基于仿真软件下的电子应用设计.doc

基于仿真软件下的电子应用设计XXX（河南水利与环境职业学院机电与信息工程系 450008）摘要：仿真软件Multisim 10是业界广泛应用的电子电路开发软件，具有强大的功能，现将其引入电子电路课程应用设计的教学中。利用Multisim 10仿真软件的平台进行了三相数据采集卡外触发器设计与仿真；用8051单片机实现流水灯的设计与仿真；用PIC系列单片机实现液晶显示流动字符功能。通过实例说明应用计算机仿真技术进行电子应用设计的过程，有助于学生边学边用，从而学以致用，从而培养学生的综合分析能力、开发能力和创新能力。关键词： Muhisiml0软件、仿真、电子应用设计1引言电子应用设计是针对电子电路课程的要求，对学生进行综合训练，培养学生运用课程中所学到的知识，独立地解决实际问题的能力。传统方法是先设计电路，然后在面包板或实验箱进行实验调整参数，最后再制版、安装、调试。传统方法存在技术手段陈旧，教、学、做受到条件的限制，学习效率不高等问题。将计算机仿真技术与传统方法相结合,可以实现“软件虚拟实验室”，即只要有一台计算机并安装上Multisim10仿真软件，就可以构成一个虚拟的实验工作台。学生在虚拟环境下完成电子应用设计的选择元件、创建电路、计算与调整参数以及观测仿真结果等中心环节。并且设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验所用的元器件及测试仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验。最后进行实物组装、调试，实现了电路设计的优化从而达到设计要求。2Multisim 10 简介Mulitisim 10是美国国家仪器有限公司推出的一款原理图捕获和交互式仿真软件，是早期的Electronic Workbench（EWB）的升级换代的产品，是目前最易用、最直观的电子行业开发仿真软件。Multisim 10仿真软件具有以下主要功能： 具有丰富的元件库； 类型齐全的仿真； 高度集成的操作界面； 强大的分析功能； 强大的虚拟仪器仪表功能； 具有VHDI Verilog的设计和仿真功能； 提供多种输入输出接口(可以与其他EDA软件结合使用)； 新增加了对51系列单片机、PIC单片机的支持，可以把单片机的实验直接在计算机上模拟运行，得到高精度的仿真数据，使得大规模可编程逻辑器件的设计和仿真与模拟电路、数字电路的设计和仿真融为一体，突破了原来大规模可编程逻辑器件无法与普遍电路融为一体仿真的局限。更重要的是，Multisim10使电路原理图的仿真与完成PCB设计的Ultiboard10仿真软件结合起来一起构成新一代的EWB软件，使电子线路的仿真与PCB的制作更为效。3电子应用设计实例（1）三相数据采集卡外触发器设计与仿真在数据采集卡中，外触发器主要功能是启动数据采集卡上A/D转换器的采样，一般的数据采集卡都设置了外触发方式，只要有高电平信号输入到外触发通道（EX T）就能启动采样。因为在实际的工业现场数据监控中，需要同时采样多路信号，如同时监控三相电压等信号，如果某相电压过高则需要计算机迅速做出反应，但是实际上往往不知道究竟哪相电压信号先过高，而且不清楚这个过高的电压信号是正极性还是负极性。因此需要对每相电压信号预先做出判断，因此采用外触发器对电压做出比较判断，无论哪相电压升高，都能迅速启动数据采集卡同时采样，因此需要设计三相触发通道。由于预先不知道电压的极性，究竟是正电压先升高还是负电压先升高，因此每相需要两个电压比较器，用做正负极性电压比较。在Multisim 10软件操作界面的电路窗口中，建立一个单相的触发电路如图1所示，选用两片LM710集成电压比较器，其逻辑符号如图1中U1和U2所示。该比较器允许正负电压输入，U1用于正电压过高比较，因此输入电压接在U1正端(3脚），正的参考电压接在负端(4脚）。U2用于负电压过高比较，因此输入电压接在负端(4脚），负的参考电压接在正端(3脚）。预先调整电位器R1和R3的阻值，可以设置触发参考电压，超过参考电压后，比较器输出变为低电平（原来为高）。图1中仅是一相的电路，其他两相电路完全相同，只要把每相的输出端OUT通过一个三输入或门连接，就组成了三相的外触发器。 图1 图1 单相触发电路 图2 正负极性电压比较输出波形图1中的函数信号发生器XFG1，将输入正弦电压偏置电压设置为0V，幅值为5V，即正负输出都有，而比较器U1和U2的参考电压分别设置为3V，因此输入的正负电压都能产生比较输出。将四踪示波器XSC1的A、B、C通道分别接U1、U2和U3A的输出，启动仿真开关，得到示波器波形如图2所示。顶上是U3A的输出波形，依次是U1、U2的输出波形。说明正负极性电压分别触发了比较器U1和U2，U1和U2的输出通过与门后，高与高得高电平，高与低得低电平，即U3A输出端得到触发脉冲信号，说明输入正负极性电压只要超过预先设置的参考电压都能产生触发脉冲信号。(2)用8051单片机实现流水灯的设计与仿真1)硬件电路的构建在Multisim 10软件操作界面的电路窗口中，构建电路图。为了电路的简洁明了，在电路图中采用总线的接法。图3 流水灯的仿真电路2)源程序的编写 $MOD51;This includes 8051 definitions for the metalink assembler ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0660H MAIN: MOV A,#01H; 给累加器A赋值 LOOP: MOV P1,A; 累加器A值送至Pl口 RR A; 右移累加器A LCALL DELAY; 延时 LJMP LOOP; 循环 DELAY: MOV R6,#01H LP:DJNZ R6,LP RET END3)编译源程序 打开源码编辑区 在图3上双击8051芯片，点选“code(源码)”“Properties(属性)”进入MCU code Manager(MCU 源码管理器) “New MCU Project”输入工程名 选定生成的工程 “New File”选择文件类型并输入文件名确定以后出现编辑区。 编写程序可以在编辑区内输入程序，也可以从已编辑好的.TXT文件里复制到此区域；在做8051仿真时，一定要保留“$MOD51”。 编译链接将编辑好的程序保存，单击 “运行”，若程序无误，一步即完成编译链接且直接进入仿真，单片机工作；程序编译出错后在下方编译信息栏会给出错误信息列表，修改错误后，重复编译步骤。 仿真结果查看将操作界面切换到原理图，仿真结果如图3所示。发光二极管依次被点亮，实现了流水灯的效果。3PIC系列单片机实现液晶显示流动字符功能在Multisim 10软件操作界面的电路窗口中，构建硬件电路并采用总线接法。打开源码编辑区，将已编缉好的.TXT文件里的程序复制到该区域并保存。单击 “运行”，编译通过，仿真结果如图4所示。注意：按动空格键，开关J1分别接高低电平时，观察液晶显示器的不同变化。 图4 单片机实现液晶显示流动字符的仿真电路4结语上述实例说明，将计算机仿真软件Multisim 10引入电子电路应用设计的教学，不仅能够替代实验室中的多种传统仪器，减少贵重仪器的配备数量，克服了实物操作实验由于场所、器材、安全等方面带来的困难。更重要的是调动了学生学习的自主性和积极性，训练学生运用信息技术的能力，培养学生的创新意识及创新思维。参考文献：1 潘明，潘松. 数字电子技术基础. 北京：科学出版社，20082 阎石. 数字电子技术基本教程. 北京：清华大学出版社，20073 曹林根. 数字逻辑. 上海：上海交通大学出版社，20074 程勇. 实例讲解Multisim 10电路仿真. 北京：