电路设计仿真软件：Schematic Capture CIS_（2）.SchematicCaptureCIS入门教程

Schematic Capture CIS 入门教程

1. 环境搭建与安装

1.1 安装 Schematic Capture CIS

在开始使用 Schematic Capture CIS 之前，首先需要确保您的计算机满足软件的最低系统要求。以下是安装步骤：

1. 下载安装包：

   • 访问官方网站或授权的第三方平台，下载最新的 Schematic Capture CIS 安装包。

   • 选择适合您操作系统的版本（Windows、Linux 或 macOS）。

2. 安装软件：

   • 双击下载的安装包，启动安装向导。

   • 按照向导的提示进行安装，选择安装路径和安装选项。

   • 安装过程中，确保选择所有必要的组件，包括仿真引擎和开发工具。

3. 激活软件：

   • 安装完成后，启动 Schematic Capture CIS。

   • 按照软件提示进行激活，输入购买时提供的许可证密钥。

4. 配置环境：

   • 在软件启动后，进入“设置”菜单，配置您的工作环境。

   • 选择合适的单位系统（如公制或英制）、默认库路径和仿真参数。

1.2 安装开发工具

Schematic Capture CIS 支持多种开发工具，如 Python、C++ 和 Lua。以下是安装和配置开发工具的步骤：

1. 安装 Python：

   • 访问 Python 官方网站，下载最新版本的 Python 安装包。

   • 安装过程中，选择“Add Python to PATH”选项，以便在命令行中直接使用 Python。

2. 安装 C++ 开发环境：

   • 选择一个支持 C++ 的集成开发环境（IDE），如 Visual Studio 或 Code::Blocks。

   • 安装 IDE，并确保安装了 C++ 编译器（如 GCC 或 MSVC）。

3. 安装 Lua：

   • 访问 Lua 官方网站，下载最新版本的 Lua 安装包。

   • 安装 Lua，并将 Lua 的路径添加到系统的环境变量中。

1.3 配置开发环境

1. Python 环境配置：

   • 在 Schematic Capture CIS 中，进入“工具”菜单，选择“脚本配置”。

   • 添加 Python 解释器的路径，确保软件能够调用 Python 脚本。

   • 测试配置，运行一个简单的 Python 脚本以确保环境正确。

2. C++ 环境配置：

   • 在 Schematic Capture CIS 中，进入“工具”菜单，选择“编译器配置”。

   • 添加 C++ 编译器的路径，确保软件能够编译 C++ 代码。

   • 测试配置，编译一个简单的 C++ 程序以确保环境正确。

3. Lua 环境配置：

   • 在 Schematic Capture CIS 中，进入“工具”菜单，选择“脚本配置”。

   • 添加 Lua 解释器的路径，确保软件能够调用 Lua 脚本。

   • 测试配置，运行一个简单的 Lua 脚本以确保环境正确。

2. 基本操作与界面熟悉

2.1 界面布局

Schematic Capture CIS 的界面主要包括以下几个部分：

• 菜单栏：包含文件、编辑、视图、工具等主要功能。

• 工具栏：提供常用的工具按钮，如新建、打开、保存等。

• 元件库：列出所有可用的元件，支持拖拽操作。

• 工作区：绘制电路图的区域。

• 属性栏：显示选中元件或导线的属性。

• 状态栏：显示当前操作的状态和提示信息。

2.2 创建新项目

1. 新建项目：

   • 在菜单栏中选择“文件” -> “新建”。

   • 选择项目类型，如“原理图”或“PCB 设计”。

   • 输入项目名称和保存路径，点击“创建”。

2. 加载元件库：

   • 在“元件库”面板中，选择需要的元件库。

   • 可以通过搜索功能快速找到特定元件。

   • 将元件拖拽到工作区中进行使用。

3. 保存项目：

   • 在菜单栏中选择“文件” -> “保存”。

   • 选择保存格式和路径，点击“保存”。

2.3 绘制基本电路

1. 放置元件：

   • 在“元件库”面板中选择所需的元件，如电阻、电容、晶体管等。

   • 将元件拖拽到工作区中，并调整其位置。

2. 连接元件：

   • 使用“导线”工具连接元件的引脚。

   • 确保连接点正确无误，避免短路或断路。

3. 添加电源和地：

