EDA技術(shù)基礎(chǔ)(2)-第3章 虛擬儀器使用73231課件

機(jī)械工業(yè)出版社同名教材

配套電子教案EDA技術(shù)基礎(chǔ)（第2版）第3章虛擬儀器使用本章要點3.1常用指示器件的使用3.2常用虛擬儀器的使用3.3運(yùn)行電路仿真

本章要點●

指示器件的使用●

儀器的參數(shù)設(shè)置●

常用虛擬儀器的使用返回

2.電壓探測器、燈泡、條形光柱的使用

電壓探測器相當(dāng)于一個發(fā)光二極管，但它是一個單端元件，當(dāng)其端電壓大于設(shè)定值時，探測器被點亮。燈泡的額定電壓對交流信號而言是指其最大值，當(dāng)加在燈泡兩端的電壓在額定電壓的50%～100%時，燈泡一邊亮；當(dāng)在額定電壓的100%～150%時，燈泡兩邊亮；當(dāng)大于額定電壓的150%時，燈泡被燒毀。對于直流而言，燈泡發(fā)出穩(wěn)定的燈光；對于交流而言，燈泡將一閃一閃地發(fā)光。條形光柱類似于幾個LED發(fā)光二極管的串聯(lián)，當(dāng)電壓超過某個電壓值時，相應(yīng)的LED之下的數(shù)個LED全部點亮，它可以指示當(dāng)前的電平狀態(tài)。3.數(shù)碼管的使用七段數(shù)碼管的每一段與引腳之間有唯一的對應(yīng)關(guān)系，在某一引腳上加高電平，其對應(yīng)的數(shù)碼段就發(fā)光顯示，如果要用七段數(shù)碼管顯示十進(jìn)制數(shù)，需加上一個譯碼電路。帶譯碼的8421數(shù)碼管有4個引腳線，從左到右分別對應(yīng)4位二進(jìn)制數(shù)的高位至低位，可顯示0～F之間的16個數(shù)。

數(shù)碼管有兩類，即七段數(shù)碼管（SEVEN_SEG_DISPLAY）和帶譯碼的8421數(shù)碼管（DCD_HEX），其外觀如圖3-5所示。返回3.2常用虛擬儀器的使用

3.2.1儀器的基本操作3.2.2數(shù)字萬用表（Multimeter）3.2.3函數(shù)信號發(fā)生器(FunctionGenerator)3.2.4功率計（Wattmeter）3.2.5雙蹤示波器（Oscilloscope）3.2.6波特圖示儀（BodePlotter）3.2.7字信號發(fā)生器（WordGenerator）3.2.8邏輯分析儀（LogicAnalyzer）3.2.9邏輯轉(zhuǎn)換儀（LogicConverter）

3.2.2數(shù)字萬用表（Multimeter）數(shù)字萬用表可以在電路兩節(jié)點之間測量交直流電壓、交直流電流、電阻和分貝值，它能自動調(diào)整量程。圖3-7所示為數(shù)字萬用表的圖標(biāo)和面板圖。

1.數(shù)字萬用表的測量方法⑴電壓、電流測量選擇面板上的【V】按鈕或【A】按鈕將萬用表設(shè)置為測量電壓或測量電流，測量電壓時萬用表與被測電路相并聯(lián)，測量電流時萬用表串接在被測電路中。根據(jù)測量的信號是交流還是直流，通過面板上的【～】按鈕或【－】按鈕來切換。⑵電阻測量測量某電路的電阻，需將萬用表兩表筆與被測電路相并聯(lián)，選擇面板上的【Ω】按鈕，啟動電路后，在面板上就可以讀出測量的阻值。在測量電阻時應(yīng)注意：①電路中必須有一個接地點，否則無法測出電阻阻值。②測量的電路中不能存在交直流信號源，否則測量結(jié)果不準(zhǔn)確。③multiSIM提供的萬用表電阻擋無法判斷二極管、三極管的好壞。由于數(shù)字萬用表測量的是有效值，而交流電壓源的電壓為最大值，兩者之間為0.707倍的關(guān)系，所以測出的輸入交流電壓為14.142V，測出的輸出直流電壓為18.722V。返回1.連接方式函數(shù)信號發(fā)生器有3個輸出端：即“＋”端、“Common”端和“－”端，通常它與電路的連接有兩種方式。⑴單極性連接方式。將“Common”端子與公共地GND連接，“＋”端或“－”端與電路的輸入相連，這種方式適用于普通的電路。⑵雙極性連接方式。將“＋”端與電路輸入中的“＋”端相連，將“－”端與電路輸入的“－”端相連，這種方式一般用于信號源與差分輸入的電路相連，如差分放大器、運(yùn)算放大器等。2.應(yīng)用舉例圖3-11所示為函數(shù)信號發(fā)生器的兩種連接方式，兩個信號發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置相同，均為輸出頻率1kHz，幅度2V的正弦波，它們分別接到示波器的A、B通道，示波器的兩通道參數(shù)設(shè)置也相同，從輸出波形看，雙極性連接方式輸出信號的幅度為單極性連接方式輸出信號幅度的2倍。返回3.2.4功率計（Wattmeter）功率計用于測量電路中的平均功率和功率因子，在進(jìn)行電路連接時，標(biāo)V兩個端子為電壓輸入端口，與測試電路并聯(lián)；標(biāo)I的兩個端子為電流輸入端口，與測試電路串聯(lián)。

