電路仿真是一種計(jì)算機(jī)軟件模擬電子電路或系統(tǒng)行為的技術(shù)。無需實(shí)際構(gòu)建電路或系統(tǒng)，即可對(duì)新設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試，評(píng)估和診斷。在實(shí)際進(jìn)行電路級(jí)故障排除之前，電路仿真可能是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障排除以收集數(shù)據(jù)的有用工具。這允許設(shè)計(jì)者在實(shí)際構(gòu)造系統(tǒng)之前確定設(shè)計(jì)的正確性和效率。因此，用戶可以在不實(shí)際物理構(gòu)建系統(tǒng)的情況下探索替代設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。通過在設(shè)計(jì)階段而不是構(gòu)建階段調(diào)查特定設(shè)計(jì)決策的影響，構(gòu)建系統(tǒng)的總體成本顯著降低。

因此，軟件仿真是在物理電路制作之前嘗試的好方法。 Tinkercad是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的模擬工具，它可以幫助您測(cè)試硬件和軟件，無需進(jìn)行任何物理連接，甚至無需購買任何硬件。

您是否感覺到輸入輸出引腳的短缺在Arduino？如果您想要驅(qū)動(dòng)大量的LED或想制造LED立方體，我認(rèn)為您肯定感覺需要I/O引腳。您知道只使用3針Arduino就可以驅(qū)動(dòng)無限數(shù)量的LED嗎？是的，移位寄存器將幫助您實(shí)現(xiàn)這一魔力。在這個(gè)講解中，我將向您展示如何使用74HC595移位寄存器實(shí)現(xiàn)無限輸入和輸出。作為一個(gè)例子，我將使用六個(gè)7段顯示器制作帶溫度計(jì)和勒克斯計(jì)的數(shù)字時(shí)鐘。在最終制作硬件電路之前，我在Tinkercad中模擬了電路，因?yàn)檫@些電路涉及很多連接。模擬可以讓您更自信，您可以在沒有任何物理試驗(yàn)和錯(cuò)誤的情況下測(cè)試完成電路。顯然，它可以幫助您節(jié)省昂貴的硬件和寶貴的時(shí)間。

第1步：保存硬件免于燃燒

與其他電子電路一樣，LED電路對(duì)電流非常敏感。如果流過的電流大于額定電流（例如20mA），則LED會(huì)燃燒。選擇合適的電阻對(duì)于在不燒壞電路或LED的情況下獲得適當(dāng)?shù)牧炼确浅Ｖ匾?/p>

Tinkercad電路具有出色的特性。它顯示了是否超過額定電流流過電路元件。在下面的電路中，我將一個(gè)七段顯示器直接連接到一個(gè)沒有任何電阻的移位寄存器。即使對(duì)于七段顯示器，寄存器也是不安全的，并且兩者都可以通過該連接燒毀。 Tinkercad通過紅色星顯示了這一事實(shí)。

在下面的電路中，我在LED的每個(gè)部分添加了一個(gè)180歐姆的電阻。大約14.5mA電流流過顯示器的每個(gè)部分，為顯示器節(jié)省。但是從模擬中可以看出，該電阻值對(duì)IC來說是不安全的。移位寄存器的最大電流容量為50mA。因此，IC在顯示器上最多可安裝三個(gè)（14.5 x 3 = 43.5mA）。如果IC上有三個(gè)以上的段可以被燒毀（例如14.5×4 = 58mA）。大多數(shù)制造商都沒有注意到這一事實(shí)。它們只考慮顯示器來計(jì)算電阻值。

但如果他們模擬Tinkercad中的電路，那么犯這個(gè)錯(cuò)誤的可能性就會(huì)變?yōu)榱?。因?yàn)門inkercad會(huì)通過顯示紅色星星來提醒你。

以下設(shè)計(jì)非常適合我為顯示器的每個(gè)部分選擇470歐姆電阻器。在模擬電路時(shí)使用了附件Arduino sketch。

步驟2：測(cè)量電壓，電流，電阻和電壓。波形

測(cè)量電流電壓是電子電路的一大麻煩，尤其需要多個(gè)并行測(cè)量。 Tinkercad仿真可以很容易地解決這個(gè)問題。您可以非常輕松地測(cè)量電流電壓和電阻。您可以一次為多個(gè)分支執(zhí)行此操作。以下設(shè)置顯示了電路的總電流和電壓。

