选的变压器型号为S9―500/10型、电压变比为10/0.4、Yyn0联接，Uk%=4，X/R可以根据以下四个变压器技术参数计算得到：短路损耗 Pk，空载损耗 P0、短路电压Uk%和空载电流I0%，为了省略计算，也可以直接点击etap软件的典型参数按钮来获得X/R值，按照American National Standard C57.12.10 和Industrial Power System Handbook by Beeman这两个标准，X/R值是和变压器容量大小相关的参数，即点典型参数按钮后软件会根据变压器容量，参考标准找到合适的X/R值。因此本例的变压器参数设置为：额定容量为500kVA，变比为10/0.4，Uk%=4，X/R=3.09，一次侧和二次侧均为Y星型连接。

3.4负荷参数设置

负荷必须录入的参数是额定电压，有功功（下转第156页）（上接第154页）率和无功功率。根据背景资料和表1可以直接录入相关参数。

4仿真运行

完成接线图的构建和参数设置后，运行潮流计算，计算结果可以通过报告查看，也可以部分显示在运行图上，运行完潮流计算的仿真图如图2所示。如果必要的参数没有设置或者设置错误使得潮流计算不收敛等，都可能造成运行失败，因此在实验过程中需要学生进行测试和反思，以及对运行结果进行分析。

5结语

通过该电气设计仿真实验，复杂、抽象的理论问题变得直观化、形象化，该实验需要学生根据背景资料设计电网结构，进行数据的计算，学会查表以及学习软件使用方法，同时锻炼了他们遇到困难时，自己解决问题的能力。

参考文献

[1] 孙丽华.电力工程基础[M].北京：机械工业出版社，2009.

仿真电路设计总结篇9

关键词:城市轨道交通;列车超速防护;

近年来,随着北京地铁扩建、上海和广州地铁的相继建成投运以及北京轻轨线路的即将开工,我国城市轨道交通的发展规模越来越大,然而我国的列车自动控制a tc(automatic train control) 水平还处于起步阶段,车地一体的成套系统设备尚需从国外引进. 跟踪国外a tc 系统技术发展,研制国产化a tc 系统的任务已迫在眉睫.

城市交通a tc 系统通常包括列车超速防护a tp(automatic train protection) 、列车自动驾驶a to(automatic train operation) 和列车自动监控a ts(automatic train supervision) 3 个子系统,其中a tp 子系统采用故障安全设计,完成列车运行的间隔控制、进路控制和超速防护等功能,对于保证列车运行安全和提高行车效率起着很重要的作用[ 1 ].

与单项产品的开发不同,城市轨道交通a tp 是一个复杂系统,涉及机车车辆、地车通信、信号联锁、行车指挥以及司机驾驶等诸多因素,系统开发设计中的疏漏乃至错误都在所难免, 所研制设备的性能测试与改进也不可能一蹴而就,应用计算机仿真技术、研究建立a tp 仿真系统是进行a tp 系统开发的必要条件和必然选择.

1 　atp 仿真系统目标与开发原则

1. 1 　系统目标

(1) 建立辅助开发平台　在atp 系统研发期间,应用数字仿真与半实物仿真相结合的手段,对所研制的atp 设备进行仿真测试,以便及时发现设计疏漏,缩短新产品的研制周期;同时还可以进行设备参数优化设计.

(2) 建立自动测试平台　对atp 系统的整体性能以及各个子系统的各项性能进行测试, 检验所设计的atp 系统的可靠性、可用性和可维护性指标,给出性能测试报告.

(3) 提供方案的评价手段　应用数字仿真对atp 系统方案的可行性进行预测和评估.

(4) 建立系统演示与人员培训环境　利用多媒体手段对atp 系统的原理、结构、功能和运行过程进行生动的展示,并提供atp 仿真系统工作人员以及现场信号工作人员的业务培训环境,包括设备的原理、结构、安装、调试和维护等.

1. 2 　系统开发原则

(1) 通用性与开放性　从适用范围方面,考虑扩展为地面铁路atp 仿真系统的需求;从系统功能方面,预留扩展为ats 与ato 仿真系统的接口.

(2) 数字仿真与半实物仿真相结合.

(3) 组态化建模　适应不同模式的atp 系统,保证仿真对象某一部分不同时,仅通过组态将基本部分加以重新组合就可获得新的仿真模型,而不必修改仿真的原程序.

(4) 优越的人机交互性能.

1. 3 　仿真对象描述城市轨道交通atp 系统结构如图1 所示,各部分的主要功能为:

(1) 区域控制中心　是atp 系统的核心. 一方面,向ats 系统提供由轨道电路子系统、进路控制子系统采集来的实时状态信息;另一方面,从ats 系统接收调度命令,产生进路控制命令并传递给进路控制子系统实现进路控制, 同时产生轨道电路编码信息, 由轨道电路子系统传递给车载atp 子系统,实现对列车的实时控制.

(2) 安全数据网　是指区域控制中心与其它atp 子系统实时交换信息的传输通道.