   • 从“元件库”中选择电源（如 VCC）和地（如 GND）元件。

   • 将电源和地元件放置在电路中，确保电路正常供电。

4. 标注和注释：

   • 使用“文本”工具添加电路图的标注和注释。

   • 为元件和导线添加名称和值，方便后续的仿真和分析。

2.4 仿真设置

1. 选择仿真类型：

   • 在菜单栏中选择“工具” -> “仿真设置”。

   • 选择合适的仿真类型，如直流仿真、交流仿真或瞬态仿真。

2. 设置仿真参数：

   • 在“仿真设置”对话框中，配置仿真参数，如仿真时间、步长和输出节点。

   • 确保仿真参数符合您的设计需求。

3. 运行仿真：

   • 在菜单栏中选择“工具” -> “运行仿真”。

   • 监视仿真进度，查看仿真结果。

4. 分析仿真结果：

   • 在仿真结果窗口中，查看电压、电流等仿真数据。

   • 使用图表和表格工具进行数据分析，调整电路设计。

3. 二次开发基础

3.1 脚本开发

3.1.1 Python 脚本开发

1. 创建 Python 脚本：

   • 在 Schematic Capture CIS 中，进入“工具”菜单，选择“脚本编辑器”。

   • 选择 Python 语言，创建一个新的脚本文件。

2. 编写脚本：

   • 使用 Python 脚本进行电路图的自动化生成和仿真设置。

   • 以下是一个简单的示例，展示如何创建一个包含电阻和电容的电路图并运行仿真。

# 导入 Schematic Capture CIS 的 API

import schemacapturecis as sc



# 创建一个新的电路图

circuit = sc.Schematic()



# 添加电阻元件

resistor1 = sc.Resistor(value=1000, name='R1')

circuit.add_element(resistor1, (100, 100))



# 添加电容元件

capacitor1 = sc.Capacitor(value=1e-6, name='C1')

circuit.add_element(capacitor1, (200, 100))



# 连接元件

circuit.connect(resistor1, 1, capacitor1, 1)

circuit.connect(resistor1, 2, (0, 0))  # 连接到地

circuit.connect(capacitor1, 2, (0, 0))  # 连接到地



# 设置电源

vcc = sc.PowerSource(value=5, name='VCC')

circuit.add_element(vcc, (0, 100))



# 连接电源

circuit.connect(vcc, 1, resistor1, 1)



# 保存电路图

circuit.save('simple_circuit.sch')



# 运行仿真

simulator = sc.Simulator(circuit)

results = simulator.run_simulation(sim_type='DC', time=0.1, step=0.01)



# 输出仿真结果

print(results)

3. 运行脚本：

   • 保存脚本文件，并在 Schematic Capture CIS 中运行。

   • 查看仿真结果，确保脚本正确执行。

3.1.2 C++ 脚本开发

1. 创建 C++ 项目：

   • 在您的 IDE 中创建一个新的 C++ 项目。

   • 添加 Schematic Capture CIS 的开发库文件。

2. 编写代码：

   • 使用 C++ 代码进行电路图的生成和仿真设置。

   • 以下是一个简单的示例，展示如何创建一个包含电阻和电容的电路图并运行仿真。

#include 

#include "schemacapturecis.h"



int main() {

    // 创建一个新的电路图

    sc::Schematic circuit;



    // 添加电阻元件

    sc::Resistor resistor1(1000, "R1");

    circuit.add_element(resistor1, {100, 100});



    // 添加电容元件

    sc::Capacitor capacitor1(1e-6, "C1");

    circuit.add_element(capacitor1, {200, 100});



