EDA技术_multiSIM2001仿真电路的创建.ppt

1 EDA技术 2 本章要点1 1EDA技术概述1 2常用EDA软件1 3本课程使用的主要软件安装 第1章绪论 3 EDA技术的内涵和范畴 本课程使用软件的安装 本章要点 返回 4 1 EDA技术EDA技术 ElectronicDesignAutomatic的简称 电子设计自动化 是在电子CAD 计算机辅助设计 ComputerAidedDesign 技术基础上发展起来的计算机设计软件系统 它是计算机技术 信息技术和CAM 计算机辅助制造 CAT 计算机辅助测试 等技术发展的产物 电子产品从系统设计 电路设计到芯片设计 PCB设计都可以用EDA工具完成 其中仿真分析 规则检查 自动布局和自动布线是计算机取代人工的最有效部分 利用EDA工具 可以大大缩短设计周期 提高设计效率 减小设计风险 1 1EDA技术概述 5 2 EDA技术的发展EDA技术分为三个发展阶段 七十年代为CAD阶段 建立了国际通用的Spice标准模型 并逐步开始用计算机辅助进行IC版图编辑 PCB布局布线 取代了手工操作 产生了计算机辅助设计的概念 八十年代为CAE ComputerAidedEngineering 计算机辅助工程 阶段 新增了电路功能设计和结构设计 并且通过网络表将两者结合在一起 实现了工程设计 CAE的主要功能是 原理图输入 逻辑仿真 电路分析 自动布局布线 PCB后分析等 九十年代以后为EDA阶段 人们开始追求贯彻整个设计过程的自动化 这就产生了EDA技术 6 3 EDA技术的范畴 系统级设计设计人员针对设计目标进行方案设计和功能描述 电路级设计设计师确定设计方案 选择能实现该方案的合适元器件 设计电路原理图 进行仿真分析 物理级设计物理级设计主要指ASIC PLD器件设计 PCB板加工等 一般由半导体器件和PCB制造厂家完成 返回 7 1 电子电路设计与仿真工具电子电路设计与仿真工具包括PSPICE ElectronicWorkbench等 2 PCB设计软件PCB PrintedCircuitBoard 设计软件种类很多 如 Protel OrCAD TANGO PowerPCB PCBStudio等 目前在我国较流行的是Protel 3 PLD设计工具最有代表性的PLD厂家为Altera Xilinx和Lattice公司 本课程选用multiSIM2001进行电路仿真设计 选用Protel99SE软件介绍原理图 印制板设计 1 2常用EDA软件 返回 8 1 安装multiSIM2001 1 mulitiSIM2001系统安装 运行要求操作系统 Windows98 2000 XPCPU等级 Pentium166以上内存 128M以上显示器分辨率 至少800 600CD ROM光驱 没有光驱通过网络一样可以安装 硬盘 可用空间至少200M 1 3本课程使用的主要软件安装 9 2 multiSIM2001的安装 Windows系统升级 出现界面如图1 1 图1 2所示 10 系统升级完毕 提示重启计算机 如图1 3所示 注意 可以选择 NO 然后执行 开始 程序 Startup ContinueSetup 出现图1 4 输入序列号 单击 Next 11 依次输入指定程序组的序列号 如图1 5所示 单击 Next 系统开始复制文件 结束后 单击 Finish 如图1 6所示 安装完成 图1 5输入指定程序组序列号 图1 6复制文件 安装完成 12 图1 715日限制提示对话框 3 获取ReleaseCode软件安装完成出现如图1 7所示对话框 记住Signature 本机标记码 和序列号 登录公司网站注册 获取授权确认码 13 2 安装Protel99SE 运行安装文件中的setup exe进行安装 如图1 8所示 单击 Next 按钮 屏幕弹出对话框 如图1 9所示 输入序列号 单击 Next 1 3本书使用的主要软件安装 续1 14 依次选择安装路径 安装模式以及指定存放图标文件的程序组位置 如图1 10所示 然后 系统开始复制文件 如图1 11所示 最后 单击 Finish 结束安装 本章结束 15 本章要点2 1multiSIM2001基本界面2 2绘制仿真电路2 3总线的使用2 4子电路的使用 第2章multiSIM2001仿真电路创建 16 multiSIM2001的基本界面与基本操作 创建仿真电路 总线的使用 子电路的使用 本章要点 返回 17 图2 1所示为启动仿真分析后的multiSIM2001主窗口 图中为一个由电阻 电容 三极管等元件组成的单管放大电路 使用的测试仪器为双踪示波器 其中双踪示波器上显示了当前的分析结果 从图中可以看出要绘制一个完整的电路必须使用到元件 