EDA技術是利用計算機工作平臺，從事電子系統和電路設計的一項新技術，旨在協助電子設計工程師開發新的電子系統與電路、IC以及PCB產品，它的發展與應用引發了一場工業設計和制造領域的革命，給企業帶來了巨大經濟效益。早期的EDA有CDA，Protel等，主要是進行一些原理圖、PCB圖、IC版圖等的繪制，包含一些較簡單的仿真，將設計人員從繁瑣計算、繪圖和檢驗中解脫出來，而目前的EDA則步入了一個嶄新的時期，這個時期微電子技術以驚人的速度發展，一個芯片上可以集成百萬甚至千萬個晶體管，電子系統朝著多功能、高速度、智能化、小型化的趨勢發展，它們對集成電路和專用集成電路的容量、速度、頻率等都提出了更高的要求，這種高難度的集成電路要在短時間內正確設計成功，就必須將EDA提高到一個更高的水平。

該系統就是利用EDA開發工具Multisim9和Ultiboard軟件，選取了一種簡易的電池驅動玩具——電動機器貓，進行設計、仿真和制作，將普通的電動玩具改裝升級成能進行一定智能控制的玩具。

1 EDA介紹

EDA技術是利用計算機工作平臺，從事電子系統和電路設計的一項新技術。它是由電子CAD發展起來的，是計算機信息技術，微電子技術，計算機圖形學，電路理論，信號分析與信號處理等理論和技術的結晶。EDA與傳統設計相比，其優點可歸納為：

（1）設計效率高，設計周期短。

（2）提高了設計質量。

（3）降低設計成本。

（4）充分發揮設計人員的創造性。

目前市場上有很多的EDA軟件，包括ORCAD/PSPICE、P-CAD、PADS、EWB等。在實際電路設計中用得最多的是Electronics Workbench（EWB）系列EDA軟件，包括Multisim電路仿真軟件和Ultiboard印制板設計軟件。Multisim9是一個完整的設計工具系統，提供了一個非常大的零件數據庫，并提供原埋圖輸入接口、全部的數模Spice仿真功能、VHDL/Verilog設計接口與仿真功能、FPGA/CPLD綜合、RF設計能力和后處理功能。尤其是多種可放置到設計電路中的虛擬儀表，應用該軟件用戶就如同擁有了一個元器件種類齊全、儀器先進的電子實驗室，可以進行仿真實驗與產品設計。從而使電路仿真分析操作更符合電子工程技術人員的試驗工作習慣。

2 智能機器貓電路設計

簡易電動貓玩具是當裝入電池并接通開關后，由電池帶動電動機，機器貓行走；點亮置于眼部的燈，雙眼閃爍；觸發音樂芯片，發出貓叫聲。我們將該玩具的驅動部分進行改裝，由簡單的手動開關控制運動改為可以實現聲控、光控和磁控。為了實現這一點首先要加入合適的傳感器以獲取外界信號，其次設計適當的電路對獲取的信號進行處理，使它具有控制活動部分的能力，最后就是系統實驗和調試。

利用Multisim9先對電路進行改裝設計。聲控、光控和磁控三種控制信號，分別采用駐極式麥克風、光敏三極管、干簧管來獲取外界環境中的聲、光、磁信號。駐極式麥克風是由一片很輕的振動膜及駐極電荷的背極板所組成，隨著音波的流入使金屬振動板振動時，振動板與電極板會隨音波的振動產生距離上的變化，即靜電容量的變化。這樣，駐極式麥克風就將外界的聲音信號轉化為了電信號。光敏三極管由兩個PN結組成，它的發射極具有光敏特性，集電極則與普通晶體管一樣，可以獲得電流的增益。當遇到光照時，集電極與發射極兩極導通，實現了光信號轉化為電信號。為避免外界自然光線對其的影響，選取了紅外線接收管。干簧管是利用磁場信號來控制的一種線路開關器件，它由一對磁性材料制造的彈性舌簧組成，密封于玻璃管中，舌簧端面互疊留有一條間隙，觸點鍍有一層貴金屬，玻璃管中還灌有一種叫金屬銠的惰性氣體。當有磁場靠近時，兩個舌簧磁化，若生成的磁場吸引力克服了舌簧的彈性產生的阻力，舌簧被吸引力作用接觸導通，即電路閉合。一旦磁場力消除，舌簧因彈力作用又重新分開，即電路斷開，實現了將磁信號轉化為電信號。整個電路的核心器件是555定時器，用555定時器構成的單穩態觸發器，在三種不同的控制方法下，均給以低電平觸發，促使電機轉動，從而達到了機器貓停走的目的。

