电子EDA技术（Multisim）刘训非课件项目6

电子EDA技术（Multisim）项目6

Multisim10与LabVIEW8.6研究与应用

Multisim和LabVIEW是NI公司的两款具有各自特色的软件。Multisim的主要特点是:可对电路进行各种虚拟仿真分析，验证电路设计的合理性；LabVIEW的主要特点是用户可依托计算机的资源构建虚拟仪器以代替实际仪器完成测试和测量任务。从Multisim9开始，NI公司将LabVIEW虚拟仪器功能集成到Multisim中，可在电路设计分析中调用自定义的LabVIEW虚拟仪器以完成数据的获取或分析。该功能应用于工程设计，可提高设计效率，缩短产品开发时间。

Multisim10与LabVIEW8.6引言

在Multisim10公司被NI公司合并之后，Multisim10与LabVIEW进行了完美的结合。在LabVIEW的图形开发环境下充分利用LabVIEW环境下的所有功能优越特性，包括数据采集、仪器控制、数学分析等，用户可以设计出个性化的专用虚拟仪器仪表。任务6.1

Multisim10与LabVIEW结合任务引入

Multisim10集成了最新发布的NILabVIEW8图形化开发环境软件和NISignalExpress交互测量软件的功能。这一软件通过桥接普通设计及测试工具来帮助设计工程师提高效率，减少产品上市时间。使用Multisim10，工程师可以通过运用仿真数据来提高测试能力，这些实际的数据都是由LabVIEW采集，作为虚拟电路测试时的数据来源。通过集成模拟数据库及仿真测试，工程师们可以减少失误，缩短设计时间，增加设计量。除了软件提供的20种仪器外，工程师们还可以运用LabVIEW来实现完全自定义的虚拟仪器，并将这些仪器用在Multisim10环境中。

任务实施过程

一、Multisim10提供的LabVIEW仪器实例

Multisim10提供的LabVIEW的虚拟仪器有4种。实例仪器的源代码均可在Multisim10安装目录下的子目录---\samples\LabVIEWInstruments下找到。

麦克风（Microphone)仪器麦克风仪器能够从计算机声卡录制音频数据（如麦克风、CD播放器）。它的输出在Multisim10中作为信号源使用。在电路仿真前，必须先进行设置和录制音频数据，如图6-1所示。当设置和声音录制完毕之后，在Multisim10电路仿真过程中它可以作为音频信号源使用。使用方法如下：在电路图绘制窗口中放置麦克风仪器图标，双击打开设置对话框，如图所示。选择音频设备（Device），一般选择默认设备；设置录音时间（RecordingDuration）和采样速率（SampleRate），采样速率越高，输出信号品质越好，但是仿真运行的速度也越慢。单击RecordSound（录音）按钮，对计算机声卡输入的信号进行录音。在仿真之前，可以选择RepeatRecordSound（重复录音设置）复选框；如果没有选择此复选框并开始仿真，当仿真时间超过录音时间的长度时，那么虽然仿真还在进行，但是麦克风仪器输出的录音信号的电压为0V。如果选择了此复选框，那么麦克风仪器重复输出录音数据，直到仿真停止。创建如图所示的音频滤波器电路。麦克风仪器录制数据作为电压信号输出——滤波器的输入信号，扬声器作为输出负载。单击SimulateRun菜单项，开始仿真。扬声器（Speaker）仪器扬声器仪器输出的电压信号供计算机音频设备播放声音。在仿真开始前设置，在仿真停止后播放声音。使用方法如下：在电路图绘制窗口中放置扬声器仪器图标，双击图标打开设置对话框，如图所示。选择音频设备（Device），一般选择默认设备；设置回放时间（PlaybaackDuration）和采样速率（SampleRate）。如果将麦克风仪器与扬声器仪器连接，那么两个仪器的采样速率必须设置相同；否则，将扬声器仪器的采样速率设置为输入信号频率的两倍以上。采样速率越高，仿真运行的速度越慢。创建音频滤波器电路。麦克风仪器录制数据作为电压信号输出——滤波器的输入信号，扬声器作为输出负载。单击SimulateRun菜单项，开始仿真。在仿真运行的过程中，扬声器仪器存储数据直到仿真时间等于设置的回放时间。单击SimulateRun菜单项，停止仿真。打开扬声器仪器对话框，单击PlaySoung（播放）按钮，播放扬声器存储的声音信号数据。信号发生器（SignalGenerator）信号发生器能够产生并输出正弦波、三角波、方波或者锯齿波，其电路符号如图所示。使用方法如下：在电路图绘制窗口中放置信号发生器图标，双击图标打开设置对话框。设置输出信号参数（SignalInformation）和采样信息（SamplingInfo），并选择RepeatData（重复数据输出）复选框。

