实验一电子电路PSPICE程序辅助分析(一).doc

实验一 电子电路PSPICE程序辅助分析（一）一、实验目的1、了解电子EDA技术的基本概念。2、熟悉PSPICE软件的实验方法。二、实验仪器1、计算机（486以上IBMPC机或兼容机，8M以上内存，80M以上硬盘）。2、操作系统Windows95以上。三、预习要求1、熟悉PSPICE中的电路描述、PSPICE的集成环境、PSPICE中的有关规定和PSPICE仿真的一般步骤。2、了解电子EDA技术的基本概念。四、实验内容（一）画电路图单极共射极放大器电路如图1-1所示，画出电路图。图1-1单极共射极放大器1、放置元件（1）用鼠标单击“开始”按钮，再在“程序”项中打开Schematics程序（单击Schematics）则屏幕上出现Schematics程序主窗口如图1-2所示。图1-2（2）选择菜单中Draw|Get New Part项或单击图标工具栏中“”图标，弹出如图1-3所示的元件浏览窗口Part Browser。图1-3（3）在Part Name编辑框中输入元件名称。此时，在Description信息窗口中出现该元器件的描述信息，这里我们先输入BJT名称Q2N2222。（如果不知道元器件名称，可以单击Libraries，打开库浏览器Library Browser,在Library窗口中单击所需元件相应的库类型，移动Part窗口中右侧滚动条，单击列表中的元器件，在Description中查看描述信息，判断所选器件是否需要，若是，则单击OK关闭Library Browser，此时，Part Browser对话窗的Part Name编辑框中显示的即为选中的元器件。（4）单击Place，将鼠标箭头移出Part Browser窗口。这时箭头处出现该元器件符号。（5）移动箭头将元器件拖到合适的位置，若需要，可以用快捷键CtrlR或CtrlF旋转或翻转符号（也可用菜单项Edit|Rotate或Edit|Flip来完成）。（6）单击鼠标左键，将元器件放置在页面上。此时，BJT出现在原理图页面上。如果需要可继续单击左键，放置多个同类元器件，它们的标号自动排序。（7）单击右键结束放置操作。（8）用鼠标单击Part Name编辑框，将焦点移回Part Name编辑框中。（9）重复（3）到（7）的步骤。将其它元器件，如电阻（R）、电容（C）、电源（VDC）、地（EGND）和信号源（VSIN）放置在页面上。为突出输出端，我们在输出端放置了BUBBLE符号（用于与其它电路连接的符号）。（10）元器件放置完后，单击Close关闭Part Browser窗口。还有另一种放置元器件的方法：如果知道所用元器件的名称可以不打开Part Browser窗口，直接在“”中输入源器件名称并按Enter键，将元器件调出，放置在页面上。如果想删除不需要的元器件，可以用鼠标单击选中该元器件（元器件符号变成红色），然后选择菜单项Edit|Cut就可以将元件删除（也可用键盘上的Delete键删除）。2、画电路连线（1）选择菜单Draw|Wire或点击“”图标，此时鼠标箭头变成一只笔。（2）将笔尖移到元件引脚端点击左键，再将笔尖移到要连接的另一元件引脚端单击左键，则完成一根连线的连接。（3）重复第（2）步画完所有连线。（4）单击右键，取消画线状态。3、为放大电路重要节点加标号（1）双击Rc到BJT集电极间的连线，弹出Label对话框（也可以通过选择菜单项Edit|Label打开）。（2）在编辑栏中填Vc，然后单击OK确认返回。此时，在连线附近出现Vc标号。如果没有必要，这一步可以不做。（二）编辑修改源器件标号和参数1、用鼠标点击要编辑修改的元件符号，符号变成红色表示被选中。假设选中负载电阻RL。2、选择菜单项Edit|Attributes或在元件符号上双击鼠标左键，弹出如图1-4所示的属性编辑对话框。这里打开了电阻的属性对话框。3、单击需要编辑的属性行（属性行前有*号的属性在此不能修改），在Name和Value编辑框中分别显示属性名称和该属性的值。假设选中Value（大写字母表示属性名）属性行。图1-44、编辑修改Value编辑框中的值。这里我们将1K改为4K。5、单击Save Attr，保存修改后的值。这时可以看到Value4K（如果在Value和Name编辑框中输入新的属性名和值，则可增加一条新的属性。）6、重复（3）（4）（5），编辑修改其它属性值。如，将负载电阻的PKGREF的值改为RL。7、单击OK按钮确认所作的修改，关闭属性编辑对话框。