(3) 车载atp 子系统　接收轨道电路传递的各种信息,生成列车速度控制曲线,并与实测车速进行比较,监督列车运行. 当列车运图1 　城市交通atp 系统结构图行速度超过允许速度时,对列车实施制动.

(4) 轨道电路子系统　不仅向车载atp 子系统提供列车控制信息、定位信息,同时还完成列车占用检测、断轨检查等功能.

(5) 进路控制子系统　根据区域控制中心的命令,实时控制站内信号机与道岔.

2 　仿真系统结构与功能

2. 1 　atp 仿真系统总体结构

a tp 仿真系统的总体结构如图2 所示. a tp 仿真系统是一个分布式仿真大系统,系统中的网络服务器向各个仿真子系统提供大量共享的数据,例如:线路数据库、车站数据库、列车牵引制动模型、列车运行图等,以及各种硬件共享设备,如打印机、大屏幕投影等. 区域控制中心仿真子系统、车载a tp 仿真子系统、进路控制仿真子系统和轨道电路仿真子系统通过局域网与网络服务器连接,共享网络资源.

图2 　城市轨道交通atp 仿真系统的总体结构图

2. 2 　区域控制中心仿真子系统区域控制中心仿真子系统的结构如图3 所示. 图3 中,区域控制中心仿真主机的功能是:

(1) 模拟生成各种a ts 信息;

(2) 设置各通信链路模拟器的参数;

(3) 接收被测设备输出的轨道电路编码信息与进路控制信息,并对这些信息正确性、实时性、抗干扰性等进行评价,给出评价结果及统计信息;

(4) 通过局域网共享网络打印机、大屏幕投影等设备,实现子系统功能演示与系统培训.

图3 中的输入、输出接口可能是模拟量接口,也可能是数字量的;各通信链路模拟器可程控设置其模拟通信链路的类型(如串行或并行) 、链路长度、参数、故障模式等;被测区域控制中心机接收a ts 控制信息,输出轨道电路编码与进路控制信息.

图3 　区域控制中心仿真子系统的结构图

2. 3 　进路控制仿真子系统如图4 所示[2 ] ,进路控制仿真主机的功能是:

(1) 自动生成测试方案,模拟生成一系列的操作命令与当前状态输出;

(2) 通过局域网获取站场数据,并动态显示站场情况的变化;

(3) 接收被测设备输出的表示信息与控制信息,并对这些信息正确性、实时性等进行评价;

(4) 通过局域网共享网络资源,实现子系统功能演示与培训.

图4 　进路控制仿真子系统结构图

2. 4 　车载atp 仿真子系统车载a tp 仿真子系统的结构如图5 所示[3 ,4 ]. 图5 中,车载a tp 仿真子系统仿真主机的功能是:

(1) 根据系统参数以及通过局域网查询线路数据、列车运行模型、列车制动模型等,生成测试方案;

(2) 通过与驾驶仿真微机的通信,获取列车操纵与状态信息;在脱离驾驶仿真系统时,也可自行生成这些信息;

(3) 根据仿真要求,直接生成未经调制的地面轨道电路信息或点式信息;或者通过远程访问轨道电路子系统,由其提供原始信息;

(4) 根据仿真测试结果,进行测试结果统计分析、控制效率分析、安全性分析与评价;

(5) 通过局域网共享网络资源,实现子系统功能演示与培训.

图5 　车载atp 仿真子系统的结构图

2. 5 　轨道电路仿真子系统如图6 所示[5 ] ,轨道电路仿真主机的功能是:

(1) 根据仿真任务的需求,通过控制vxi 总线测试子系统与台式仪器子系统,获取仿真建模测试数据、信号分析数据等;

(2) 提供轨道电路工作特性分析、工作状态仿真、轨道电路参数优化、测试数据分析与统计、系统性能评价等的软件平台;

(3) 通过局域网共享网络资源,实现子系统功能演示与培训.

图6 　轨道电路仿真子系统的结构图

3 　结论

(1) 由于城市轨道交通具有与地面铁路相区别的一些显著特征,城市轨道交通atp 系统特别强调设备的自动化、系统化程度以及车地信息传输与设备的在线监控和维修的重要性. 在atp 仿真系统设计时,应对这些区别给予充分考虑.

(2) 城市交通atp 仿真系统结构与功能较复杂,各仿真子系统的详细设计有待于进一步研究.

参考文献:

[1 ] 赵明,张建明. 我国地铁信号技术发展研究[j ]. 北方交通大学学报,1999 ,23(5) :41 -44.

[2 ] 屠海滢,吴芳美. 铁路车站通用信号仿真系统的研究与实现[j ]. 铁道学报,1999 ,21(5) :47 -50.

[3 ] 郜春海,唐涛,张建明. 高速铁路列车运行控制系统车载设备的软件设计[j ]. 北方交通大学学报,1999 ,23 (5) :77 -82.

