基于Qt的电路仿真软件开发实践
基于Qt的电路仿真软件开发实践
本文介绍了一个基于Qt开发的电路仿真软件，该软件实现了电路元件的拖动、旋转、删除、参数设置、导线连接、节点自动生成等功能。软件采用工厂模式进行架构设计，并使用深度优先搜索算法（DFS）实现电路节点的搜索。文章详细介绍了软件的开发步骤和关键技术实现，对Qt开发者和电路仿真软件开发者具有较高的参考价值。
软件功能与界面
该电路仿真软件的主要目标是开发一个用户友好的电路仿真平台。软件通过Qt实现可视化界面，用户可以通过拖拽方式将电路元件放置到工作区域，并通过连线建立电路连接关系。软件支持无限多个元件的添加，并提供右键菜单进行删除和节点添加等操作。
软件还集成了示波器元件，用于数据可视化显示。用户可以通过右键菜单打开示波器窗口，窗口包含多种常用功能，如缩放、通道选择、自适应调整、平均值计算和一键截图等。
软件架构设计
软件采用工厂模式进行架构设计。工厂模式定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个。本软件定义了一个AllWidget类用来管理所有的电路元件、电路节点和导线，并对其提供了对应的操作方法，比如创建、删除、修改等。QWidget类作为电路元件的基类，AllWidget类中的addWidget方法根据输入的参数实例化QWidget类的子类，从而创建出相应的电路元件，如电阻、电容、电感等。
算法设计
软件采用深度优先搜索算法（DFS）实现电路节点的搜索。具体来说，根据电路节点位置找到其所在导线，由于相连的导线相互导通，所以根据此导线再寻找到其相连的导线列表。如果是已经寻找过的导线或者到达元件端口了，则记录下来并返回上一步，依次根据列表里的导线再次寻找相连导线的列表，直到遍历完列表里的所有导线。
编码实现步骤
- 手动设计软件工作台UI，包括拖动生成电路信息按钮、输入框等。
- 在main函数内实例化主窗口MainWindow对象，创建出软件可见的运行主窗口。
- 设计元件管理类AllWidget的方法体，实现元件和导线以及电路节点的添加、删除、修改等方法。
- 在MainWindow类的构造函数内实例化元件管理类AllWidget。
- 调用AllWidget类的addWidget方法依次向主窗口中添加元件，如电阻、电容、电感等。
- 编写电路图背景辅助对齐网格代码。
- 编写深度优先搜索算法DFS函数体。
- 为按钮添加槽函数，实现按下生成电路信息按钮的响应事件。
- 编写电路节点自动生成和电路连接常见错误检测代码。
- 编写电路连接信息格式化输出代码。
- 进行软件单元测试，解决发现的所有bug。
- 发布软件。
总结与展望
本软件实现了电路元件的拖动、旋转、删除、参数设置、导线连接、节点自动生成、常见电路连接错误检测与反馈、背景辅助对齐网格显示、电路连接信息格式化输出等功能。通过可视化电路元件参数设置与电路连接过程，提高了软件对用户的友好性。同时，软件可以检测常见的连接错误和电路连接节点的自动生成，减少了用户连接电路的常见错误，使用户可以专注于电路原理图的设计，提高了用户的工作效率。但是，软件的元件库中元件数量还比较少，此外，软件缺乏电路图撤销重做、电路图保存、电路图放大缩小等功能，还有待进一步的扩展和完善。