    // 连接元件

    circuit.connect(resistor1, 1, capacitor1, 1);

    circuit.connect(resistor1, 2, {0, 0});  // 连接到地

    circuit.connect(capacitor1, 2, {0, 0});  // 连接到地



    // 设置电源

    sc::PowerSource vcc(5, "VCC");

    circuit.add_element(vcc, {0, 100});



    // 连接电源

    circuit.connect(vcc, 1, resistor1, 1);



    // 保存电路图

    circuit.save("simple_circuit.sch");



    // 运行仿真

    sc::Simulator simulator(circuit);

    sc::SimulationResults results = simulator.run_simulation(sc::SimType::DC, 0.1, 0.01);



    // 输出仿真结果

    results.print();



    return 0;

}

3. 编译和运行：

   • 在 IDE 中编译并运行 C++ 代码。

   • 查看仿真结果，确保代码正确执行。

3.2 API 介绍

3.2.1 Python API

1. Schematic 类：

   • Schematic(): 创建一个新的电路图对象。

   • add_element(element, position): 将元件添加到电路图中。

   • connect(element1, pin1, element2, pin2): 连接两个元件的引脚。

   • save(file_path): 保存电路图文件。

2. Element 类：

   • Resistor(value, name): 创建一个电阻元件。

   • Capacitor(value, name): 创建一个电容元件。

   • PowerSource(value, name): 创建一个电源元件。

3. Simulator 类：

   • Simulator(schematic): 创建一个仿真器对象。

   • run_simulation(sim_type, time, step): 运行仿真。

   • SimulationResults: 存储仿真结果。

3.2.2 C++ API

1. Schematic 类：

   • Schematic(): 创建一个新的电路图对象。

   • add_element(Element& element, const std::pair& position): 将元件添加到电路图中。

   • connect(Element& element1, int pin1, Element& element2, int pin2): 连接两个元件的引脚。

   • save(const std::string& file_path): 保存电路图文件。

2. Element 类：

   • Resistor(double value, const std::string& name): 创建一个电阻元件。

   • Capacitor(double value, const std::string& name): 创建一个电容元件。

   • PowerSource(double value, const std::string& name): 创建一个电源元件。

3. Simulator 类：

   • Simulator(const Schematic& schematic): 创建一个仿真器对象。

   • SimulationResults run_simulation(SimType sim_type, double time, double step): 运行仿真。

   • SimulationResults: 存储仿真结果。

4. 高级功能与应用

4.1 参数化设计

在 Schematic Capture CIS 中，参数化设计允许您创建能够动态调整参数的元件和电路。这在进行多参数仿真和优化时非常有用。

1. 创建参数化元件：

   • 使用脚本创建参数化的元件，如可变电阻和可变电容。

   • 以下是一个 Python 示例，展示如何创建一个可变电阻元件。

# 导入 Schematic Capture CIS 的 API

import schemacapturecis as sc



# 创建一个可变电阻类

class VariableResistor(sc.Resistor):

    def __init__(self, min_value, max_value, name):

        super().__init__(min_value, name)

        self.min_value = min_value

        self.max_value = max_value

        self.value = min_value



    def set_value(self, value):

        if self.min_value <= value <= self.max_value:

            self.value = value

        else:

            raise ValueError("Value out of range")



# 创建一个新的电路图

circuit = sc.Schematic()



# 添加可变电阻元件

var_resistor1 = VariableResistor(100, 10000, 'VR1')

circuit.add_element(var_resistor1, (100, 100))



# 设置可变电阻的值

var_resistor1.set_value(5000)



# 保存电路图

circuit.save('variable_resistor_circuit.sch')

2. 参数化仿真：

   • 使用脚本进行参数化仿真，如改变电阻值观察电路响应。

   • 以下是一个 Python 示例，展示如何进行参数化仿真。

# 导入 Schematic Capture CIS 的 API 和 NumPy 库

import schemacapturecis as sc

import numpy as np



# 创建一个新的电路图

circuit = sc.Schematic()