这时，图中的负载电阻标号成为RL、阻值等于4K。图1-58、重复（1）到（7）步，将其它元器件标号和参数改为图1-1所示的值。其中BUBBLE符号定义的标号为Uo。（有源器件的参数（如等）不能在属性编辑对话框中修改），必须在模型对话框（Model Editor）中修改。）注意，信号源参数的设置稍微复杂些。在信号源的属性编辑对话框中，可以看到属性较多，其中正弦信号的幅值VAMPL、频率FREQ和失调电压VOFF（也是正弦信号的直流基准电压）必须设定确定的值。为了进行交流分析还需设定交流幅值AC。此例题中我们设置VAMPL=10mV，FREQ=1k，VOFF=0，AC=10mV。另外也可以直接在电路图上双击元件参数值，弹出图1-5的设置属性值（Set Attribute Value）对话框，单独修改参数值。元件标号也可用类似的方法单独修改。到此为止，我们已得到图1-1所示的电路图。（三）保存画好的电路图1、选择菜单项File|Save，弹出保存文件对话框。2、选定保存文件的路径。3、在文件名编辑框中输入文件名（注意，文件名不能用中文），如test_1。4、单击保存按钮。（四）设置分析功能根据PSPICE分析功能可以知道：（1）要进行直流工作点分析（Bias Point Detall）；（2）要进行瞬态分析（Transient）；（3）要进行交流分析（AC Sweep）。下面我们来设置这些分析功能。1、选择菜单项Analysis|Setup或相应的图标，弹出如图1-6所示的分析设置对话框Analysis setup。2、用单击Bias Point Detall左边的小方格开关选项，使小方格中显示“”（此时表示对应的分析功能有效），选中该选项，PSPICE仿真时将BJT的静态电压、电流值及其它有关参数存入输出文件（.out）中以备查看。工作点分析功能设置完毕。图 1-6图1-73、单击瞬态分析设置按钮Transient.，又弹出如图1-7所示的瞬态分析设置对话框Transient。该对话框包括瞬态分析（Transient Analysis）和傅立叶分析（Fourier Analysis）设置两部分。在此，我们只设置瞬态分析。4、将终结时间（Final Times）设为2ms。该参数决定了瞬态分析时间的长度。（PSPICE仿真时将自动将起始时间定为0，并且采用内部时间步长（Time Setp）计算，仿真过程不断调整时间步长的值。设置Step Ceiling的值可以限制内部时间步长的最大值；No-Print Delay参数决定显示瞬态波形的起始时间。5、单击OK回到图1-5所示的对话框，此时Transient.按钮左边小方格内显示“”，瞬态分析设置完毕。6、单击交流分析设置按钮AC Sweep.，弹出交流扫描分析和噪声分析设置对话框AC Sweep Analysis and Noise Analysis，如图1-8所示。该对话框包括三个内容设置：扫描类型（AC Sweep Type）、扫描参数（Sweep Parameters和噪声分析（Noise Analysis）。AC Sweep Type用来确定以什么步进方式对频率进行扫描；Sweep Parameters用来设置扫描频率范围和点数。这里我们不做噪声分析。图1-87、在AC Sweep Type选项中选择Decade方式。（Linear：线性扫描、Octave：倍频程变化扫描、Decade：十倍频程变化扫描）。这样曲线的水平坐标将是对数频率坐标。8、在Sweep Paramenters中设置Pts/Decade101（每十倍频程101个点）、Start Freq1、End Freq100Meg。频率扫描范围可以根据分析结果判断是否合适、不合适可以重新设置。9、单击OK回到图1-6所示的对话框。此时AC Sweep.按钮左边小方格内显示“”，交流分析设置完毕。10、三个分析功能都已设置完毕，单击Close按钮关闭Analysis Setup对话框。（五）仿真选择菜单项Analysis|Simulate或图标“”，开始仿真，运行过程如下：1、进行电路连接规则检查。若有错，则自动停止仿真，打开信息观察框MicroSim Message Viewer，显示错误信息。2、建立网表文件（.cir）。若有错则停止仿真，打开MicroSim Message Viewer，显示错误信息。由于电路图是以test_1文件名保存的，所以网表文件为test_1.cir。