创建如左图所示的反相加法电路。信号发生器产生的数据输出为电压信号输出，作为电路的信号源。其中，信号发生器XLV1和XLV2选择了RepeatData复选框，而XLV3和XVL4没有选此复选框。单击SimulateRun菜单项，开始仿真。用示波器观测输出信号，如右图所示。由仿真结果可以看出，由于其中两个信号发生器在创建时没有选择RepeatData复选框，因此输出结果经过一段时间，输出幅度变小了。这说明没有选择RepeatData复选框的仪器已经没有输出电压了。信号分析仪（SignalAnalyzer）信号分析仪能够实时地显示输入信号并对其进行自动功率谱分析和均值计算，如图所示。使用方法如下：在电路图绘制窗口中放置信号分析仪图标，双击图标打开设置对话框，如图所示。设置信号分析的类型（AnalysisType）和采样速率（Samplingrate），注意，采样速率必须设置为输入信号频率的两倍以上。单击SimulateRun菜单项，开始仿真。任务6.2如何在LabVIEW中创建Multisim10虚拟仪器任务实施过程：在LabVIEW8.6中文版中，创建输入型仪器和输出型仪器的方法和过程相似。下面以输入型仪器为例，介绍如何在LabVIEW中创建Multisim10虚拟仪器，并介绍两种仪器在创建过程中的差别。具体步骤如下。第一步：复制和重命名Multisim10提供的模板。（1）复制Multisim10安装目录下---\samples\LabVIEWInstruments\templates\Input子目录到一个新目录（C：\Temp）。（2）重新命名C：\Temp\Input为C：\Temp\InRange。（3）重新命名文件---InRange\StarterInputInstrument-lvproj为InRange-lvproj。（4）双击LabVIEW工程文件--InRange\InRange-lvproj，打开LabVIEW8.6项目浏览器；或者在NationalInstrumentsLabVIEW8.6启动窗口单击“文件”“打开”菜单项，然后在弹出的对话框中选择工程文件--InRange\InRange-lvproj，打开LabVIEW8.6项目浏览器；如图6-8所示。（5）在LabVIEW项目管理窗口中，依次单击“我的电脑”InstrumentTemplateStarterInputInstrument-vit，并打开此项目模板文件，如图6-9所示。或者在LabVIEW项目管理窗口中，在模板文件StarterInputInstrument-vit上右击，在弹出菜单中单击“另存为”菜单项，打开如图6-10所示的文件另存为对话框。（6）按照左图和右图的提示，将模板“StarterInputInstrument-vit”重命名为“InRangeInstrument-vit”并单击确定按钮。在打开的VI模板窗中，单击“文件”“另存为”菜单项，打开如图所示的文件另存为对话框，选择“重命名”选项并按“继续”按钮。在下一个对话框中，为打开的VI模板选择的文件存储位置和名称InRangeInstrument-vit，然后单击“确定”按钮；关闭重新命名的模板文件窗口。重复第（5）和第（6）布，将仪器子程序StarterInputInstrument-Multisim10Information-vi重命名为“InRange-Multisim10Information-vi”，并保存整个工程文件。第二步：改变接口信息。在LabVIEW相目管理窗口中，打开文件InRange-Multisim10Information-vi，如左图所示前面板编辑窗口。按Ctrl+E组合键或者单击“窗口”“显示程序框图”菜单项，将前面板窗口切换到如右图所示的VI的程序框图窗口。改变如下内容。InstrumentID=InRange（Multisim10与LabVIEW通信的唯一标识）Displayname=电压范围监视仪（Multisim10仪器工具栏显示的名称）Numberofpins=1（仪器输入端的个数）Inputpinnames=In（在SPICEnetlist和netlistreport中的名称）保存InRange-Multisim10Information-vi，关闭前面板和程序框图窗口。第三步：设计专用仪器面板。子程序InRange-vit的前面板是在Multisim10环境下的仪器用户操作界面，程序框图是仪器为实现特定功能而编写图形代码的地方（类似于C语言的源程序）。创建仪器操作面板的步骤如下。打开程序InRangeInstrument-vit。选择前面板，并将其修改如图所示。将所有的控件都移动到将来用户看不到的地方。在前面板窗口中右击，从数值控件组添加“水平指针滑动条”，并重命名为“上限”。在滑动条上右击，选择“数据范围”并按图所示输入数值，设置默认值为-5。重复以上步骤创建下限滚动条，设置默认值为-5。从布尔控件组中，选“方形指示灯”放置，重命名为“超限报警”。第四步：完成仪器的程序框图设计。切换到程序框图窗口，按照图所示在底层while循环中，加入下面的G语言图形代码。扩大case结构，在仪器输入端放置“索引数组”。放置“获取波形部分”；放置函数“判定范围并强制转换”，分别连接上限端和下限端。放置“索引数组”并输出端连接到“超限报警”端，输入端连接到函数“判定范围并强制转换”输出端。保存程序及前面板并关闭窗口。第五步：创建仪器。为了能将自己创建的LabVIEW仪器能在Multisim10中安装使用，就必须在LabVIEW仪器的工程文件中，设置源程序生成发布的有关属性，这样才能保证Multisim10仪器的正确生成。整个仪器生成过程产生的结果包含如下文件。VI库文件（-llb）：主要包含主VI模板、主模板使用的所有Vis子程序以及主模板引用的子程序（不管主模板是否使用）。与VI库文件同名的目录：包含模板层和引用层修改的非VI程序，这些文件为DLL文件、LabVIEW菜单文件以及其他文件。在LabVIEW项目管理窗口，单击“我的电脑”“程序生成规范”SoruceDistribution菜单项上右击，在弹出菜单中单击“属性”菜单项，打开如左图所示的发布程序属性设置对话框，进行属性设置。在“发布设置”中，改变目标路径为---\InRange\Build\In-Range-llb。选择打包选项，修改最终Vi库文件的存储路径（目录）或者单个目标文件，根据选项不同，修改相应属性。单击“确定”按钮，关闭对话框，并保存项目文件。单击“生成”按钮，当弹出如右图所示的“生成状态”对话框时，单击“完成”按钮，整个创建过程完成。保存工程文件，退出LabVIEW。任务6.3Multisim10环境下的LabVIEW虚拟仪器的使用任务实施：一、LabVIEW虚拟仪器在LabVIEW中设计Multisim10软件所需仪器基本组件是VI模板（文件后缀名为-vit）。这个VI模板作为虚拟仪器的虚拟模板，负责与Multisim10进行数据通信。