# 添加可变电阻元件

var_resistor1 = VariableResistor(100, 10000, 'VR1')

circuit.add_element(var_resistor1, (100, 100))



# 添加电容元件

capacitor1 = sc.Capacitor(value=1e-6, name='C1')

circuit.add_element(capacitor1, (200, 100))



# 连接元件

circuit.connect(var_resistor1, 1, capacitor1, 1)

circuit.connect(var_resistor1, 2, (0, 0))  # 连接到地

circuit.connect(capacitor1, 2, (0, 0))  # 连接到地



# 设置电源

vcc = sc.PowerSource(value=5, name='VCC')

circuit.add_element(vcc, (0, 100))



# 连接电源

circuit.connect(vcc, 1, var_resistor1, 1)



# 运行参数化仿真

simulator = sc.Simulator(circuit)

resistance_values = np.linspace(100, 10000, 100)

results = []



for value in resistance_values:

    var_resistor1.set_value(value)

    result = simulator.run_simulation(sc.SimType.DC, 0.1, 0.01)

    results.append(result)



# 输出仿真结果

for i, result in enumerate(results):

    print(f"Resistance: {resistance_values[i]} Ohms, Result: {result}")

4.2 自动化测试

自动化测试是通过脚本批量运行仿真，以测试多种参数组合的电路响应。这在验证电路设计的鲁棒性和优化参数时非常有用。

1. 创建测试脚本：

   • 使用脚本进行电路的自动化测试，如测试多种参数组合的电路响应。

   • 以下是一个 Python 示例，展示如何创建自动化测试脚本。

# 导入 Schematic Capture CIS 的 API 和 NumPy 库

import schemacapturecis as sc

import numpy as np



# 创建一个新的电路图

circuit = sc.Schematic()



# 添加可变电阻元件

var_resistor1 = VariableResistor(100, 10000, 'VR1')

circuit.add_element(var_resistor1, (100, 100))



# 添加电容元件

capacitor1 = sc.Capacitor(value=1e-6, name='C1')

circuit.add_element(capacitor1, (200, 100))



# 连接元件

circuit.connect(var_resistor1, 1, capacitor1, 1)

circuit.connect(var_resistor1, 2, (0, 0))  # 连接到地

circuit.connect(capacitor1, 2, (0, 0))  # 连接到地



# 设置电源

vcc = sc.PowerSource(value=5, name='VCC')

circuit.add_element(vcc, (0, 100))



# 连接电源

circuit.connect(vcc, 1, var_resistor1, 1)



# 运行自动化测试

simulator = sc.Simulator(circuit)

resistance_values = np.linspace(100, 10000, 100)

capacitance_values = np.linspace(1e-6, 1e-5, 100)



test_results = {}



for r in resistance_values:

    for c in capacitance_values:

        var_resistor1.set_value(r)

        capacitor1.set_value(c)

        result = simulator.run_simulation(sc.SimType.DC, 0.1, 0.01)

        test_results[(r, c)] = result



# 输出测试结果

for (r, c), result in test_results.items():

    print(f"Resistance: {r} Ohms, Capacitance: {c} F, Result: {result}")

4.3 电路优化

电路优化是通过算法自动调整电路参数以达到最优性能。Schematic Capture CIS 支持多种优化算法，如遗传算法和梯度下降。

1. 优化算法：

   • 使用优化算法（如遗传算法或梯度下降）进行电路参数的优化。

   • 以下是一个 Python 示例，展示如何使用遗传算法优化电路电阻值。

# 导入 Schematic Capture CIS 的 API 和 DEAP 库

import schemacapturecis as sc

import numpy as np

from deap import base, creator, tools, algorithms



# 创建一个新的电路图

circuit = sc.Schematic()



# 添加可变电阻元件

var_resistor1 = VariableResistor(100, 10000, 'VR1')

circuit.add_element(var_resistor1, (100, 100))