3 電路仿真

利用Multisim9仿真軟件輸入以上電路原理圖，并用仿真軟件中的虛擬儀器一示波器仿真功能判斷電路的正確性。仿真過程中分別用開關K1、K2、光耦合器模擬仿真聲控、磁控和光控；燈泡代替電動機。每當按下其中一個開關時，燈泡即發光，一段時間后自動熄滅，相當于機器貓的“走一停”過程。可通過調整C5、R6各自數值的大小改變電動機工作時間的長短。

由于Multisim9元件庫里沒有9014及8050型號的三極管，故用性能參數相近的2SC945和2N2222A代替做仿真。

采用虛擬的數字存儲示波器觀察555芯片的6腳和3腳的波形。驗證了單穩態的工作原理即：電源接通，若觸發輸入端施加觸發信號2腳電壓≤1/3Vcc，觸發器發生翻轉，電路進入暫穩態，3腳輸出為高電平，且圖2中T1截止。此后電源通過電阻R6向電容G5充電，當Vcs上升到2/3Vcc時，觸發器復位，3腳輸出為低電平，T1導通，電容C放電，電路恢復至穩定狀態。

4 印制板設計

印制板設計軟件采用Ultiboard軟件。利用Multisim9完成電路原理圖的設計、繪制和仿真后利用傳輸功能將數據傳到Ultiboard會自動建立—個項目。然后根據需要設定設計規則，本電路中主要考慮使用Tools菜單的PCB Properties選Board Settings頁，Layer選擇成對板層對數量為1，Single Layer分別選擇上面和底面單個板層數量為0，Inner顯示內電層數量為0；Allow均選中允許兩個基本布線層，即可布雙面板。設置單位制和格點，使用Tools菜單的PCB Properties選Grid＆units頁。在Units區域的Design設置圖紙的單位為英制單位mil。在Grids區域，Visible grid設置可視格點距離為25mil；Component grid設置元件擺放格點距離為50mil，Grid設置光標格點距離，即光標移動一步距離為25mil。

參照原理圖移動元件形成布局圖，使用Autoroute/place菜單的Internal Rip-up and Retry命令進入內置拆線一重試自動布線器窗口，直接選命令開始布線，程序會自動打開布線策略選擇窗口，按OK鈕開始自動布線，可以觀察到雙面自動布線效果。

這樣制作出的印制板再進行元器件組裝，改裝以后的智能機器貓具有機、電、聲、光、磁結合的特點，是聲控、光控、磁控機電一體化電動玩具，即：拍手即走、光照即走、磁鐵靠近即走，但只是持續一段時間后就會停下，再滿足其中一個條件時將繼續行走，成為能進行一定智能控制的電動玩具。

5 結語

隨著電子技術的不斷發展，特別是大規模可編程器件的出現改變了傳統的數字系統設計方法，基于EDA技術的設計方法正在成為現代電子系統設計的主流。EDA技術是電子信息技術發展的杰出成果，利用計算機進行設計、分析、仿真、制造等工作，最大限度地降低成本、節省時間以及提高可靠性。升級后的智能機器貓不僅硬件成本低，而且趣味性強、能動性好，給企業帶來了巨大經濟效益。
? ? ? ?責任編輯：tzh