节点 连线等 主窗口主要由电路工作区 菜单栏 工具栏 元器件栏 仿真开关等组成 2 1multiSIM2001基本界面 2 1 1multiSIM2001主窗口 18 图2 1multiSIM2001主窗口 电路工作区 仪器库栏 元器件栏 元件 节点 连线 仪器 示波器测量结果 菜单栏 系统工具栏 设计工具栏 当前元件清单 仿真开关 19 系统工具栏如图2 2所示 其中各个按钮的名称及其功能与Windows基本相同 设计工具栏如图2 3所示 设计工具栏共有9个按钮 可以完成启动仿真 仿真分析 导出 仿真后处理 元件设计及工具栏设置等功能 2 1 2multiSIM2001主要工具栏 20 设计栏中各个按钮的名称及其功能如表2 1所示 图2 3multiSIM2001设计工具栏 21 仪器库栏提供了11种仿真测试仪器 常用的有数字万用表 函数信号发生器 功率计 双踪示波器 波特图示仪 字信号发生器 逻辑分析仪 逻辑转换仪 失真度分析仪和频谱分析仪等 如表2 2所示 22 2 1 3multiSIM2001元器件库栏 元器件库栏有两种工业标准 即ANSI 美国标准 和DIN 欧洲标准 每种标准采用不同的图形符号表示 23 multiSIM2001提供有实际元器件和理想元器件 实际元器件是具有实际标称值或型号的元器件 一般提供有元件封装 理想元器件用户可随意定义其数值或型号 包括所有电源 电阻 电容 电感和运放电路 理想元器件没有定义元件封装形式 只能用于创建原理图 如果要输出到PCB软件进行制版 必须修改网络表文件中的元件封装 理想元器件和实际元器件在打开的部件箱中以不同的颜色显示 前者默认为绿色 返回 24 2 2绘制仿真电路 进行电路仿真实验前必须先搭接好线路 仿真电路的建立主要包括以下几个过程 新建电路文件 设置电路工作窗口 选择和放置元器件 连接线路 设置元器件参数 调用和连接仪器 25 2 2 1文件建立与打开 1 新建电路文件选择File New创建新电路文件 系统自动产生 circuit 的电路文件 其中 代表一个连续的数字 在电路文件未保存之前 其文件名为 circuit msm 在该工作窗口内可以进行仿真电路的创建 图2 5打开文件的对话框 2 打开已有文件选择File Open打开已有的电路文件 屏幕弹出如图2 5所示对话框 选择路径 选中文件并单击 打开 按钮即可打开该电路文件 26 2 2 2定制用户界面 multiSIM2001允许自行对界面进行设置 1 设置图纸大小选择菜单Option Preferences 参考选项 单击Workspace选项卡 屏幕弹出如图2 6所示的窗口 在SheetSize设置标准图纸大小 CustomSize用于自定义图纸大小 Inches 英寸 和Centimeters 厘米 用于设置单位制 Orientation用来设置图纸放置方向 27 2 设置栅格 页边缘和标题栏的显示状态图2 6中 Show栏设置电路图栅格 页边缘和标题栏显示状态 点击复选框打 后选中该项 图2 7为所示使用栅格和标题栏的电路 图2 7使用栅格和标题栏的电路 28 3 设置电路图选项单击Circuit选项 屏幕弹出图2 8所示的电路图选项对话框 其中Show区用于设置元器件标号 参考编号 属性 标称值和节点号显示状态 Color区用于设置电路图颜色 在下拉列表框中可以选择四种固定配色方案或Custom 定制 当选择Custom 可自行进行电路图背景 连接线 元器件颜色设置 29 4 设置元器件符号标准单击ComponentBin 部件箱 选项 在Symbolstandard区设置元器件符号标准 如图2 9所示 其中有DIN和ANSI两种标准 选择不同的符号标准 在元器件库中以不同的符号表示 其中DIN标准比较接近我国国标符号 30 5 自动备份设置选择菜单Option Preferences 单击Miscellaneous选项卡 选中Autobackup可以设置自动备份时间 如图2 10所示 6 字体 字号设置选择菜单Option Preferences 单击Font 字体 选项卡可以设置元器件标号 标称值 管脚号 节点号 说明文字等的字体和字号大小等 如图2 11所示 图2 10自动备份设置 图2 11字体设置 31 2 2 3放置元器件 1 放置理想元件用鼠标单击元器件所在库 即可打开相应的部件箱 其中背景为绿色的元件为理想元件 在部件箱中找到所需的理想元件 如理想电阻 单击该元件 此时在电路工作区中光标上带有一个悬浮的电阻 移动光标到合适的位置后 再次单击鼠标 理想电阻就放置于工作区中 如图2 12所示 理想元件的标称值都是固定的 32 设置元件标称值双击要设置参数的元件 