# 添加电容元件

capacitor1 = sc.Capacitor(value=1e-6, name='C1')

circuit.add_element(capacitor1, (200, 100))



# 连接元件

circuit.connect(var_resistor1, 1, capacitor1, 1)

circuit.connect(var_resistor1, 2, (0, 0))  # 连接到地

circuit.connect(capacitor1, 2, (0, 0))  # 连接到地



# 设置电源

vcc = sc.PowerSource(value=5, name='VCC')

circuit.add_element(vcc, (0, 100))



# 连接电源

circuit.connect(vcc, 1, var_resistor1, 1)



# 定义优化目标函数

def evaluate(individual):

    var_resistor1.set_value(individual[0])

    result = simulator.run_simulation(sc.SimType.DC, 0.1, 0.01)

    return result['voltage_at_node_1'],  # 返回目标节点的电压



# 创建 DEAP 工具箱

creator.create("FitnessMax", base.Fitness, weights=(1.0,))  # 最大化目标函数

creator.create("Individual", list, fitness=creator.FitnessMax)



toolbox = base.Toolbox()

toolbox.register("attr_float", np.random.uniform, 100, 10000)

toolbox.register("individual", tools.initRepeat, creator.Individual, toolbox.attr_float, n=1)

toolbox.register("population", tools.initRepeat, list, toolbox.individual)



toolbox.register("evaluate", evaluate)

toolbox.register("mate", tools.cxBlend, alpha=0.5)

toolbox.register("mutate", tools.mutGaussian, mu=0, sigma=1, indpb=0.1)

toolbox.register("select", tools.selTournament, tournsize=3)



# 初始化种群和仿真器

population = toolbox.population(n=50)

simulator = sc.Simulator(circuit)



# 运行遗传算法

result = algorithms.eaSimple(population, toolbox, cxpb=0.5, mutpb=0.2, ngen=100, verbose=False)



# 输出最优个体

best_individual = tools.selBest(population, 1)[0]

print(f"Optimal Resistance: {best_individual[0]} Ohms, Voltage: {evaluate(best_individual)[0]} V")

4.4 多线程仿真

多线程仿真可以显著提高仿真效率，特别是在处理复杂电路和多参数仿真时。

1. 配置多线程：

   • 在 Schematic Capture CIS 中，进入“工具”菜单，选择“多线程配置”。

   • 设置线程数，根据您的计算机性能选择合适的线程数。

2. 使用多线程进行仿真：

   • 以下是一个 Python 示例，展示如何使用多线程进行仿真。

# 导入 Schematic Capture CIS 的 API 和多线程库

import schemacapturecis as sc

import numpy as np

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor



# 创建一个新的电路图

circuit = sc.Schematic()



# 添加可变电阻元件

var_resistor1 = VariableResistor(100, 10000, 'VR1')

circuit.add_element(var_resistor1, (100, 100))



# 添加电容元件

capacitor1 = sc.Capacitor(value=1e-6, name='C1')

circuit.add_element(capacitor1, (200, 100))



# 连接元件

circuit.connect(var_resistor1, 1, capacitor1, 1)

circuit.connect(var_resistor1, 2, (0, 0))  # 连接到地

circuit.connect(capacitor1, 2, (0, 0))  # 连接到地



# 设置电源

vcc = sc.PowerSource(value=5, name='VCC')

circuit.add_element(vcc, (0, 100))



# 连接电源

circuit.connect(vcc, 1, var_resistor1, 1)



# 定义仿真函数

def run_simulation(resistance, capacitance):

    var_resistor1.set_value(resistance)

    capacitor1.set_value(capacitance)

    simulator = sc.Simulator(circuit)

    result = simulator.run_simulation(sc.SimType.DC, 0.1, 0.01)

    return result



# 运行多线程仿真

resistance_values = np.linspace(100, 10000, 100)

capacitance_values = np.linspace(1e-6, 1e-5, 100)



simulator = sc.Simulator(circuit)

results = []



with ThreadPoolExecutor(max_workers=4) as executor:

    futures = []

    for r in resistance_values:

        for c in capacitance_values:

            futures.append(executor.submit(run_simulation, r, c))