圖3-13所示為純電阻負(fù)載和感性負(fù)載電路的平均功率和功率因數(shù)的測試，其中電壓源輸出為峰值電壓。從圖中可得知純電阻負(fù)載電路的功率為99.998W，功率因子為1；感性負(fù)載電路的功率為71.729W，功率因子為0.847。返回1.掃描時基選擇Scale（掃描時間）表示X軸方向每一刻度代表的時間，一般初始設(shè)置掃描時間與被測電路中的信號周期一致。Xposition（X位移）表示X軸方向時間基線的起始位置。Y/T表示Y軸顯示A、B通道信號波形，X軸方向顯示時間基線。Add表示Y軸顯示A、B通道信號迭加波形，X軸方向顯示時基。B/A表示將A通道信號作為X軸掃描信號，將B通道信號施加在Y軸上顯示，A/B與上述相反。

2.輸入通道設(shè)置示波器有兩個完全相同的輸入通道A和B，其面板如圖3-16所示，其中：Scale（伏/度選擇）用于設(shè)置Y軸方向每格的電壓值。Yposition（Y位移）用于表示Y軸方向時間基線的起始位置。

輸入耦合方式中有三種，“AC”表示交流耦合；“0”表示接地，可用于確定零電平在屏幕上的基準(zhǔn)位置；“DC”表示直流耦合。其中B通道中的按鈕在單獨(dú)使用時，顯示B通道的反相波形，若與時基調(diào)節(jié)中的Add一起使用，則顯示A、B通道A-B迭加波形。3.觸發(fā)方式設(shè)置示波器的觸發(fā)方式設(shè)置面板如圖3-17所示，其中：Edge用于選擇上升沿觸發(fā)或下降沿觸發(fā)。Level用于選擇觸發(fā)電平的大小。觸發(fā)方式有六種選擇，一般情況下使用“Auto”方式。4.示波器讀數(shù)方法為了測量準(zhǔn)確和讀數(shù)方便，一般在暫停仿真操作凍結(jié)波形后，再進(jìn)行觀測。圖3-14中的指針1處讀數(shù)中的T1表示當(dāng)前位置的時刻，VA1表示當(dāng)前位置A通道的電壓值，VB1表示當(dāng)前位置B通道的電壓值；指針1、2處的讀數(shù)差中的T2-T1表示兩讀數(shù)軸之間的時間差，它一般用于測量信號周期等；VA2-VA1（或VB2-VB1）表示兩讀數(shù)軸處A（或B）通道波形的電壓差，一般用于測量信號的幅度、峰峰值等。返回2.面板操作波特圖示儀測量幅頻特性和相頻特性曲線時，單擊【Magnitude】按鈕顯示幅頻特性曲線；單擊【Phase】按鈕顯示相頻特性曲線；單擊【Save】按鈕保存測量結(jié)果；單擊【Set】按鈕設(shè)置掃描的分辨率，數(shù)值越大精度越高。Vertical（垂直坐標(biāo)）和Horizontal（水平坐標(biāo)）可以選擇的類型有Log（對數(shù)）和Lin（線性），I和F分別是用來設(shè)置坐標(biāo)起點值和坐標(biāo)終點值。水平坐標(biāo)表示測量信號的頻率，垂直坐標(biāo)表示測量信號的增益或相位。3.測量讀數(shù)讀數(shù)時可以拖動讀數(shù)指針或點擊讀數(shù)軸光標(biāo)鍵，讀數(shù)欄內(nèi)顯示指針處的讀數(shù)。圖中讀數(shù)為：增益為4.162dB，頻率為18.197kHz。

