لقد تطور عالم الإلكترونيات بشكل كبير في السنوات الأخيرة، مما يسمح لكل من الهواة والخبراء تصميم ومحاكاة الدوائر الإلكترونية من جهاز الكمبيوتر الخاص بكبفضل برامج Windows المتخصصة، أصبح من السهل جدًا الآن إجراء التجارب وتصحيح الأخطاء وتصور تشغيل الدائرة دون الحاجة إلى تجميع كل مكون فعليًا قبل التأكد من تصميمه الصحيح.
في هذه المقالة نتعمق في أفضل البدائلمن الخيارات المجانية إلى الخيارات المدفوعة الفعّالة، وحتى الحلول الجديدة عبر الإنترنت. ستجد هنا نظرة عامة مفصلة وشاملة على كل خيار، ومزاياه، والنقاط التي يجب مراعاتها عند اختيار البرنامج الأنسب لمستواك واحتياجاتك.
لماذا نستخدم البرمجيات لتصميم واختبار الدوائر الإلكترونية؟
يتضمن استخدام برامج تصميم الدوائر الإلكترونية والمحاكاة تقدم كبير عندما يتعلق الأمر بإنشاء مشاريعك الخاصةمن خلال محاكاة الدوائر على جهاز الكمبيوتر الخاص بك، لديك الفرصة لفهم كيفية عملها بشكل عميق، وتحديد الأخطاء وتصحيحها قبل الاستثمار في المكونات المادية، و توفير المواد والوقتبالإضافة إلى ذلك، لا يمكنك العمل على المخططات الأساسية فحسب، بل يمكنك أيضًا محاكاة السلوكيات المعقدة وحتى إجراء تحليل متقدم للإشارة والتردد.
المحاكيات الحالية لديها مجموعة واسعة من المكوناتمن المقاومات والمكثفات إلى الترانزستورات والرقائق الدقيقة ولوحات مثل أردوينو أو راسبيري باي. تتضمن العديد من البرامج إمكانية إدخال الكود، وهو أمر أساسي عند العمل مع الإلكترونيات الحديثة والأتمتة. وتذهب برامج أخرى إلى أبعد من ذلك، وتتيح لك الانتقال من التصميم إلى تجميع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، مع عرض النتيجة بتقنية ثلاثية الأبعاد لضبط التفاصيل قبل إرسالها إلى مرحلة التصنيع.
ليست كل أجهزة المحاكاة متساوية. بعضها مصمم للدوائر البسيطة فقط، بينما يدعم البعض الآخر برمجة لوحة التجارب، وتصميم لوحات الدوائر المطبوعة، ومحاكاة المنطق الرقمي. يعتمد اختيار الخيار المناسب على مدى تعقيد المشاريع وخبرتك السابقة..
العناصر والوظائف الرئيسية لمحاكيات الدوائر الإلكترونية
تتضمن معظم البرامج الحديثة أدوات قوية جدًا لضمان واقعية تصميمات الدوائر قدر الإمكان. من أكثر الميزات شيوعًا في هذا النوع من البرامج:
- مكتبة المكونات واسعة جدًا: المقاومات، والمكثفات، ومصادر الجهد، والثنائيات، والترانزستورات، والبوابات المنطقية (AND، OR، XOR…)، والرقائق المتقدمة، ووحدات التحكم الدقيقة والمزيد.
- التصور ثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد من الرسم التخطيطي ولوحة الدائرة المطبوعة (PCB) للكشف عن أخطاء التصميم بصريًا.
- محاكاة الإشارة في الوقت الحقيقي، كل من الدوائر التناظرية والرقمية.
- تقرير آلي من الأخطاء والتحقق من القواعد الكهربائية.
- أدوات لإنشاء قوائم المواد، قوائم الشبكة أو قوائم الكابلات لتسهيل الإنتاج المادي.
- استيراد وتصدير إلى تنسيقات معايير الصناعة الرئيسية مثل Gerber أو Excellon.
- خيارات التخصيص لإنشاء مكوناتك الخاصة أو رموزك أو بصمات PCB.
تسمح لك العديد من المحاكيات أيضًا بالقيام بذلك التحليل البياني:يمكنك تفسير منحنيات الجهد مقابل الزمن، وتحليل طيف التردد وحتى إجراء التحليل في المجال الرقمي مع تغييرات الحالة المنطقية، مما يؤدي إلى ضروري للدوائر المعقدة.