3、调用PSPICE仿真程序进行仿真分析，仿真结果的文字信息存入输出文件（.out）。本例题结果存入“test_1.out”和“test_1.dat”文件中。4、仿真结束。如果设置了AC Sweep、DC Sweep或Transient分析功能。则调用波形后处理程序Probe。以上过程均自动完成。（六）用Probe程序观测仿真结果波形1、启动Probe程序，打开Probe主窗口如图1-9所示。本例仿真结束后自动打开Probe程序窗口。图1-9图1-102、在图1-10对话框（若只设置了其中的一种分析类型，不弹出此窗口）中选择分析类型。本例设置了AC和Transient， 我们单击Transient先观察瞬态分析结果。这时屏幕上出现波形显示框，其横坐标为时间（Time）。3、在图1-9中选择菜单项Trace|Add或相应图标，弹出如图1-11所示的添加曲线对话框Add Traces。4、从窗口中选择V（Uo），在Trace Expression编辑行出现选中的V（Uo）。（Trace Expression编辑行的使用非常灵活，后面我们还将看到它的灵活使用。）图1-11图 1-125、单击OK，此时波形显示框便显示Uo的电压波形。（仿真前可在Schematics窗口中的原理图上用Markers菜单项的功能或点击图标“”，在所关心的节点或支路上进行标注，进入Probe后自动显示标注点的波形。假如我们对Uo进行了电压标注，则不需要在图1-11中选择Uo，就可以显示Uo的电压波形。）6、选择菜单项Plot|Add Plot，添加一个波形显示框。7、重复第（3）步，Add Traces对话框中添加输入电压V（Ui:）。8、单击图1-11中Alias Name选项，在Add Traces对话框中显示电路所有节点和支路电流，寻找并选中V（Ui:）。 9、单击OK返回，此时上面的波形显示框便显示出输入电压Ui的波形。最后，输入Ui，输出Uo的波形如图1-12所示。图中SEL指明当前活动显示框是哪一个。在做完第（4）步后直接做第（8）、（9）步，可以将Ui、Uo显示在同一个波形显示窗口中。这里由于输入波形幅值比较小，与输出波形在同一坐标中显示不利于观察，所以添加了一个显示框。（七）用Probe程序观测仿真结果的曲线1、观察放大电路的频率响应（1）在图1-9中选择菜单项Plot|AC,波形显示框的横轴变为频率轴Frequency。（2）选择菜单项Trace|Add或相应的图标“”，弹出图1-11所示的Add Trace对话框。（3）在Trace Expression编辑行中输入dB（V（Uo）/V（Ui:+），该表达式的含义是：将放大电路的电压放大倍数Uo/Ui转为分贝数。（4）单击OK返回，在Trace Expression编辑行中描述的曲线便出现在波形显示框中，由于本例题在设置AC分析时，AC Sweep Type选择的是Decade，即十倍频扫描，所以，此时显示的曲线即为波特图。（5）再选择菜单项Plot|Add Plot，添加一个波形显示框。（6）重复第（2）步，在Trace Expression编辑行中输入Vp（Uo）-Vp（Ui:），该表达式为Uo与Ui的相位差。（7）重复第（2）步，在Trace Expression编辑行中输入V（Ui:）/I（Ui），该表达式表示输入阻抗。图 1-13（8）单击OK返回。此时，上面的波形显示框就是放大电路的输入阻抗频率响应。按照习惯，幅频响应摆在上边。为此，可先点中幅频响应表达式，利用剪切粘贴功能将它移到上边的显示框，同样将输入阻抗频率响应移到下边。最后放大电路的幅频响应、相频响应及输入阻抗频率响应曲线如图1-13所示。2、观测Au，FL和FH为了获得曲线上几个特殊点的具体数值，如中频增益、上下限截止频率、中频相移等。我们可以打开游标观测这些值。具体的方法是：（1）单击幅频响应显示框区域，使其变为活动显示框（即，SELL指向幅频响应显示框）。图1-14（2）选择菜单Tools|Couror|Display或相应图标“”，激活游标。右下角出现游标值显示窗（Probe Cursor）如图1-14所示，A2为曲线起点坐标值，第一个数是横坐标值，第二个知识纵坐标值；A1为游标当前坐标值；dif为A1与A2的差值（注意，当有多个波形显示框时，Probe Cursor中显示的是当前活动显示框中曲线的坐标值。）（3）按动鼠标左键移动鼠标，将游标移到曲线中频区，从A1显示的当前游标值中可以读得增益为19.717dB。