Multisim10虚拟仪器模板具有仪器的输入、输出功能。开始做仪器前，应具备工程模板和编程模板：工程模板是为了最终生成虚拟仪器做一些必要的设置；编程模板包括前面板和程序框图，用来协调Multisim10的数据通信和处理数据。这些模板可以在Multisim10安装目录获得，具体如下。输入型仪器模板(IntputTemplates)：在\samples\LabVIEWInstruments\templates\Input目录下，利用这些文件仪器，可以创建显示和处理Multisim10电路仿真结果的仪器。输出型仪器模板（OutputTemplates)：在--\samples\LabVIEWInstruments\templates\Output目录下，利用这些文件仪器，可以创建产生数据作为仿真电路的信号源使用。工程模板（TheStarerProject）：工程模板主要包括可发布程序特性的输入型仪器仪表工程模板StartIntputInstrument-lvproj和输出型仪器仪表模板StartOutputInstrument-lvproj两种二、LabVIEW环境下创建仪器需要明确的几个问题（1）在LabVIEW编程环境下，可以创建输入型仪器或者输出型仪器；（2）输入型仪器在电路仿真状态下能够连续地接收数据。如果需要利用LabVIEW虚拟仪器，建立与实际设备I/O（如DAQ数据采集设备，GPIB、Serial仪器，文件等）的连接，那么一定要处理好仿真时间（与SPICE模型、电路图复杂程度和CPU处理速度等因素有关）与实际设备的I/O速度之间的配合问题。（3）在电路仿真状态下，输出型仪器不能传送数据给仿真电路。这也就是说，数据的产生和获取必须在SPICE模型仿真以前已经完成（如麦克风先进行数据采集，然后才能开始仿真）。（4)由于创建LabVIEW仪器，必须以Multisim10提供的标准模板为前提，因此要求编程环境只能是NILabVIEW8-0或者更高版本。（5）NILabVIEW只是为了创建的仪器。如果运行Multisim10软件或者在Multisim10软件中使用创建的仪器，那么在计算机上就没有必要安装NILabVIEW软件。三、LabVIEW虚拟仪器的安装与使用3．1、安装使用LabVIEW为了能够在Multisim10正确安装自己创建的LabVIEW仪器，或者与同事或其他Multisim10使用者分析自己的仪器时，就一定要把创建的仪器的工程文件目录---\Build子目录的*-llb文件复制给他们。具体方法如下。

