EDA技术基础-第3章虚拟仪器使用.ppt

,第3章虚拟仪器使用,本章要点3.1常用指示器件的使用3.2常用虚拟仪器的使用3.3运行电路仿真,本章重点,指示器件的使用仪器的参数设置常用虚拟仪器的使用,返回,3.1常用指示器件的使用,1.电压表、电流表的使用在指示器件库（Indicators）中提供有电压表（Voltmeter）和电流表（Ammeter），如图3-1所示，双击电压表或电流表，屏幕弹出仪表设置对话框，单击Value选项卡，设置仪表参数，图3-2中的Resistance栏用于设置内阻，一般为提高测量精度，电压表的内阻要设置大一些，电流表的内阻要设置小一些；Mode下拉列表框用于选择交流（AC）、直流（DC）工作方式。,2.电压探测器、灯泡、条形光柱的使用电压探测器相当于一个发光二极管，但它是一个单端元件，当其端电压大于设定值时，探测器被点亮。灯泡的额定电压对交流信号而言是指其最大值，当加在灯泡两端的电压在额定电压的50%100%时，灯泡一边亮；当在额定电压的100%150%时，灯泡两边亮；当大于额定电压的150%时，灯泡被烧毁。对于直流而言，灯泡发出稳定的灯光；对于交流而言，灯泡将一闪一闪地发光。条形光柱类似于几个LED发光二极管的串联，当电压超过某个电压值时，相应的LED之下的数个LED全部点亮，它可以指示当前的电平状态。,3.数码管的使用七段数码管的每一段与引脚之间有唯一的对应关系，在某一引脚上加高电平，其对应的数码段就发光显示，如果要用七段数码管显示十进制数，需加上一个译码电路。带译码的8421数码管有4个引脚线，从左到右分别对应4位二进制数的高位至低位，可显示0F之间的16个数。,数码管有两类，即七段数码管（SEVEN_SEG_DISPLAY）和带译码的8421数码管（DCD_HEX），其外观如图3-5所示。,返回,3.2常用虚拟仪器的使用,3.2.1仪器的基本操作3.2.2数字万用表（Multimeter）3.2.3函数信号发生器(FunctionGenerator)3.2.4功率计（Wattmeter）3.2.5双踪示波器（Oscilloscope）3.2.6波特图示仪（BodePlotter）3.2.7字信号发生器（WordGenerator）3.2.8逻辑分析仪（LogicAnalyzer）3.2.9逻辑转换仪（LogicConverter）,3.2.1仪器的基本操作,虚拟仪器有仪器按钮、仪器图标和仪器面板3种表示方式。图3-6所示为数字万用表的图标、面板图及仪器工具栏，图标上有对应的接线柱。仪器存放在仪器库栏，移动光标到适当位置单击放置该仪器。仪器的图标用于连接线路。双击仪器图标可打开仪器的面板。,返回,3.2.2数字万用表（Multimeter）,数字万用表可以在电路两节点之间测量交直流电压、交直流电流、电阻和分贝值，它能自动调整量程。图3-7所示为数字万用表的图标和面板图。,1.数字万用表的测量方法电压、电流测量选择面板上的【V】按钮或【A】按钮将万用表设置为测量,电压或测量电流，测量电压时万用表与被测电路相并联，测量电流时万用表串接在被测电路中。根据测量的信号是交流还是直流，通过面板上的【】按钮或【】按钮来切换。电阻测量测量某电路的电阻，需将万用表两表笔与被测电路相并联，选择面板上的【】按钮，启动电路后，在面板上就可以读出测量的阻值。在测量电阻时应注意：电路中必须有一个接地点，否则无法测出电阻阻值。测量的电路中不能存在交直流信号源，否则测量结果不准确。multiSIM提供的万用表电阻挡无法判断二极管、三极管的好坏。,2、参数设置,单击面板上的【Set】（参数设置）按钮，弹出如图所示的对话框，根据实际情况设置电压档、电流档的内阻、电阻档的电流值等参数。,由于multiSIM提供的数字万用表默认状态是一种理想万用表，电压档电阻很大，电流档电阻很小，如果希望测量结果与实际的数值一致，需要重新设置参数。,由于数字万用表测量的是有效值，而交流电压源的电压为最大值，两者之间为0.707倍的关系，所以测出的输入交流电压为14.142V，测出的输出直流电压为18.722V。,3应用实例,图为一个整流滤波电路，电路中的两个万用表分别测量电路输入交流电压和输出直流电压。