屏幕上弹出理想元器件特性设置对话框 如图2 13所示 单击图2 13中的Value选项卡 在Resistance栏中键入元件的标称值即可 理想元件的标称值可以任意设置 并注意标称值的单位 图2 13元器件特性设置对话框 33 设置元器件标号单击Label选项卡 屏幕出现图2 14所示的对话框 Label 标号 可以由用户根据电路自行设定 ReferenceID 参考编号 是由系统自动定义 而且必须是唯一的 一般情况下不要修改参考编号 34 2 放置实际元件用鼠标单击元器件中的实际元件 屏幕弹出图2 15所示的对话框 在其中选择需要的标称值后单击 OK 按钮放置元件 图2 15放置实际元器件 35 实际元件的参数修改是通过元件的更换 Replace 和编辑模型 EditModel 来进行的 双击元件 屏幕弹出图2 16所示的对话框 36 3 根据当前元件清单放置元件单击图2 1中的InUseList栏 屏幕列表显示出当前电路中所使用的全部元件 如果电路中需要放置与列表中相同的元件 可直接从中选取 4 放置多功能单元的元件某些元器件 如某些集成电路 存在多个功能单元 放置这些多功能单元的实际元器件时 屏幕将提示选择对应的功能单元 图2 17放置7400的功能单元A 例如 放置TTL元件7400N 在元件库中选择该元件 出现如图2 17所示的选择功能单元菜单 37 2 2 4元器件布局调整 1 选中元器件 选择某个元器件 可用鼠标左键单击该元器件 选中多个元器件 可在按住键的同时 依次单击要选中的元器件 选中某一区域的元器件 可以在电路工作区中拖曳出一个矩形区域 该区域内的元器件同时被选中 如图2 18所示 38 采用Find菜单命令 当电路中的元器件数目较多时 直接单击选中元件比较困难 此时可以执行菜单View Find 搜索 来选取 屏幕弹出图2 19所示的对话框 框中显示当前电路中的所有元器件 用光标单击选中元件 选中多个元件时 可在按住键的同时 依次单击要选中的元器件 最后单击 SelectComponents 按钮选中元件 单击工作区的空白处取消元器件的选中状态 图2 19搜索元器件 39 2 元器件移动为了使电路布局更加合理 有时需要对元器件 包括图标 参考编号和标称值等进行移动 移动一个元器件 通过选中该元器件图标后拖动光标来实现 移动一组元器件 先选中这些元器件 然后用鼠标左键拖曳其中的任意一个元器件 则所有选中的元器件都会一起移动 元器件移动后 与其相连接的导线会自动重新排列 40 3 元器件旋转和翻转将光标移动到元件上 单击鼠标右键 屏幕弹出一个元器件调整快捷菜单 如图2 20所示 从中选择相应菜单即可完成相应功能 41 4 元器件复制和删除在图2 20中 选中菜单Copy复制当前选中元件 执行菜单Cut剪切当前选中元件 选中元件后 单击键盘上的键可以删除选中的元件 5 调整可调元器件对于电位器 可变电容 可变电感和开关等可调元件 在仿真过程中是通过键盘上的按键来控制的 42 左图中的Key用于设置控制键 Decrease表示递减 Increase表示递增 可以用大小写字母来控制增减 大小写变换通过键盘上的键进行 控制键可以自行改变 Increment栏用于设置每次调整的百分比 图2 21电位器控键设置 例如 在工作区中放置一只电位器 双击该电位器 屏幕弹出图2 21所示为电位器控制键设置窗口 元件中的 key a 中 a 为控制键 一般修改为所需的字母 按键一般不能重复 以免多个元件同时受控于同一个按键 50 表示阻值的百分比 43 2 2 5线路连接 1 自动连线自动连线时将光标指向第一个元器件的管脚上 光标变为 号 单击鼠标左键开始连线 移动光标屏幕将自动拖出一条连线 将光标移动到下一个元器件管脚处 再次单击鼠标左键 系统自动产生一条连线 如图2 22所示 图2 22自动连线方式示意图 44 2 自动连线参数设置执行Option Preferences 单击Wiring 连线 选项卡 屏幕弹出图2 23所示的连线参数设置对话框 45 3 手工连线在电路图比较大时 系统在进行自动布线时可能会出现不必要的绕行 造成电路图比较复杂 读图困难 此时可以选择手工连线 手工连线可以在光标移动过程中改变导线的路径 即每单击一次鼠标左键就可以改变一次导线路径 如图2 24所示 46 4 修改走线某些线连接好后 想进行局部的调整 可以单击该连线 连线上出现很多拖动点 单击两拖动点之间的连线 光标变成双箭头 拖动箭头实现连线的正交修改 如果单击拖动点 则该点上出现三角箭头 此时拖动箭头实现任意角度的走线 如图2 25所示 47 5 连线颜色设置对于复杂电路图 为了便于读识图和波形观测 通常将电路中某些特殊的连线及仪器 