（4）选择菜单项Tools|Labe|Mark，将当前游标的坐标值标注在曲线附近。（5）将游标移到高频区并观察A1纵坐标的变化，当他从中频区的值下降约3dB时，A1横坐标值就是上限截止频率。（6）重复第（4）步，在曲线上标注该点的值。 （7）重复第（5）、（6）步，求出下限截止频率。（8）单击相频响应相应框区域，使其变为活动显示窗。再单击相频响应曲线表达式Vp（Uo）-Vp（Ui：+）前的曲线图标符“”。（9）重复第（3）、（4）步，可得到中频区的相移。用类似的方法也可得到中频区的输入阻抗。上面介绍了用PSPICE程序分析放大电路一般过程，重点放在过程和操作方法上。下面介绍用PSPICE程序分析放大电路各种性能指标的方法。（10）再选择菜单项Tools|Cursor|Display或相应图标，取消游标。此时 ，图1-13 变成图1-15 的形式。图中第二条曲线的纵坐标数值上的“d”表示“度”（即“”）。（八）从输出文件中查看仿真结果图1-15除静态工作点分析Bias Point Detail将结果存入输出文件（.out）外，直流小信号灵敏度分析Sensitivity和小信号传递函数值分析Transfer Function等也将仿真结果也存入输出文件。本例题只要分析静态工作点，下面从输出文件中查看仿真结果。在Schematics程序主窗口中选择菜单项Analysis|Examine Output，或在PSPICE窗口中选择菜单项File|Examine Output,打开输出文件。这里，例题的文本输出文件test_1.out被打开，文件主要包括以下几个部分的内容：1、电路描述信息（1）分析功能设置信息（2）所使用的模型库（3）原理图网表（4）原理图中元件别名（标名）及元件引脚号与电路节点的关系2、有源器件模型参数值3、电路各节点静态电压值及电源（包括信号源）的静态电流和功耗4、有源器件静态参数值，其中包括静态电流和电压前3部分内容与分析功能设置无关，第4部分是设置了Bias Point Detail分析功能后才有的。如果设置了Sensitivity和Transfer Function分析功能，第3部分以后的内容又会有所不同。五、实验研究与思考1、按实验各项要求，打印仿真波形和曲线图。2、讨论电路参数对频率特性的影响。3、讨论PSPICE的功能和仿真步骤。实验二 电子电路PSPICE程序辅助分析（二）一、实验目的1、掌握电子电路PSPICE程序辅助分析的一般步骤。2、了解PSPICE程序辅助分析的方法。二、实验仪器1、计算机（486以上IBMPC机或兼容机，8M以上内存，80M以上硬盘）。2、操作系统Windows95以上。三、预习要求1、熟悉PSPICE中电路描述，PSPICE的集成环境，PSPICE中的有关规定，和PSPICE仿真的一般步骤。2、分析电路元件参数改变对特性曲线的影响。四、实验内容1、按图2-1画出原理图。图2-12、分析电压增益中幅频响应和相频响应，并求中频增益，上、下限截止频率。3、改变Ce在1uF到100uF之间变化时，试求下限频率fL的变化范围。（1）电路的Q点分析。选择AnalysisSetup中的Bias Point Detail进行分析，编译仿真后，在Schematics原理图编辑窗口点击图标“”可以在原理图上看到各点的电压电流参数，也可以打开输出文件观察，得到如下结果（即Q点参数）：IB=10.57uA，IC=1.554mA，UC=6.873V，UE=2.034V（2）设置AC Sweep分析，仿真后在Probe窗口中可观察到电路如图2-2所示电压增益的幅频响应和相频响应。放大电路的A=16.429dB,fL=735.642Hz,fH=1.0312MHz.（3）设置AC Sweep分析和Parametric分析，当Ce取1uF、5uF、10uF、20uF、50uF、80uF和100uF时，得到图c所示的电压增益的幅频响应。由图中看出，Ce在1uF到100Uf7之间变化时，下限频率fL从82758Hz下降到917Hz。Ce越大，下限频率越低。（a）电压增益的幅频响应 （b）电压增益的相频响应（c）Ce变化时电压增益的幅频响应图1-2实验三 电子电路PSPICE程序辅助分析（三）一、实验目的1、掌握电子电路PSPICE程序辅助分析的一般步骤，2、了解PSPICE程序辅助分析的方法二、预习要求1、熟悉PSPICE中的电路描述，PSPICE的集成环境，PSPICE中的有关规定和PSPICE辅助分析的一般步骤，2、 熟悉PSPICE的直流扫描分析，瞬态分析和参数分析。