,3.2.3函数信号发生器(FunctionGenerator),函数信号发生器可以输出正弦波、三角波和方波三种波形，输出波形的频率、幅度、直流偏置电压及占空比等参数均可以调节，修改时可直接在面板上设置。,1.连接方式函数信号发生器有3个输出端：即“”端、“Common”端和“”端，通常它与电路的连接有两种方式。连接“+”或“-”和“Common”端子，输出为正或（负）极性信号，幅值等于“Amplitude”中的数值。将“”端与电路输入中的“”端相连，将“”端与电路输入中的“”端相连，输出信号幅值等于“Amplitude”中数值的两倍。,2.应用举例图3-11所示为函数信号发生器的两种连接方式，两个信发生器的参数设置相同，均为输出频率1kHz，幅度2V的正弦波，它们分别接到示波器的A、B通道，示波器的两通道参数设置也相同，从输出波形看，双极性连接方式输出信号的幅度为单极性连接方式输出信号幅度的2倍。,返回,3.2.4功率计（Wattmeter）,功率计用于测量电路中的平均功率和功率因数，在进行电路连接时，标V两个端子为电压输入端口，与测试电路并联；标I的两个端子为电流输入端口，与测试电路串联。最上面的窗口显示所得的功率。该功率为平均功率，可自动调整单位。PowerFactor栏内显示功率因数，数值在01之间。图3-13所示为纯电阻负载和感性负载电路的平均功率和功率因数的测试，其中电压源输出为峰值电压。从图中可得知纯电阻负载电路的功率为99.998W，功率因子为1；感性负载电路的功率为71.729W，功率因子为0.847。,3.2.5双踪示波器（Oscilloscope）,示波器可以直观地观测信号的时域波形，系统提供了数字式存储示波器，可以观察到瞬间变化的波形。图3-14所示为示波器的图标和面板图。,1.扫描时基选择(Timebase)Scale（扫描时间）表示X轴方向每一刻度代表的时间，一般初始设置扫描时间与被测电路中的信号周期一致。Xposition（X位移）表示X轴方向时间基线的起始位置。Y/T表示Y轴显示A、B通道信号波形，X轴方向显示时间基线。Add表示Y轴显示A、B通道信号迭加波形，X轴方向显示时基。B/A表示将A通道信号作为X轴扫描信号，将B通道信号施加在Y轴上显示，A/B与上述相反。2.输入通道设置(channela和channelb)示波器有两个完全相同的输入通道A和B，其面板如图3-16所示.其中：Scale（伏/度选择）用于设置Y轴方向每格的电压值。Yposition（Y位移）用于表示Y轴方向时间基线的起始位置。,输入耦合方式中有三种，“AC”表示交流耦合；“0”表示接地，可用于确定零电平在屏幕上的基准位置；“DC”表示直流耦合。其中B通道中的按钮在单独使用时，显示B通道的反相波形，若与时基调节中的Add一起使用，则显示A、B通道A-B迭加波形。3.触发方式设置示波器的触发方式设置面板如图3-17所示，其中：Edge用于选择上升沿触发或下降沿触发。Level用于选择触发电平的大小。触发方式有六种选择，一般情况下使用“Auto”方式。,4.示波器读数方法为了测量准确和读数方便，一般在暂停仿真操作冻结波形后，再进行观测。图3-14中的指针1处读数中的T1表示当前位置的时刻，VA1表示当前位置A通道的电压值，VB1表示当前位置B通道的电压值；指针1、2处的读数差中的T2-T1表示两读数轴之间的时间差，它一般用于测量信号周期等；VA2-VA1（或VB2-VB1）表示两读数轴处A（或B）通道波形的电压差，一般用于测量信号的幅度、峰峰值等。,返回,3.2.6波特图示仪（BodePlotter）,波特图示仪是用来分析电路的频率响应，可以测试电路的幅频特性和相频特性，与实验室中的扫频仪相似，其图标和面板如图3-20所示。,1.连接电路波特图示仪有IN和OUT两个端口，IN端口的+端连接电路输入端，OUT端口的+端连接电路输出端，而-极与模拟地相连。,2.面板操作波特图示仪测量幅频特性和相频特性曲线时，单击【Magnitude】按钮显示幅频特性曲线；单击【Phase】按钮显示相频特性曲线；单击【Save】按钮保存测量结果；单击【Set】按钮设置扫描的分辨率，数值越大精度越高。Vertical（垂直坐标）和Horizontal（水平坐标）可以选择的类型有Log（对数）和Lin（线性），I和F分别是用来设置坐标起点值和坐标终点值。