أكثر البرامج المجانية الموصى بها للتصميم والمحاكاة
لا يتعين عليك إنفاق ثروة للوصول إلى أدوات قوية.هناك العديد من البرامج المجانية، وكثير منها مفتوح المصدر، وهي مثالية للهواة والمحترفين على حد سواء:
KiCad
أصبحت KiCad واحدة من مراجع مجانية لتصميم لوحات الدوائر المطبوعة والمخططات الإلكترونيةتوفر هذه الأداة متعددة المنصات مدير مشروع، ومحرر مخططات، ومحرر مكونات، وإنشاء بصمة من الصور، وحاسبة لوحات الدوائر المطبوعة، وعارضًا ثلاثي الأبعاد متقدمًا. أهم ما يميزها هو واجهة بديهية وغياب تام للقيود من حيث عدد الطبقات أو حجم اللوحة. بالإضافة إلى ذلك، لديها مجتمع نشط للغاية دعم تطوير قاعدة بيانات متنامية باستمرار للرموز والنماذج ثلاثية الأبعاد.
بروفيكاد
تتميز ProfiCAD بـ سهولة الاستخدام وتركيزه على المخططات الكهربائيةيدعم البرنامج أيضًا المخططات الفنية الهيدروليكية والهوائية. يتيح البرنامج الترقيم التلقائي، وقوائم الأسلاك والمواد، ويحتوي على مكتبة ضخمة من الرموز. نسخته المجانية محدودة (لا تدعم بعض ميزات التوثيق المتقدمة)، ولكنها كافية للعديد من المشاريع التعليمية وشبه المهنية.
ثنائي الفينيل متعدد الكلور مجانا
FreePCB هو محرر لوحة الدوائر المطبوعة سهل الاستخدام للغايةعلى الرغم من عدم توفره للتوجيه التلقائي، إلا أنه يدعم ما يصل إلى 16 طبقة نحاسية بمساحة سطحية تبلغ 152 سم²، ويتضمن إمكانيات استيراد وتصدير للتنسيقات المستخدمة على نطاق واسع في الصناعة. لقد توقف التطور لسنوات.، لذلك قد يتأخر عن الحلول التي يتم صيانتها بشكل نشط.
TinyCAD
مع التركيز على إنشاء المخططات الإلكترونية الكلاسيكية بفضل دعمه لقوائم الشبكة القابلة للتصدير إلى برامج PCB أخرى، يحظى TinyCAD بشعبية كبيرة في بيئة Windows. يتميز بمكتبات رموز متعددة ومحرك بحث متكامل يُسهّل العمل معه بشكل كبير. كونه مفتوح المصدر، يُعد خيارًا رائعًا لمن يبحثون عن برنامج بسيط ولكنه مرن وقابل للتوسعة.
كوكس
يسمح برنامج Qucs (محاكي الدائرة العالمي تمامًا) محاكاة الدوائر الميكروية من الصغيرة إلى الكبيرةبالإضافة إلى التحليل الرقمي بفضل تكامله مع VHDL. ورغم عدم تحديثه بشكل كبير منذ فترة، إلا أنه يبقى خيارًا مناسبًا لمن يبحثون عن المحاكاة والتحليل على مستوى الإشارة والضوضاء.
نظام تصميم VLSI الكهربائي
هذا البرنامج مفتوح المصدر، مكتوب بلغة جافا، هو مثالي لأولئك الذين يحتاجون إلى محاكاة واقعية وتصميم شريحة دقيقةيحترم برنامج Electric القواعد الكهربائية للدائرة، ويتيح لك العمل مع مجموعة واسعة من المكونات، من الأسلاك البسيطة إلى الهياكل المعقدة. وهو برنامج فعّال للتدريس ولإنشاء نماذج أولية للدوائر المتكاملة.
PCB
PCB هو خيار يركز بشكل مباشر على تصميم الدوائر المطبوعة المتقدمة. وهو يتضمن استيراد/تصدير الملفات القياسية، والتحقق من القواعد، وتحسين المسار التلقائي، وحتى البرمجة النصية وتكامل واجهة برمجة التطبيقات لإنشاء ميزات مخصصة.
إل تي سبايس
تم تطوير LTspice بواسطة Linear Technology، وهو أحد أكثر المحاكيات التناظرية استخدامًا في المجال التعليمي بفضل السرعة والسهولة وتنوع الوظائفإنه يوفر تحليلًا للموجات، وهو متوافق مع الإصدارات القديمة من Windows، ويتضمن مواد تعليمية سمعية وبصرية.
FreePCB
LibrePCB يراهن على سهولة الاستخدام ونهج تعدد المنصاتيتميز بتحكم في الإصدارات، واستيراد/تصدير البيانات تلقائيًا، وهو مصمم للمستخدمين الجدد ومحترفي التصميم الإلكتروني. واجهته منظمة للغاية ومصممة لتسهيل عملية التعلم.