图3-1三、实验原理1、按图3-1画出原理图。2、设置DC Sweep分析可将Ui的扫描范围定为-12V到+12V，仿真后可得到图3-2所示的电压传输特性曲线。3、设置Transient分析仿真后得到Uo的瞬态波形，再选择菜单Plot/X Axis Setlings,打开X Axis Settings对话框，单击Axis Variable按钮，打开X轴变量选择窗（X Axis Varaiable）, 从中选出V（Ui:+）,返回Porobe主窗口。此时，横轴变成输入变量V（Ui）。电压传输特性曲线如图3-3所示。（注意，通过X Axis Variable选择窗口重选变量后，横轴变量就以所选变量V（Ui:+）的形式出现，而不是U-Ui。）图3-2图3-3 4设置Transientp和Parametrc分析（1）为了在Parametric分析时能对Ui的幅值进行扫描，必须将Ui的幅值定义成变量，即，在信号源Ui的属性编辑对话框中，设置VAMPL=Ui。(注意，PSPICE将“”中的内容看作自定义变量或表达式。自定义变量也称为通变量（global）,变量名可任意取。)图3-4（2）在原理图编辑中增加一个预定义参数元件PARAM。打开元件属性编辑对话框，设置变量名和预定义参数值，即，NAME1=Ui,VALUE1=0V。（3）打开Analysis Setup对话框，单击按钮Parametric弹出对话框，按图中设置好扫描变量。扫描类型和扫描范围及步长，如图3-4所示，然后返回。（注意：此时Transient也应设置好终结时间（Final Times = 2ms）（4）仿真后，进入Probe程序窗口，选择菜单项Plot|X Axis Settings，打开X Axis Settings对话框，选中特性分析选项（Performance Analysis），或在Probe程序窗中直接单击工具栏“”图标。此时，波形显示框的横轴变成Ui变量。图3-5（5）选择菜单项Trace|Add，打开Add Trace对话框，对话框中不仅显示出电路中电压、电流变量，而且还有很多目标函数（Goal Functions），其中包括Max（1）。在Trace Expression编辑框中输入Max（V（Uo），便得到如图3-5所示的传输特性曲线。由图看出，最大输出电压幅值与前两个结果基本相同。（注意，图3-5的曲线是Uo的最大值与Ui的关系曲线，Max（V（Uo）已将Uo的负值转换为正值，因此，曲线中没有Uo的负值部分。）四、实验研究与思考对图3-1所示的功率放大电路；试求电路的输出功率和效率。分析放大电路功率时可以采用下面两种分析方法。1、设置直流扫描分析（DCSweep）通过DC Sweep分析，可以得到输出功率管耗和电源提供的功率随电压变化的曲线，从曲线上可以读出它们的最大功率或某一输出幅值下的功率。注意这一方法不能用于有隔直电容的功放电路。2、设置瞬态分析（Transient）根据功率的定义，输出功率等于负载上瞬时电压与瞬时电流的乘积在一个周期内积分的平均值，即：同理，电源提供的功率，管耗 。利用Transient分析可以得到上述的积分曲线。在t=等于周期T时刻曲线上的值，就是相应的功率值。例题中功率放大电路如图3-1所示，试求电路的最大输出功率和效率。解：我们用两种方法来求解。1、设置DC Sweep分析。设置方法与前面相同。仿真后，为了得到Po、Pu随Uo变化的功率曲线，必须将波形显示框的横轴改为Uo，具体方法是：（1）选择菜单项Plot|X Axis Settings，打开X轴设置对话框。（2）单击Data Range中的按钮，打开X轴变量选择框，从中选出V（Uo）。（3）单击Data Range中的User Defined选项，将X轴的范围改为0到6V，单机OK返回。此时，波形显示框的横轴已改成Uo。接下来选择要显示的曲线。（4）选择菜单项Trace|Add或相应图标，打开对话框，在Trace Expression编辑框中写入功率表达式V（Uo）I（RL）/2和电源提供的功率表达式ABS（V（+Ucc:+）I（+Ucc）/1.414）。我们便得到功率曲线（ABS（）表示绝对值）。图3-6注意，功率等于有效值电压乘以有效值电流。直流扫描得到的电压、电流实际上是幅值，因此，电压乘电流的结果应除2（即：分母上是）。但是电源提供的功率中的+Ucc 是直流量，所以不必除。根据电路工作的原理，+Ucc只在半个周期内提供电流，所以当电路完全对称时，表达式V（Ucc：+）I（+Ucc）/1.414代表两个电源的总功耗。