水平坐标表示测量信号的频率，垂直坐标表示测量信号的增益或相位。3.测量读数读数时可以拖动读数指针或点击读数轴光标键，读数栏内显示指针处的读数。图中读数为：增益为4.162dB，频率为18.197kHz。,4.应用举例图3-21所示为一个晶振频率测量电路，观测该晶振的频率特性曲线,读出晶振的谐振频率。搭接电路。由于波特图示仪在测量时必须在输入端外加一个交流电压源的激励信号（这与扫频仪是不同的），故电路中加入了一个交流电压源。,打开仿真开关，观察电路的频率特性曲线，拖动读数指针至幅度最小处。从面板中读出当前值为：增益为-18.955dB，频率为15.136MHz。单击【Set】按钮设置扫描的分辨率为1000，提高测量精度，将观测的频率范围设置为14.5MHz15.5MHz，重新读出谐振频率为15.171MHz。,返回,3.2.7字信号发生器（WordGenerator）,字信号发生器是一个最多能够产生32位同步逻辑信号的仪器，可以用来对数字逻辑电路进行测试，实际上是一个数字激励源编辑器，其图标和面板图如图3-22所示。,1.连接电路图标左边16个端子输出低16位逻辑信号，右边16个端子输出高16位逻辑信号，R端为数据准备就绪端，T端为外触发信号端。面板图最左侧是字信号显示区，32位的字信号以8位16进制数进行显示，显示的内容可以通过滚动条前后移动，输出状态及变化的规则可自定义。,2.设置字信号地址面板图中的Address区用于设置字信号地址，如图3-23所示，其中：Edit栏显示当前编辑的字信号地址。Current栏显示当前输出的字信号地址。Initial栏和Final栏分别用于设定输出字信号的首地址和末地址。,图3-23字信号地址编辑区,3.字信号输出方式设置字信号发生器被激活后，经过编辑的字信号按照一定的规律逐行输出，同时在面板的底部对应于各输出端的32个小圆圈内将实时显示输出字信号各个位（Bit）的值。字信号的输出方式如图3-24所示，分为三种方式，Step表示单步输出；Burst方式表示字信号是从首地址开始至末地址连续逐条单循环地输出字信号；Cycle方式则表示循环不断地进行Burst方式的字信号输出。,在Burst和Cycle状态下可设置中断点，通过光标选中某一地址的字信号后，单击Breakpoint实现，设置为中断点的字信号在显示区中以*号显示，当运行至该地址时输出暂停，单击Burst或Cycle则恢复输出。,图3-24字信号的输出方式,4.模式设置单击图3-24中的【Pattern】按钮，屏幕弹出图3-25所示的对话框。该对话框用来自定义字信号输出模型和字信号文件的操作，其中：Clearbuffer复选框用于设置是否清除字信号编辑区的内容。Open复选框用于打开存有字信号内容的字信号文件。Save复选框用于保存字信号的内容。,图3-25模式设置对话框,UpCounter设置输出递增编码的字信号，DownCounter设置输出递减编码的字信号，ShiftRight设置输出右移编码字信号，ShiftLeft设置输出左移编码字信号。,5.触发方式及输出频率设置图3-22中的Trigger区用于设置触发方式，有两种触发方式：Internal（内部）和Externa1（外部）当选择内部触发方式时，字信号的输出直接受输出方式按钮（Step、Burst、Cyc1e）控制。当选择外部触发方式时，必须接入外触发脉冲信号，而且要定义“上升沿”或“下降沿”触发，然后单击输出方式按钮，待触发脉冲到时才启动输出。为了保持同步，往往用DataReady端（数据准备就绪）指示。图3-22中的Frequency区用于设置字信号输出频率，在Burst和Cycle状态下的输出快慢由设定的输出频率决定。6.编辑字信号图3-22所示面板图中的Edit区用于字信号模型编辑，如图3-26所示。,字信号编辑时，在显示区中用鼠标选择编辑位置，当前编辑的地址可以在Address区的Edit栏中看出，然后在字信号模型编辑区的Hex栏中以16进制数输入数据；或在ASCII栏以ASCII码输入数据；或在Binary栏以二进制数输入数据，显示区中相应位置将显示已设定的字信号模型。,图3-26字信号模型编辑区,返回,3.2.8逻辑分析仪（LogicAnalyzer）,逻辑分析仪可以同时观察多路逻辑信号波形，适用于逻辑信号高速采集和准确的时序分析，是分析和设计大规模数字系统的有力工具。