仿真电路设计总结篇10

【关键词】超宽带低噪声放大器ADS仿真噪声系数

低噪声放大器（LNA）是现代微波通信、雷达、电子战系统中的重要部件，它处于接收系统的前端，对天线接收到的微弱射频信号进行线性放大，同时抑制各种噪声干扰，提高系统灵敏度。由于LNA在接收系统中的特殊位置和作用，该部件的设计对整个接收系统的性能指标起着关键作用。本文介绍了一种超宽带低噪声放大器的设计方法。设计时首先根据性能指标要求选择合适的有源器件，确定相应的工作状态和偏置条件，使器件工作在绝对稳定状态，然后合理设计匹配电路和负反馈电路，最后对整体电路进行优化。设计中采用射频电路仿真软件ADS[1]对电路进行CAD辅助设计并给出了仿真结果。

一、低噪声放大器电路设计

1.1放大器的各项指标与设计方案

放大器需要满足的指标：工作频带100-400MHz，噪声系数（NF）小于0.3dB，带内增益大于32dB，带内增益平坦度±0.5dB以内，输入输出驻波比小于1.8。考虑到增益和噪声系数要求较高，采用E-PHEMT晶体管（ATF54143）[2]，安捷伦公司提供了其精确的ADS模型，便于仿真，而且工作时不需要负的栅极电压，便于单电源供电。

晶体管的功率增益在频率高端随着频率的增加以6 dB/倍频程下降，因此设计宽带放大器时必须使用相应的方法补偿此增益滚降，且保证整个频带内的稳定性，所以要考虑宽带阻抗匹配及选择恰当的电路形式。宽带放大器有以下几种：①分布放大器；②平衡放大器；③有耗匹配放大器；④负反馈放大器。通过比较，虽然负反馈放大器各个特性的改良是以略微增加噪声为代价的，但这种电路形式仍不失为所需频段内综合效果最优的方法，因此采用负反馈形式。

1.2偏置和负反馈电路

1.3稳定性分析

因为有源器件都存在内部反馈，反馈的大小取决于放大器的S参数、匹配网络以及偏置条件，当反馈量达到一定程度时，将会引起放大器输入或输出端口出现负阻，产生自激振荡，因此在做端口匹配前首先要判定放大器是否绝对稳定。

通常用K-Δ的方法来判定稳定性：

同时满足K>1和|Δ|

如果根据晶体管数据手册中的S参数进行计算分析，则计算过程复杂，可以使用ADS中的稳定性判定系数stab_fact（s）和stab_meas（s）直接对器件进行稳定性分析，只有在工作频段内同时满足stab_face（s）>1，stab_meas（s）>0时，才能保证器件绝对稳定。通过仿真得到稳定性判定系数如图1（b）所示。由图可知，两个稳定性系数在100-400MHz频率范围满足要求，所以器件绝对稳定。

1.4匹配电路与版图设计

考虑到频率较低和小的尺寸，采用集总参数的电容电感进行匹配电路设计[4]。32dB的增益，可以采用两级放大的形式且都用ATF54143。为了在整个频段内得到良好的匹配效果，一般先选定中心频率进行匹配电路设计，然后再对电路在整个频带内进行微调优化。第一级设计时，如果按最小噪声设计，输入端不是共轭匹配，会造成输入驻波比差，增益低，带内增益平坦度也不好，所以应该在最小噪声、驻波比和增益之间权衡进行输入匹配设计。输出按共轭匹配设计，同时加入一些电阻，增加稳定性，改善增益平坦度。输入输出都匹配到50Ω，电容电感用50Ω特征阻抗的微带短线进行连接。第二级采用与第一级一样的结构，直接与第一级级联。在确定整体电路后，画出版图。在版图空白处添加大面积的通孔接地，一方面为了保证散热和接地效果良好，另一方面是为今后调试留下焊接空间。整体电路如图2（a）所示。

二、电路优化与仿真结果

采用理想电容电感元件，先对第一级进行优化，当第一级的各项指标与预期目标接近后，第二级采用与第一级一样的结构与其级联，再对整体电路进行优化。在用ADS进行优化时，先放宽目标，进行随机优化后，再进行梯度优化，然后收紧目标，直到达到预期结果。按最优的原理图设计版图，然后进行原理图-版图联合仿真。原理图-版图联合仿真把layout中的无源电路和原理图中的元器件有机结合在一起进行仿真，既考虑了无源器件之间的电磁场效应，又可以考虑有源元件、集总元件的效应，这样仿真结果和实测结果非常接近，可以缩短制版调试的轮回。得到初步结果后，用较精确的muRata电容电感模型代替理想化模型，经过不断地优化和仿真，最终结果如图2（b）（c）（d）所示。可见，仿真结果的各项指标均达到预期要求。

三、结论

本文讨论了一种增强型E-PHEMT晶体管的超宽带低噪声放大器的设计，介绍了具体的流程与方法，应用射频电路仿真软件ADS强大的功能对放大器进行了优化设计，省去了复杂的理论分析计算，大大简化了设计过程，提高了工作效率，对低噪声放大器的制做具有很强的现实意义。

参考文献

[1]徐兴福. ADS2008射频电路设计与仿真实例.北京：电子工业出版社，2010

[2]张小兵.基于ATF54143的LNA设计.现代电子技术，2007，30（20）：165-167