您也可以使用示波器觀察波形并測(cè)量頻率。/p>

在上面的設(shè)置示波器中顯示來自Arduino的時(shí)鐘信號(hào)。您還可以一次測(cè)量多個(gè)分支的電流和電壓，這是非常有效的。如果您想在實(shí)際電路中使用萬用表一次測(cè)量多個(gè)支路電流，那將非常困難。但是在Tinkercad你可以很容易地做到。在下面的電路中，我使用多個(gè)電流表來測(cè)量來自不同分支的電流。

第3步：編寫程序＆amp;使用串行監(jiān)視器

Tinkercad電路的一個(gè)有趣且有用的功能是它有一個(gè)代碼編輯器，你可以直接從它的環(huán)境編寫Arduino和ESP8266的程序。您還可以通過選擇“阻止”模式使用圖形環(huán)境開發(fā)程序。這對(duì)制造商和制造商非常有幫助。沒有編程經(jīng)驗(yàn)的業(yè)余愛好者。

它還有一個(gè)內(nèi)置的調(diào)試器，您可以從中調(diào)試代碼。調(diào)試器將幫助您識(shí)別代碼中的錯(cuò)誤（錯(cuò)誤）并更正（調(diào)試）它。

Tinkercad電路還具有串行監(jiān)視器和您可以非常輕松地監(jiān)控傳感器值并調(diào)試電路。以下電路用于測(cè)試PIR＆amp;超聲波傳感器和on =保存串行監(jiān)視器中的數(shù)據(jù)。

步驟4：模擬大電路和復(fù)雜電路（帶溫度計(jì)和勒克斯電表的時(shí)鐘）

在Tinkercad中，您可以在實(shí)際制作之前模擬任何復(fù)雜的電路。它可以為您節(jié)省寶貴的時(shí)間。在復(fù)雜的電路中犯錯(cuò)誤的可能性非常大。如果你先在Tinkercad中進(jìn)行測(cè)試，那么它非常有效，因?yàn)槟阒滥愕碾娐泛统绦蚴欠裼行?。從結(jié)果中，您還可以根據(jù)需要修改和更新電路。

我在Tinkercad模擬了一個(gè)復(fù)雜的電路，它是一個(gè)帶溫度計(jì)和勒克斯計(jì)的時(shí)鐘電路。該電路由帶5V穩(wěn)壓器的9V電池供電。六，七段顯示用于顯示小時(shí)，分鐘和秒的時(shí)間。使用單個(gè)模擬輸入的四個(gè)按鈕用于調(diào)整時(shí)間。連接蜂鳴器以設(shè)置警報(bào)。 LM35 IC用于顯示感應(yīng)環(huán)境的溫度。環(huán)境光傳感器用于測(cè)量勒克斯。

數(shù)字按鈕開關(guān)用于Arduino引腳＃7。此按鈕開關(guān)用于更改選項(xiàng)。默認(rèn)情況下，它顯示時(shí)間或以時(shí)鐘模式工作。對(duì)于第一次按下，它顯示溫度并顯示第二次按下的勒克斯水平。

步驟5：使用硬件實(shí)現(xiàn)

模擬電路并調(diào)整程序和電阻值后，實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)電路的最佳時(shí)機(jī)。如果你想在某個(gè)地方做一個(gè)原型用于顯示，可以在面包板上實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)用的電路。面包板電路有一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。面包板電路的主要優(yōu)點(diǎn)是它易于修改，不需要焊接。另一方面，面包板電路的連接可能非常容易松動(dòng)，很難識(shí)別出復(fù)雜的電路。

如果要將其用于實(shí)際應(yīng)用，焊接PCB電路是最好的。您可以非常輕松地在家中制作自己的PCB電路。不需要特殊工具。如果你想了解DIY PCB，你可以關(guān)注這些不錯(cuò)的Instructables。

1。通過recwap逐步實(shí)現(xiàn)自制PCB。

2。 pinomelean的PCB制作指南

您也可以在線訂購專業(yè)PCB。一些制造商以極低的價(jià)格提供PCB印刷服務(wù)。 SeeedStudio Fusion PCB和JLCPCB是兩家最著名的服務(wù)提供商。您可以嘗試其中一種。

審核編輯黃宇