系统提供的分析仪可以同步记录和显示16路逻辑信号，其图标和面板图如图3-28所示。,1.连接电路逻辑分析仪图标左侧16个端口是输入信号端，使用时连接电路的测量点，图标下部的C端口为外时钟输入端，Q端口为时钟控制输入端，T是触发控制输入端。2.面板输入端和逻辑波形显示图3-28中面板左边的16个小圆圈对应16个输入端，从上到下排列依次为最低位至最高位。为区别各路的波形，一般将输入的连接导线设置为不同的颜色。波形的时间轴可以通过面板下边的Clocks/Div栏（时基）设置。当波形密集时，可将时基设置小一点。拖动读数指针可以读取数据，面板下部的两个方框内显示指针处的时间读数和逻辑读数（16进制数）。,3.时钟控制设置单击面板下部Clock区的【Set】按钮，可以对波形采集的控制时钟进行设置。时钟源选择Internal，必须在内部时钟频率栏内输入相应频率。Clockqualifier（时钟触发电平控制）的设置决定时钟控制输入端对时钟的控制方式，选中外部时钟（External）时才起作用。4.触发模式设置单击Trigger区的【Set】按钮可以进行触发模式设置。触发时钟沿有上升沿（Positive）、下降沿（Negative）和任意边沿（Both）三种选择选择。Triggerqualifier（触发电平限制）对触发有控制作用，若该位设置为“X”，则触发控制端不起作用；若该位设置为0（或1），则仅当触发控制端输入信号为0（或1）时，触发字才起作用。,5.应用举例利用逻辑分析仪分析如图3-32所示的逻辑电路。其中字信号发生器产生0001000f的字信号。输出频率为100hz，通过逻辑分析仪观察输入端和输出端的逻辑关系。,3.2.9逻辑转换仪（LogicConverter）,逻辑转换仪是multiSIM软件中特有的虚拟仪器，实际工作中不存在与之对应的设备。它能完成逻辑表达式、真值表和逻辑电路三者之间的相互转换，它可以方便的实现逻辑代数的运算，为逻辑电路的设计与仿真带来了方便，图3-34是逻辑转换仪的图标和面板图。,1.连接电路逻辑转换仪的图标中有9个端子，左边8个用于连接电路的输入端，右边的一个端子用于连接电路的输出端。2.从逻辑电路导出真值表绘制逻辑电路。将逻辑电路的输入端连到逻辑转换仪的输入端，将逻辑电路的输出端连到逻辑转换仪的输出端。单击按钮（电路真值表），系统自行转换并在真值表区列出该电路的真值表，如图3-35所示。,图3-35要转换的电路及转换后的真值表,3.从真值表导出逻辑表达式根据输入端的个数用鼠标单击逻辑转换仪面板顶部输入端的小圆圈，选定输入信号（由A到H）。选定输入信号后，真值表区将自动出现输入信号的所有组合，而真值表区右端输出列全部显示为“？”。用鼠标单击“？”，可以在“0”、“1”、“X”之间切换，根据实际要求修改真值表的输出值0、1和X（不定）。单击按钮（真值表表达式），在面板底部逻辑表达式栏出现相应的逻辑表达式，表达式中的“”表示逻辑变量“非”，如A表示。单击按钮（真值表简化表达式），可获得简化逻辑表达式，经过转换后的简化表达式如图3-36所示。,图3-36真值表导出简化逻辑表达式,例：多数表决电路，多数人同意提案通过。1、选定输入信号后，真值表区将自动出现输入信号的所有组合，而真值表区右端输出列全部显示为“？”。2、用鼠标单击“？”，可以在“0”、“1”、“X”之间切换，根据实际要求修改真值表的输出值0、1和X（不定）。3、单击按钮（真值表表达式），在面板底部逻辑表达式栏出现相应的逻辑表达式，表达式中的“”表示逻辑变量“非”，如A表示。,4、单击按钮（真值表简化表达式），可获得简化逻辑表达式，经过转换后的简化表达式如图3-36所示。,4.其它转换在逻辑转换仪底部逻辑表达式栏内输入表达式（“与-非”式及“或-非”式均可），然后单击按钮（表达式真值表）得到相应的真值表。单击按钮（表达式门电路）则得到相应的逻辑电路图。单击按钮（表达式与非电路）得到由与非门构成的电路。转换后的逻辑门电路将出现在电路工作区并处于选中状态，可以进行移动或删除操作。,返回,3.3运行电路仿真,仿真电路创建完毕，接入仪器或运行分析方法可以获得仿真分析结果。执行ViewShowSimulationSwitch（仿真开关），可以设置仿真开关的显示状态。启动