محلل بصري
بالنسبة لأولئك الذين يحتاجون إلى راسم الذبذبات الرقمي على جهاز الكمبيوتر الخاص بكمحلل الطيف المرئي (Visual Analyzer) أداة مجانية تعمل كمحلل طيف، مما يتيح لك تصوّر وقياس الإشارات والترددات وتطبيق المرشحات. وهو ذو قيمة عالية لتطوير واختبار الدوائر الرقمية دون الحاجة إلى معدات مادية باهظة الثمن.
أقوى برامج التداول للخبراء والمحترفين
إذا كانت لديك احتياجات متقدمة أو مشاريع تجارية أو كنت تبحث عن كل إمكانيات البيئة المهنيةهناك حلول مدفوعة تقدم أدوات لا مثيل لها من حيث القوة والتعاون والدعم:
الصكوك الوطنية Multisim
يعتبر NI Multisim هو المعيار الصناعي لها محاكاة SPICE بيئة تخطيطية تفاعلية. تُقلل من تكرارات إنشاء نماذج PCB وتكاليف التطوير، مما يُتيح تحليلًا آنيًا بواجهة سهلة الاستخدام. متوفر بإصدارات مختلفة، بما في ذلك خيار أكثر تكلفة للطلاب.
فريتزينج
فريتزينج يجعل الإلكترونيات ديمقراطية من خلال منصة بسيطة ومجتمع رائع منصة لمشاركة المشاريع والوصول إلى موارد التدريب. متوافقة مع أحدث أنظمة ويندوز وماك ولينكس، وهي مثالية لمن يبحثون عن أداة تثبيت سهلة الاستخدام وبأسعار معقولة وخالية من المتاعب.
إيكاد ستار
eCADSTAR يذهب خطوة أبعد من خلال السماح بالتصميم المتزامن ثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد، والدعم العالمي، والتعاون الجماعييتضمن دعمًا على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، وإمكانية الوصول إلى أكثر من 24 مليون قطعة عبر الإنترنت، وبيئة مرنة للمشاريع الجماعية أو الفردية المتطلبة.
أوتوكاد الكهربائية
ركزت على قطاع الهندسة الكهربائية والأتمتةيضيف برنامج AutoCAD Electrical أكثر من 65.000 رمز كهربائي وأتمتة التقارير، وهو الأداة المفضلة في الشركات الكبيرة بفضل تكامله الكامل وميزاته المتقدمة. هذا برنامج ذو منحنى تعليمي مرتفع.، ولكنها قوية بشكل هائل لأولئك الذين يتقنون سير العمل الخاص بها.
سوليدووركس الكهربائية
ذات قيمة عالية لـ تعاون قوي وواجهة جذابةيُعدّ مثاليًا لتطوير تصاميم معقدة واحترافية. يتطلب أجهزة قوية وقد يكون من الصعب دمجه مع برامج أخرى، ولكنه يُعوّض عن ذلك بقدرته على تنفيذ مشاريع ضخمة.
مصمم ألتيوم
Altium هي إحدى الأدوات الأكثر اكتمالا واستخداما في الصناعة المهنية والجامعة. يسمح هذا بتصميمات ثلاثية الأبعاد صلبة ومرنة، والتكامل مع تدفقات التصنيع (DFM)، والتوثيق، والمحاكاة المتقدمة، ونقل البيانات. بالطبع، التضحيات سهلة للمبتدئين لصالح مجموعة كبيرة ومتنوعة من الخيارات المتخصصة.
بروتيوس
يتألف برنامج بروتيوس من تطبيقين رئيسيين: ISI للتصميم والمحاكاة الكهربائية، وARES لتوجيه لوحات الدوائر المطبوعة. وهو مثالي للمحاكاة الكاملة مع إنشاء قوائم وتحليل الأخطاء، وتوفير بيئة متكاملة للمتحكمات الدقيقة والمكونات المتطورة.
أوركاد
عروض أوركاد حزمة بديهية للغاية لإنشاء المخططات ومحاكاة وإنشاء لوحات الدوائر المطبوعة تلقائيًا حتى مع استخدام الذكاء الاصطناعي، تبرز مرونة ترخيصه، وتحديثاته المستمرة، وإمكانية تجربته مجانًا لفترة طويلة في بعض الحالات، مثل طلاب الجامعات.
منصات الويب والحلول عبر الإنترنت لتصميم الدوائر الإلكترونية
وفي السنوات الأخيرة ظهرت البدائل عبر الإنترنت والمنصات المتعددة تتيح لك بدء محاكاة الدوائر دون الحاجة إلى تثبيت أي برنامج. مثالية للمبتدئين، أو سريعي التعلم، أو من يغيرون أجهزتهم باستمرار:
EasyEDA
يجمع EasyEDA بين سهولة استخدام موقع الويب بقوة البرنامجيسمح لك بتصميم المخططات، ومحاكاة وإنشاء لوحات الدوائر المطبوعة من المتصفح وفي إصدار قابل للتثبيت لنظامي التشغيل Windows أو Linux أو Mac. مكتبتك ومجتمعك المتكامل يجعله موصى به بشدة لأولئك الذين بدأوا للتو أو يريدون مشاركة أفكارهم بسهولة.