由图3-6可以得到电路的最大输出功率约为1.266W，效率约为29.6%。2、设置Transient分析在进行 Transient分析之前，要确定最大不失真输出时Ui的幅值。从图3-2中看出线性范围的最大Ui的值约为5V。将信号源的幅值和频率分别设定为5V和1KHz，用Transient分析时，将Final Time设为1ms，只分析一个周期的波形。仿真后，在Add Trace 窗中的Tcace Expression编辑框中分别写入功率的积分表达式，便得到Po、PT、Pu的积分曲线分别如图3-7（a 、b、c）所示。由于信号周期T=1ms，即，1/T=1000Hz，所以曲线的积分表达式中乘了1000。注意，（）表示积分运算。PSPICE中电流参考方向规定：元件引脚电流（如IC(T1)），流入为“+”；元件中的电流（）由1号脚流向2号脚；电源内部的电流由“+”端流向“”端。图3-7（a）、（b）、(c)中上面两个波形为用于积分的电压、电流波形。由图（b）可看出1只在半个周期内导通，同样，由图（c）知，+Ucc也只在半个周期内提供电流。因此，图（b）积分结果1.2915只表示T1的功耗；图（c）积分结果-2.1798W只表示+Ucc提供的功率。电源提供的总功率为+Ucc和-Ucc电源提供的功率之和，即，-2.1798W2=-4.3596W。符号表示电源向外提供功率。图3-7 特性曲线由图（a）得到最大输出功率约为1.2620W，则效率约为1.2620W/4.3596W=28.94%。实验四：组合逻辑-译码器的设计（MaxplusII软件的基本操作与应用）说明：本书将以实验一为例详细介绍Altera公司MaxplusII 10.1版本软件的基本应用，其它实验将不再赘述。读者在通过本实验后将对MaxplusII软件及CPLD的设计与应用有一个比较完整的概念和思路。在此因篇幅有限，仅仅介绍了MaxplusII软件的最基本、最常用的一些基本功能。相信读者在熟练使用本软件以后，你会发现该软件还有好多非常方便、快捷、灵活的设计技巧与开发功能。由于编者的能力有限，不详之处在所难免，我们希望得到你的指正与包含。一、实验目的：1、掌握组合逻辑电路的设计方法。2、掌握组合逻辑电路的静态测试方法。3、初步掌握Max+PlusII软件的基本操作与应用。4、初步了解可编程器件的设计全过程。二、实验步骤： （一）设计输入：、软件的启动：单击“开始”进入“程序”选中“Max+PlusII 10.1 BASELINE”，打开“”MaxplusII软件，如图4.1-1所示。图4.1-2图4.1-1、启动FileNew菜单，弹出设计输入选择窗口，如图4.1-2所示：图4.1-3、选择Graphic Editor File，单击OK，打开原理图编辑器，进入原理图设计输入电路编辑状态，如图4.1-3所示：、设计输入1）放置一个器件在原理图上图4.1-4a、在原理图的空白处双击鼠标右键，出现图4.1-4：b、在光标处输入元件名称（如：input，output，and2，and3，nand2，or2，not，xor，dff等）或用鼠标点击库元件，按下OK即可。c、如果安放相同的元件，只要按住Ctrl键，同时用鼠标按左键拖动该元件复制即可。d、一个完整的电路包括：输入端口input、电路元件集合、输出端口output。图4.1-5e、图4.1-5为-译码器元件安放结果。图4.1-6）添加连线到器件的引脚上：把鼠标移到元件引脚附近，则鼠标自动由箭头变为十字，按住鼠标左键拖动，即可画出连线。-译码器原理图连线后如图4.1-6所示。）标记输入输出端口属性图4.1-7分别双击输入端口的“PINNAME”，当变成黑色时，即可输入标记符并回车确认；输出端口标记方法类似。本译码器的三输入端分别标记为：A、B、C；其八输出端分别为：D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。如图4.1-7所示。）保存原理图单击保存按钮图表，对于新建文件，出现类似文件管理器图框，请选择保存路径/文件名称保存原理图，原理图的扩展名为.gdf，本实验中取名为test1.gdf。（注意：新建项目，一定要建立一个专门的文件夹保存项目文件，在编译过程中将有大量新文件产生。）图4.1-8）点击FileProjectSet project to current File设置此项目为当前项目文件，如图4.1-8所示。