4.應(yīng)用舉例圖3-21所示為一個晶振頻率測量電路，觀測該晶振的頻率特性曲線,讀出晶振的諧振頻率。⑴搭接電路。由于波特圖示儀在測量時必須在輸入端外加一個交流電壓源的激勵信號（這與掃頻儀是不同的），故電路中加入了一個交流電壓源。⑵打開仿真開關(guān)，觀察電路的頻率特性曲線，拖動讀數(shù)指針至幅度最小處。⑶從面板中讀出當(dāng)前值為：增益為-18.955dB，頻率為15.136MHz。⑷單擊【Set】按鈕設(shè)置掃描的分辨率為1000，提高測量精度，將觀測的頻率范圍設(shè)置為14.5MHz～15.5MHz，重新讀出諧振頻率為15.171MHz。返回1.連接電路圖標(biāo)左邊16個端子輸出低16位邏輯信號，右邊16個端子輸出高16位邏輯信號，R端為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒端，T端為外觸發(fā)信號端。面板圖最左側(cè)是字信號顯示區(qū)，32位的字信號以8位16進(jìn)制數(shù)進(jìn)行顯示，顯示的內(nèi)容可以通過滾動條前后移動，輸出狀態(tài)及變化的規(guī)則可自定義。2.設(shè)置字信號地址面板圖中的Address區(qū)用于設(shè)置字信號地址，如圖3-23所示，其中：Edit欄顯示當(dāng)前編輯的字信號地址。Current欄顯示當(dāng)前輸出的字信號地址。Initial欄和Final欄分別用于設(shè)定輸出字信號的首地址和末地址。圖3-23字信號地址編輯區(qū)3.字信號輸出方式設(shè)置字信號發(fā)生器被激活后，經(jīng)過編輯的字信號按照一定的規(guī)律逐行輸出，同時在面板的底部對應(yīng)于各輸出端的32個小圓圈內(nèi)將實時顯示輸出字信號各個位（Bit）的值。字信號的輸出方式如圖3-24所示，分為三種方式，Step表示單步輸出；Burst方式表示字信號是從首地址開始至末地址連續(xù)逐條單循環(huán)地輸出字信號；Cycle方式則表示循環(huán)不斷地進(jìn)行Burst方式的字信號輸出。在Burst和Cycle狀態(tài)下可設(shè)置中斷點，通過光標(biāo)選中某一地址的字信號后，單擊Breakpoint實現(xiàn)，設(shè)置為中斷點的字信號在顯示區(qū)中以*號顯示，當(dāng)運(yùn)行至該地址時輸出暫停，單擊Burst或Cycle則恢復(fù)輸出。圖3-24字信號的輸出方式4.模式設(shè)置單擊圖3-24中的【Pattern】按鈕，屏幕彈出圖3-25所示的對話框。該對話框用來自定義字信號輸出模型和字信號文件的操作，其中：Clearbuffer復(fù)選框用于設(shè)置是否清除字信號編輯區(qū)的內(nèi)容。Open復(fù)選框用于打開存有字信號內(nèi)容的字信號文件。Save復(fù)選框用于保存字信號的內(nèi)容。圖3-25模式設(shè)置對話框UpCounter設(shè)置輸出遞增編碼的字信號，DownCounter設(shè)置輸出遞減編碼的字信號，ShiftRight設(shè)置輸出右移編碼字信號，ShiftLeft設(shè)置輸出左移編碼字信號。字信號編輯時，在顯示區(qū)中用鼠標(biāo)選擇編輯位置，當(dāng)前編輯的地址可以在Address區(qū)的Edit欄中看出，然后在字信號模型編輯區(qū)的Hex欄中以16進(jìn)制數(shù)輸入數(shù)據(jù)；或在ASCII欄以ASCII碼輸入數(shù)據(jù)；或在Binary欄以二進(jìn)制數(shù)輸入數(shù)據(jù)，顯示區(qū)中相應(yīng)位置將顯示已設(shè)定的字信號模型。圖3-26字信號模型編輯區(qū)返回3.2.8邏輯分析儀（LogicAnalyzer）邏輯分析儀可以同時觀察多路邏輯信號波形，適用于邏輯信號高速采集和準(zhǔn)確的時序分析，是分析和設(shè)計大規(guī)模數(shù)字系統(tǒng)的有力工具。系統(tǒng)提供的分析儀可以同步記錄和顯示16路邏輯信號，其圖標(biāo)和面板圖如圖3-28所示。1.連接電路邏輯分析儀圖標(biāo)左側(cè)16個端口是輸入信號端，使用時連接電路的測量點，圖標(biāo)下部的C端口為外時鐘輸入端，Q端口為時鐘控制輸入端，T是觸發(fā)控制輸入端。2.