كل دائرة
متوفر للويب والأجهزة المحمولة، يقدم EveryCircuit محاكاة بصرية تفاعلية تصميمٌ شبيهٌ بلوحة التجارب، وإمكانية مشاركة تصاميمك على مواقع التواصل الاجتماعي. الخيار المجاني محدود، ولكنه مثاليٌّ لتعلم المفاهيم الأساسية والتجربة من أي مكان.
الخطط
تقترح المخططات إنشاء دوائر من عناصر متعددة ومشاركتها مع المجتمعيمكن تعديل المشاريع مباشرةً عبر الإنترنت أو استخدامها كأساس لمزيد من التجميع. يلزم التسجيل لاستخدام المحرر الكامل وحفظ مخططاتك.
فالستاد
يسمح محاكي Falstad قم بإجراء تجارب بصرية باستخدام دوائر LRC ومعلمات التحكم مثل الجهد أو الترددمن الممكن تخصيص العناصر بالكامل وضبط سرعة المحاكاة، مما يجعلها ممتعة وتعليمية في نفس الوقت.
دوائر السحابة
استنادًا إلى NGSPICE، تعد Circuits Cloud محرر كامل ولكن محدود، مُركّز على توفير مكونات أساسية للتجميع السريع. التسجيل مطلوب لحفظ دوائرك والوصول إلى جميع وظائفها.
راسم الذبذبات الافتراضي
إذا كنت تبحث قياس الإشارات وتصور الموجات من الدوائر الرقمية الخاصة بك بدون الحاجة إلى أجهزة، هناك أجهزة قياس ذبذبات مجانية عبر الإنترنت تحاكي وظائف المعدات الحقيقية. إنها تمثل الإشارات على محاور الزمن والجهد، مما يسمح بإجراء تحليل مفصل دون أي تكلفة.
Simulator.io
Simulator.io موجه نحو الإلكترونيات الرقمية الأساسية مع البوابات المنطقيةإنه يسمح بالتعاون في الوقت الفعلي والتكامل السهل للدوائر، على الرغم من أن تركيزه أكثر محدودية ومحددًا للمشاريع المنطقية البحتة.
كيفية تفسير نتائج المحاكاة الإلكترونية
بمجرد اكتمال التصميم والمحاكاة، حان الوقت لـ تحليل الرسوم البيانية والبياناتفي المحاكيات التناظرية مثل LTspice أو Qucs، ستشاهد الرسوم البيانية والتحليلات الخاصة بالوقت والتردد: الجهد والتيار ومنحنيات انخفاض الجهد والاستجابات لظروف مختلفة. من الضروري معرفة كيفية قراءة النتائج لاكتشاف السلوك الشاذ.، الضوضاء المفرطة، ونقاط القطع أو الإزاحات.
بالنسبة للمحاكيات الرقمية، ستجد مخططات التوقيت حيث تسمح لنا تغييرات الحالة (من 0 إلى 1 والعكس) بمراقبة أوقات المنطق والانتشار، وهو أمر أساسي في الأتمتة والدوائر المتسلسلة.
المفتاح لا يقتصر فقط على النظر إلى الرسم البياني، بل تفسير ما إذا كانت الدائرة تلبي التوقعاتإذا لم يكن الأمر كذلك، فقد يكون هناك خطأ في التصميم، أو قيم مكونات غير صحيحة، أو حتى إعدادات غير صحيحة في برنامج المحاكاة. على أي حال، ستمنع هذه العملية الأخطاء المكلفة قبل الانتقال إلى مرحلة التجميع الفعلي.
توفر هذه المجموعة الواسعة من البرامج والمنصات لمحاكاة وتصميم وتحليل الدوائر الإلكترونية في نظام ويندوز خيارات تناسب جميع الأذواق والمستويات. بدءًا من الحلول المجانية مثل KiCad وProfiCAD وLTspice، وصولًا إلى الحلول الأكثر تقدمًا واحترافية مثل Altium وOrCAD، ستجد أدوات تلبي جميع الاحتياجات. يكمن السر في اختر ما يناسب مستواك ومشروعك وتوقعاتك المستقبلية، والاستفادة الكاملة من المحاكاة الافتراضية للتعلم والتجريب وإنشاء دوائر معقدة وموثوقة بشكل متزايد.