注意此操作在你打开几个原有项目文件时尤为重要，否则编译时容易出错 。至此，你已完成了一个电路的原理图的设计输入过程。（二）电路的编译与适配、选择芯片型号图4.2-1选择当前项目文件欲设计实现的实际芯片进行编译适配，单击Assign|Device菜单选择芯片，如图4.2-1所示。如果此时不选择适配芯片的话，该软件将自动把所有适合本电路的芯片一一进行编译适配，这将费你许多时间。该例程中我们选用CPLD芯片来实现，如用MAX7000S系列的EPM7128SLC84-15芯片；同样也可以用FPGA芯片来实现，你只需在下面的对话框中指出具体芯片型号即可。注意如果将该列表下方标有“Show only Fastest Speed Grades”选项的“”消去，以便显示出所有速度级别的器件。完成选择后单击“OK”按钮。、编译适配图4.2-2启动MaxplusIICompiler菜单，按Start开始编译，并显示编译结果，生成下载文件。如果编译时选择的芯片是CPLD，则生成*.pof文件；如果是FPGA芯片的互阿，则生成*.sof文件，以被硬件下载编程时调用。同时生成*.rpt报告文件，可详细察看编译结果。如果有错误待修改后再进行编译适配，如图4.2-2所示。注意此时在主菜单栏里的Processing菜单下有许多编译时的选项，视实际情况选择设置。如果你设计的电路顺利地通过了编译，在电路不复杂的情况下，就可以对芯片进行编程下载，测试硬件。如果你的电路有足够复杂，那么其仿真就显得非常必要。（三）电路仿真与时序分析MaxplusII教学版软件支持电路的功能仿真（或称前仿真）和时序分析（或称后仿真）。众所周知，开发人员在进行电路设计时，非常希望有比较先进的高效的仿真工具出现，这将为你的设计过程节约很多时间和成本。由于EDA工具的出现，和它所提供的强大的（在线）仿真功能迅速地得到了电子工程设计人员的青睐，这也是当今EDA(CPLD/FPGA)技术非常火爆的原因之一。下面就MaxpluII软件仿真功能的基本应用在本实验中作一初步介绍，在以后的实验例程中将不再一一介绍。一）添加仿真激励波形图4.3-11、启动MaxplusIIWavefrom Editor菜单，进入波形编辑窗口，如图4.3-1所示。图4.3-2、将鼠标移至空白处并单击右键，出现如图4.3-2所示对话窗口。图4.3-3、选择Enter Nodes from SNF选项，并按左键确认，出现4.3-3所示对话框，单击“”和“”按钮，选择欲仿真的I/O管脚。图4.3-4、单击OK按钮，列出仿真电路的输入、输出管脚图，如图4.3-4所示。在本电路中，3-8译码器的输出为网格，表示未仿真前输出是未知的。图4.3-5、调整管脚顺序，符合常规习惯，调整时只需选中某一管脚（如）并按住鼠标左键拖到相应的位置即可完成。调整后如图4.-所示。、准备为电路输入端添加激励波形。选中欲添加信号的管脚，窗口左边的信号源即可变成可操作状态，如图4.-中箭头和圆括号所示。根据实际要求选择信号源种类，在图4.3-6本电路中选择时钟信号就可以满足仿真要求。图4.3-7、选择仿真时间：视电路实际要求确定仿真时间长短，如图4.-所示。本实验中，我们选择软件的默认时间1us就能观察到3-8译码器的个输出状态。、为A、B、C三输入端添加信号：先选中A输入端“”，然后再点击窗口左侧的时钟信号源图标“”添加激励波形，出现图4.3-8所示的对话窗口。图4.3-9图4.3-8、在本例程中，我们选择初始电平为“0”，时钟周期倍数为“1”（时钟周期倍数只能为1的整数倍）并按OK确认。经上述操作我们已为A输入端添加完激励信号，点击全屏显示如图4.-所示。图4.3-1010、根据电路要求编辑另外两路输入端激励信号波形，在本实验中，3-8译码器的A、B、C三路信号的频率分别为1、2、4倍关系，其译码输出顺序就符合我们的观察习惯。按上述方法为B、C两路端口添加波形后单击左边全屏显示图表“”，三路激励信号的编辑结果为图4.3-10所示。图4.3-1111、 保存激励信号编辑结果：使用 File | Save ，或关闭当前波形编辑窗口时均出现图4.-11会话框，注意此时文件名不要随意改动，单击OK按钮保存激励信号波形。二）电路仿真电路仿真有前仿真（功能仿真）和后仿真（时序仿真）两种，时序仿真覆盖了功能仿真，在该例程中我们直接使用时序仿真。读者可以自行使用功能仿真，对比其区别。图4.3-12、选择Maxplus2|Simulator菜单，弹出其对话窗口，如图4.3-12所示。