面板輸入端和邏輯波形顯示圖3-28中面板左邊的16個小圓圈對應(yīng)16個輸入端，從上到下排列依次為最低位至最高位。為區(qū)別各路的波形，一般將輸入的連接導(dǎo)線設(shè)置為不同的顏色。波形的時間軸可以通過面板下邊的Clocks/Div欄（時基）設(shè)置。當(dāng)波形密集時，可將時基設(shè)置小一點。拖動讀數(shù)指針可以讀取數(shù)據(jù)，面板下部的兩個方框內(nèi)顯示指針處的時間讀數(shù)和邏輯讀數(shù)（16進(jìn)制數(shù)）。3.時鐘控制設(shè)置單擊面板下部Clock區(qū)的【Set】按鈕，可以對波形采集的控制時鐘進(jìn)行設(shè)置。時鐘源選擇Internal，必須在內(nèi)部時鐘頻率欄內(nèi)輸入相應(yīng)頻率。Clockqualifier（時鐘觸發(fā)電平控制）的設(shè)置決定時鐘控制輸入端對時鐘的控制方式，選中外部時鐘（External）時才起作用。4.觸發(fā)模式設(shè)置單擊Trigger區(qū)的【Set】按鈕可以進(jìn)行觸發(fā)模式設(shè)置。觸發(fā)時鐘沿有上升沿（Positive）、下降沿（Negative）和任意邊沿（Both）三種選擇選擇。Triggerqualifier（觸發(fā)電平限制）對觸發(fā)有控制作用，若該位設(shè)置為“X”，則觸發(fā)控制端不起作用；若該位設(shè)置為0（或1），則僅當(dāng)觸發(fā)控制端輸入信號為0（或1）時，觸發(fā)字才起作用。返回3.2.9邏輯轉(zhuǎn)換儀（LogicConverter）邏輯轉(zhuǎn)換儀是multiSIM軟件中特有的虛擬儀器，實際工作中不存在與之對應(yīng)的設(shè)備。它能完成邏輯表達(dá)式、真值表和邏輯電路三者之間的相互轉(zhuǎn)換，為邏輯電路的設(shè)計與仿真帶來了方便，圖3-34是邏輯轉(zhuǎn)換儀的圖標(biāo)和面板圖。8位輸入端輸出端電路→真值表真值表→表達(dá)式真值表→簡化表達(dá)式表達(dá)式→真值表表達(dá)式→電路表達(dá)式→與非電路邏輯表達(dá)式區(qū)圖3-34邏輯轉(zhuǎn)換儀的圖標(biāo)和面板圖真值表區(qū)1.連接電路邏輯轉(zhuǎn)換儀的圖標(biāo)中有9個端子，左邊8個用于連接電路的輸入端，右邊的一個端子用于連接電路的輸出端。只有在將邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表時，才需將圖標(biāo)與邏輯轉(zhuǎn)換儀相連。2.從邏輯電路導(dǎo)出真值表⑴繪制邏輯電路。⑵將邏輯電路的輸入端連到邏輯轉(zhuǎn)換儀的輸入端，將邏輯電路的輸出端連到邏輯轉(zhuǎn)換儀的輸出端。⑶單擊按鈕（電路→真值表），系統(tǒng)自行轉(zhuǎn)換并在真值表區(qū)列出該電路的真值表，如圖3-35所示。圖3-35要轉(zhuǎn)換的電路及轉(zhuǎn)換后的真值表3.從真值表導(dǎo)出邏輯表達(dá)式⑴根據(jù)輸入端的個數(shù)用鼠標(biāo)單擊邏輯轉(zhuǎn)換儀面板頂部輸入端的小圓圈，選定輸入信號（由A到H）。⑵選定輸入信號后，真值表區(qū)將自動出現(xiàn)輸入信號的所有組合，而真值表區(qū)右端輸出列全部顯示為“？”。⑶用鼠標(biāo)單擊“？”，可以在“0”、“1”、“X”之間切換，根據(jù)實際要求修改真值表的輸出值0、1和X（不定）。⑷單擊按鈕（真值表→表達(dá)式），在面板底部邏輯表達(dá)式欄出現(xiàn)相應(yīng)的邏輯表達(dá)式，表達(dá)式中的“ˊ”表示邏輯變量“非”，如Aˊ表示。⑸單擊按鈕（真值表→簡化表達(dá)式），可獲得簡化邏輯表達(dá)式，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的簡化表達(dá)式如圖3-36所示。圖3-36真值表導(dǎo)出簡化邏輯表達(dá)式4.其它轉(zhuǎn)換在邏輯轉(zhuǎn)換儀底部邏輯表達(dá)式欄內(nèi)輸入表達(dá)式（“與-非”式及“或-非”式均可），然后單擊按鈕（表達(dá)式→真值表）得到相應(yīng)的真值表。單擊按鈕（表達(dá)式→門電路）則得到相應(yīng)的邏輯電路圖。單擊按鈕（表達(dá)式→與非電路）得到由與非門構(gòu)成的