基于Qt的电路仿真软件开发.pdfVIP

杭州电子科技大学硕士学位论文

摘要

电路仿真技术属于重要的工业软件技术，是当下电子设计体系的基础。现阶

段较成熟的电路仿真软件多为国外的商业闭源软件，或者以SPICE（Simulation

programwithintegratedcircuitemphasis）仿真器为基础的开源软件。虽然相关理

论已经比较成熟，但是多数研究仅在某些方面对现有的电路仿真技术进行改进，

鲜有人对电路仿真软件进行整体实现。针对以上问题，本文深入研究了电路仿真

软件的实现原理，提出了有效的电路仿真软件框架，并基于此框架进行了开源电

路仿真软件的开发，本文主要工作如下：

为了降低元器件的模型构建程序和其他程序间的耦合度，论文基于面向对象

开发方法，将引脚、节点和连接器封装成独立的对象，让互相连接的引脚通过连

接器进行绑定，并以此确定电路的节点，只允许外部程序和元器件之间通过引脚

进行数据交互。采用了C++的虚继承机制构建及可视化各元器件的数学模型，使

得元器件模型的构建对扩展开放，对修改关闭，符合程序设计中的开闭原则。而

在具体元器件模型的构建中，本研究采用了牛顿—拉夫逊法对非线性元器件进行

线性化，以及后向欧拉法为储能元器件在瞬态分析中创建相应的等效电路。

为了使软件能正确地描述电路中的悬浮电压源，本研究采用改进节点法

（MNA）对电路进行求解，并根据不同元器件对MNA方程的贡献机制，设计了

一套完整的MNA节点矩阵方程构建系统。针对MNA方程的稀疏性，本研究基于

LU分解算法设计并编写了相应的分解和求解程序，并将程序交由自适应求解函

数调用以应对多种电路情况。上述功能的实现为本软件电路仿真器的构建提供了

必要条件。

为了减少软件的使用成本，本研究参考市面上较成熟的电路仿真软件，对软

件的用户界面进行了简洁直观的布局。用户界面及电路符号均使用纯代码方式实

现，并基于MVC框架分离了视图与后端模型。界面程序利用焦点系统捕获鼠标

指针位置，通过事件机制和信号与槽系统响应鼠标操作，并将操作结果通过界面

进行视觉反馈，实现了软件的人机交互功能。

本研究基于Qt开源平台系统地开发了一个支持元器件模型自定义添加的开

源电路仿真软件。通过RLC串联电路和三极管无稳态振荡电路对软件的电路仿真

功能进行了测试，结果表明本软件在误差允许范围能正确仿真相应电路。本研究

对国产电路仿真软件的发展具有重要意义。

关键词：电路仿真软件、元件建模、Qt、电路仿真器、开源

I

杭州电子科技大学硕士学位论文

ABSTRACT

Circuitsimulationtechnologyisanimportantindustrialsoftwaretechnologyand

isthefoundationofthecurrentelectronicdesignsystem.Nowadays,mostofthemore

maturecircuitsimulationsoftwareisforeigncommercialsoftware,andmostofthe

opensourcesoftwareusesSPICE(simulationprogramwithintegratedcircuitfocus)

simulator.Althoughtherelevanttheoriesarerelativelymature,moststudiesonly

improvetheexistingcircuitsimulationtechnologyincertainaspects,andfewpeople

implementthecircuitsimulationsoftwareasawhole.Inresponsetotheabove

problems,thedissertationhasdeeplystudiedtheimplementationprinciplesofcircuit

simulationsoftware,proposedan