图4.3-13、确定仿真时间，End Time为“”的整数倍。注意：如果在添加激励信号完成后设置结束时间的话，此时仿真窗口中就不能修改End Time参数了。在该例程中，我们使用的是默认时间，单击Start开始仿真，如有出错报告，请查找原因，一般是激励信号添加有误。本电路仿真结果报告中无错误、无警告，如下图4.3-13所示。图4.3-14、观察电路仿真结果，请单击“确定”后单击激励输出波形文件“Open SCF”图标。如图4.-14所示。4、从上图可见，我们所设计的3-8译码器顺利地通过了仿真,设计完全正确。点击“”将上图放大，仔细观察一下电路的时序，在空白处单击鼠标的右键，出现测量标尺，然后图4.3-15将标尺拖至欲测量的地方，查看延时情况，如图4.3-15所示。从上图可以看到，我们这个电路在实际工作时，激励输出有15.6个ns的延迟时间。至此，你已完成和掌握了软件的仿真功能。（四）管脚的重新分配与定位：图4.4-1启动MaxplusIIFloorplan Editor菜单命令，（或按“”快捷图标）出现图4.4-1所示的芯片管脚自动分配画面，点击“”图标，所有管脚将会在“ ”中显示。读者可在芯片的空白处试着双击鼠标左键，你会发现这样的操作可在芯片和芯片内部之间进行切换，可观察到芯片内部的逻辑块等。Foolrplan Editor展示的是该设计项目的管脚分配图。这是由软件自动分配的。用户可随意改变管脚分配，以方便与你的外设电路进行匹配。管脚编辑过程如下：图4.4-2、按下窗口左边手动分配图标“”，所有管脚将会出现在窗口中，如图4.-中箭头所指。、用鼠标按住某输入|输出端口，并拖到下面芯片的某一管脚上，松开鼠标左键，便可完成一个管脚的重新分配（读者可以试着在管脚之间相互拖曳，你会觉得非常方便）。注意：芯片上有一些特定的管脚不能被占用，进行管脚编辑时一定要注意。另外，在芯片器件选择中，如果选的时Auto，则不允许对管脚进行再分配。当你对管脚进行二次调整以后，一定要再编译一次，否则程序下载以后，其管脚功能还是当初的自动分配状态。（五）、器件下载编程与硬件实现一）实验电路板上的连线用三位拨码开关代表译码器的输入端A、B、C，将之分别与EPM7128SLC84-15芯片的相应管脚相连；用LED灯来表示译码器的输出，将D0.D7对应的管脚分别与8只LED灯相连。试验结果如下：ABCLED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7000亮灭灭灭灭灭灭灭100灭亮灭灭灭灭灭灭010灭灭亮灭灭灭灭灭110灭灭灭亮灭灭灭灭001灭灭灭灭亮灭灭灭101灭灭灭灭灭亮灭灭011灭灭灭灭灭灭亮灭111灭灭灭灭灭灭灭亮二）器件编程下载图4.5-1、启动MaxplusIIProgrammer菜单，如果是第一次启用的话，将出现如图4.-所示的对话框，请你填写硬件类型，请选择“ByteBlaster(MV)”并按下OK确认即可。图4.5-2、启用JTAGMulti-Device JTAG Chain Setup.菜单项，按Select Programming File.按钮，选择要下载的*.pof文件。然后按dd加到文件列表中，如图4.-所示（如果编译时选择的是FPGA芯片，此时要选择的下载文件为*.sof）如果不是当前要下载编程的文件的话，请使用Delete将其删除。3、选择完下载文件后，单击OK确定，出现下图4.5-所示的下载编程界面。4、单击Pogram按钮，进行下载编程，如不能正确下载，请点击图4.-的Detect JTAG chain info按钮进行JTAG测试，查找原因，直至完成下载，最后按OK退出。至此，你已经完成了可编程器件的从设计到下载实现的整个过程。图4.5-35、结合电路功能，观察设计实现的正确结果。说明：通过对本实验的学习，相信读者对MaxplusII软件已经有了一定的认识，同样对CPLD可编程器件的整个设计过程也有了一个完整的概念和思路。 实验五 组合逻辑电路的设计一、试验目的、掌握组合逻辑电路的设计方法。、掌握组合逻辑电路的静态测试方法。、熟悉CPLD设计的过程，比较原理图输入和文本输入的优劣。二、实验的硬件要求、输入：按键开关（常高）个；拨码开关位。、输出：LED灯。、主芯片：Altera EPM7128SLC84-15。三、实验内容、设计一个四舍五入判别电路，其输入为8421BCD码，要求当输入大于或等于时，判别电路输出为，反之为。、设计四个开关控