    

    for future in futures:

        results.append(future.result())



# 输出仿真结果

for i, result in enumerate(results):

    r = resistance_values[i // len(capacitance_values)]

    c = capacitance_values[i % len(capacitance_values)]

    print(f"Resistance: {r} Ohms, Capacitance: {c} F, Result: {result}")

4.5 高级功能应用示例

1. 复杂电路设计：

   • 使用 Schematic Capture CIS 设计复杂的多级电路，如滤波器、放大器等。

   • 以下是一个 Python 示例，展示如何设计一个简单的 RC 滤波器电路。

# 导入 Schematic Capture CIS 的 API

import schemacapturecis as sc



# 创建一个新的电路图

circuit = sc.Schematic()



# 添加电阻元件

resistor1 = sc.Resistor(value=1000, name='R1')

circuit.add_element(resistor1, (100, 100))



# 添加电容元件

capacitor1 = sc.Capacitor(value=1e-6, name='C1')

circuit.add_element(capacitor1, (200, 100))



# 连接元件

circuit.connect(resistor1, 1, capacitor1, 1)

circuit.connect(resistor1, 2, (0, 0))  # 连接到地

circuit.connect(capacitor1, 2, (0, 0))  # 连接到地



# 设置电源

vcc = sc.PowerSource(value=5, name='VCC')

circuit.add_element(vcc, (0, 100))



# 连接电源

circuit.connect(vcc, 1, resistor1, 1)



# 保存电路图

circuit.save('rc_filter_circuit.sch')



# 运行仿真

simulator = sc.Simulator(circuit)

results = simulator.run_simulation(sc.SimType.AC, 1, 0.01)



# 输出仿真结果

print(results)

2. 电路仿真与分析：

   • 使用 Schematic Capture CIS 进行复杂的电路仿真，如交流仿真、瞬态仿真等。

   • 以下是一个 Python 示例，展示如何进行交流仿真。

# 导入 Schematic Capture CIS 的 API

import schemacapturecis as sc

import numpy as np



# 创建一个新的电路图

circuit = sc.Schematic()



# 添加电阻元件

resistor1 = sc.Resistor(value=1000, name='R1')

circuit.add_element(resistor1, (100, 100))



# 添加电容元件

capacitor1 = sc.Capacitor(value=1e-6, name='C1')

circuit.add_element(capacitor1, (200, 100))



# 连接元件

circuit.connect(resistor1, 1, capacitor1, 1)

circuit.connect(resistor1, 2, (0, 0))  # 连接到地

circuit.connect(capacitor1, 2, (0, 0))  # 连接到地



# 设置电源

vcc = sc.PowerSource(value=5, name='VCC')

circuit.add_element(vcc, (0, 100))



# 连接电源

circuit.connect(vcc, 1, resistor1, 1)



# 保存电路图

circuit.save('rc_filter_circuit.sch')



# 运行交流仿真

simulator = sc.Simulator(circuit)

frequencies = np.logspace(1, 5, 100)  # 从 10 Hz 到 100 kHz

results = []



for freq in frequencies:

    vcc.set_frequency(freq)  # 设置电源频率

    result = simulator.run_simulation(sc.SimType.AC, 1, 0.01)

    results.append(result)



# 输出仿真结果

for i, result in enumerate(results):

    print(f"Frequency: {frequencies[i]} Hz, Result: {result}")

4.6 总结

通过以上示例，您可以看到 Schematic Capture CIS 不仅提供了基本的电路设计和仿真功能，还支持参数化设计、自动化测试和电路优化等高级功能。这些功能可以帮助您更高效地进行电路设计和分析，提高设计质量和可靠性。

希望本教程对您入门 Schematic Capture CIS 有所帮助。如果您有任何问题或需要进一步的帮助，请参考官方文档或社区论坛。