首先，关闭当前运行的Multisim10

其次，复制生成LabVIEW仪器过程中产生的VI库文件和与其同名的子目录，到Multisim10安装目录的“---\lvinstruments”子目录中。

最后，重新启动Multisim10，此时在仪器面板上的LabVIEW仪器按钮处出现所安装的仪器（SimulateInstrumentsLabVIEW

InstrumentsInRange）。它的使用方法与其他仪器使用方法基本类似。3．2分享自己创建的LabVIEW仪器创建一个简单的电路，以测试所创建的LabVIEW仪器是否符合要求。在Multisim10电路图窗口中放置函数发生器（FunctionGenerator）。放置电压超限报警仪。放置电源地（Ground）和两个分压电阻，并按左图所示连接电路。打开函数发生器对话框，设置电压幅度为10Vpp，频率为100Hz的正弦波。打开“电压超限报警仪”用户面板。开始仿真，并验证仪器工作情况。如右图。3．3正确创建LabVIEW仪器必须遵循的原则在创建Multisim10中使用的LabVIEW仪器时，一定要遵循以下原则。一定要从Multisim10提供的仪器模板或者范例文件中创建仪器。因为这些文件包括了创建仪器且保证仪器正常工作的前面板对象、程序框图对象和必要设置。不要删除或者修改在原始模板中已有的框图对象。在创建仪器过程中，可以增加新的控件、指示器和附加事件处理功能模块，但是不要删除或修改原有的器件及处理代码。可以在原始模块的后面板中规定的有注释的位置增加需要的处理功能模块。所有导入Muhisim10中的LabVIEW仪器都必须有唯一的名称，特别是VI库文件包含的主模板、支持文件目录和主模板自身，都必须有唯一的支持程序正确运行的目录文件名称。在LabVIEW

仪器中使用的所有子程序名称必须唯一，除非想在多个不同的仪器中使用同一个子VI。在LabVIEW

仪器中使用的所有库文件名称必须唯一，除非想在多个不同的仪器中使用同一个元件库。所有LabVIEW仪器中包含的同一个子程序在某个库文件中，这个库文件的版本必须相同。如果版本不一致，必须重新设置。例如在创建新仪器过程中使用并修改了一个库文件，而且这个库文件被安装在同一台计算机中的其他仪器使用，那么必须重新生成原来的仪器并安装。仪器工程文件的源程序生成规范设置项目必须保持不变。为了保证这一点，在发布程序属性设置的对话框的“SourceFileSettings”设置页，选择项目文件中依赖关系（Dependencies）选项，选“Setinclusiontypeforallcontaineditems》Alwaysinclude”选项，就能保证LabVIEW启动工程项目始终正确地设置。

Multisim10与LabVIEW仪器的数据通信任务引入：工程师们现在可以迅速地将Multisim10的模拟结果以原有的文档格式导入LabVIEW或者SingalExpress。得益于其兼容性，工程师们可以更有效滴分享及比较仿真数据和模拟数据。工程师们还可以在项目测试，调试阶段将这些数据作为基准，同时通过测试数据与期望结果的简便比较可以改进部门间的沟通，提高效率。通过保持原文件格式，工程师无需再转换文件，这样在分享数据时就减少错误，提高了效率。任务实施：一、从LabVIEW仪器产生的数据传送到Multisim10仿真电路Multism10集成了获得LabVIEW仪器数据的元件，使得电路仿真设计更加方便。在仿真电路中，要从LabVIEW仪器获得数据，可以用Multisim10LVM信号源。

Multisim10LVM信号源包括电压信号源（LVM-VOLTAGE）和电流信号源（LVM-CURRENT）两类。两种信号源的使用方法类似，下面以电压信号源为例，介绍Multisim10仿真电路如何获得LabVIEW仪器数据。操作步骤如下。单击PlaceComponent菜单项，打开SelectaComponent窗口。在SelectaComponent窗口，在Database下拉列表中选择MasterDatabase，在Group下拉列表中选择Sources，在Family列表框中选择SIGNAL-VOLTAGES-SOURCES，在Component列表框中选择LVM-VOLTAGE，如图所示。单击OK按钮，将LVM-VOLTAGE连接到电路的输入端。在这里将它连接到示波器，如左图所示。双击LVM-VOLTAGE图标，弹出LVM信号源属性对话框，如右图所示。单击按钮按钮，在弹出的对话框中选择LabVIEW仪器数据文件。必须选择Repeat复选框，这样可以保证电路仿真过程中一直有信号源加载。单击SimulateRun菜单项，开始仿真。在电路仿真过程中，电压信号源将LabVIEW虚拟仪器采集的数据作为仿真电路的信号源使用。示波器显示的波形如图所示。二、将Multisim10仿真电路结果输出到LabVIEW仪器

Multisim10能够非常容易地将电路仿真结果保存为LabVIEW仪器可以调用的数据格式文件（*-