如示波器 逻辑分析仪 的连接线设置为不同颜色 如图2 26所示 用鼠标右击要改变颜色的连线 在弹出的菜单中选择Color 然后在打开的颜色框中选择合适的颜色 单击 OK 按钮 完成导线颜色的设置 图2 26连线颜色设置 48 6 节点的使用在连线过程中 如果连线一端为元器件管脚 另一端为导线 则在导线交叉处系统自动打上节点 T形处自动加节点 若连线的起点不是元器件管脚或节点 则需要在电路中手工添加节点才可以进行连线 执行菜单Place PlaceJunction 放置节点 此时光标上带有一个悬浮的节点 将光标移动到适当的位置 单击鼠标左键 放置节点 如图2 27所示 在连接过程中 一个节点最多可以连接四个方向的连线 图2 27节点使用示意图 49 7 设置节点特性在电路连接时 系统对电路中的每一个节点自动分配一个节点号 在进行仿真分析时需要使用节点号 双击该连线 屏幕弹出节点特性设置对话框 如图2 28所示 其中NodeName用于设置节点号 在同一电路中 节点号必须是唯一的 8 删除连线和节点用鼠标单击连线或节点 按键盘上的键 可以删除连线或节点 图2 28设置节点特性 50 在进行电路分析时 有时要观察元件故障时的电路变化 multiSIM2001提供有元件故障模拟功能 双击要设置故障的元件 屏幕弹出图2 29所示元件特性对话框 选择Fault进行元器件的故障模拟设置 注意 设置故障时必须先选中故障类型 然后选择管脚 2 2 6元件故障设置 51 2 2 7原理图中的文字描述 1 添加文字说明执行菜单命令Place PlaceText 在工作区中需要放置文字说明的地方单击一下 即可输入文字 单击鼠标右键结束输入 2 添加电路描述在仿真电路中有时需要对电路的功能及元器件参数作描述 以便使用者了解电路功能 执行菜单Place PlaceTextDescriptionBox 屏幕弹出放置电路描述窗口 如图2 30所示 52 图2 30串联谐振电路的电路描述 电路描述是对电路的详细说明 它随电路一起保存 用户可以随时打开并加以修改 单击 Print 按钮 可以打印输出电路描述 注意 文字说明直接显示在工作窗口 电路描述不显示 如果要查看或修改已写好的电路描述内容 执行菜单View ShowTextDescriptionBox可以打开电路描述窗口 53 3 电路图标题栏内容设置电路标题栏位于电路图的右下角 一般用于填写图纸的设计信息 执行菜单Options ModifyTitleBlock设置标题栏的内容 屏幕弹出标题栏对话框 如图2 31所示 54 2 2 8文件存盘与退出 1 文件存盘执行菜单File Save 保存当前电路 2 更名保存执行菜单File SaveAs 用新的文件名保存当前的电路图 3 关闭文件执行菜单File Close 关闭当前的电路图 4 退出编辑执行菜单File Exit 关闭所有打开的电路窗口 并退出multiSIM2001系统 返回 55 2 2 9创建仿真电路实例 下面以如图所示的放大电路为例来介绍电路的创建过程 56 1 设置电路工作窗口 单击图标创建一个新电路文件 选择菜单Options Preferences进行电路工作窗口设置 设置图纸大小为A4 方向为横向 元器件符号标准为DIN 2 放置元器件用鼠标单击打开元器件所在库 单击所需元器件 此时光标上带有一个悬浮的元器件图标并显示在电路工作区 将元件移动到适当的位置再次单击鼠标 放置元器件 57 3 元器件布局依次将元器件放置于电路工作区中适当位置 并通过移动和旋转元器件等操作对元件进行布局调整 4 线路连接采用自动连接方式 将光标指向某个元件管脚上 光标变为 号时 按下鼠标左键开始连线至要连接的元件管脚上 5 设置元器件参数根据实际电路对元器件参数进行修改 6 观察电路工作结果电路绘制完毕 单击仿真开关 观察电路工作结果 58 2 3总线的使用 总线 Bus 通常是一组具有相关性信号线的总称 如微机中的数据总线 地址总线和控制总线等 总线在电路上通常表现为一根粗线 由于总线本身没有实际的电气连接意义 所以必须定义总线名和分支编号 具有相同分支编号的导线在电气上是连接的 这样做可以节省原理图的空间 也便于读图 59 如图2 32所示为使用了总线的译码器电路 图中4511输出端的7根线通过总线与数码管相连 这样电路变得简洁 60 使用总线的步骤如下 执行菜单Place Bus 单击鼠标左键定义总线起点 移动光标到要拐弯的地方单击鼠标左键实现转折 在最后的位置双击鼠标左键即可结束放置该总线 放置后的总线系统自动取名为Bus 返回 双击总线 屏幕弹出总线属性对话框 可以在ReferenceID栏中修改总线名称 连接分支线路 即管脚与