EDA技術第3章-虛擬儀器使用課件

第3章虛擬儀器的使用3.1常用指示器件的使用3.2常用虛擬儀器的使用13.1常用指示器件的使用

1.電壓表、電流表的使用在指示器件庫（Indicators）中提供有電壓表（Voltmeter）和電流表（Ammeter），如圖3-1所示，電壓表和電流表分別測量電路中交、直流電壓和電流，其數(shù)值可直接從表頭上讀取，儀表有兩個端子與電路連接，并且有“＋”、“－”標志，連接時要注意極性，電壓表并聯(lián)，電流表串聯(lián)。圖3-1電壓表和電流表圖標電壓表電流表2雙擊電壓表或電流表，屏幕彈出儀表設置對話框，單擊Value選項卡，設置儀表參數(shù)，圖3-2中的Resistance欄用于設置內阻，一般為提高測量精度，電壓表的內阻要設置大一些，電流表的內阻要設置小一些；Mode下拉列表框用于選擇交流（AC）、直流（DC）工作方式。圖3-2電壓表參數(shù)設置實例3如圖3-3所示為一個儀表測量的應用實例，圖中的電壓表和電流表均工作在DC狀態(tài)。圖3-3儀表應用實例4電壓探測器相當于一個發(fā)光二極管，但它是一個單端元件，當其端電壓大于設定值時，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，當加在燈泡兩端的電壓在額定電壓的50%～100%時，燈泡一邊亮；當加在燈泡兩端的電壓在額定電壓的100%～150%時，燈泡兩邊亮；當加在燈泡兩端的電壓大于額定電壓的150%時，燈泡被燒毀，只能重新選取新的燈泡。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。2.電壓探測器、燈泡、條形光柱的使用5條形光柱類似于幾個LED發(fā)光二極管的串聯(lián)，當電壓超過某個電壓值時，相應的LED之下的數(shù)個LED全部點亮，它可以指示當前的電平狀態(tài)。

電壓探測器使用燈泡使用條形光柱使用圖3-4應用實例6

8421數(shù)碼管七段數(shù)碼發(fā)管圖3-5數(shù)碼管外觀圖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關系，在某一引腳上加高電平，其對應的數(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4位二進制數(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73.2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瓦特表（Wattmeter）3.2.5示波器（Oscilloscope）3.2.6波特儀（BodePlotter）3.2.7字信號發(fā)生器（WordGenerator）3.2.8邏輯分析儀（LogicAnalyzer）3.2.9邏輯轉換儀（LogicConverter）

83.2.1儀器的基本操作在multiSIM2001中，儀器有儀器按鈕、儀器圖標和儀器面板3種表示方式。圖3-6所示為數(shù)字萬用表的按鈕、圖標及面板圖。儀器按鈕存放在儀器工具欄中，單擊后移動到適當位置放置該儀器。儀器的圖標上有對應的接線柱，用于連接線路。雙擊儀器圖標可打開儀器的面板，觀察測試數(shù)據(jù)和波形，或者設置和選擇儀器參數(shù)。

返回圖3-6儀器的表示方法儀器工具條儀器面板圖儀器圖標93.2.2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，它能自動調整量程。圖3-7所示為數(shù)字萬用表的圖標和面板圖。圖3-7數(shù)字萬用表的圖標和面板圖測量選擇參數(shù)設置顯示屏交、直流選擇負表筆正表筆101.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，交流信號下測量值是有效值。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阻相并聯(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。11在測量電阻時應注意：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，否則測量結果不準確。③multiSIM2001提供的萬用表電阻擋無法判斷二極管、三極管的好壞。

12由于系統(tǒng)提供的數(shù)字萬用表默認狀態(tài)是一種理想萬用表，電壓擋電阻很大，電流擋電阻很小，如果希望測量結果與實際的數(shù)值一致，需要重新設置參數(shù)。電流檔內阻電壓檔內阻電阻檔電流圖3-8數(shù)字萬用表內部參數(shù)設置2.參數(shù)設置單擊面板上的【Set】（參數(shù)設置）按鈕，屏幕彈出圖3-8所示的對話框，根據(jù)實際要求設置電壓檔、電流檔的內阻、電阻檔的電流值等參數(shù)。13圖3-9萬用表測量交、直流電壓測量直流電壓測量交流電壓返回

3.應用舉例圖3-9所示為一個整流濾波電路，電路中的兩個萬用表分別測量電路的輸入交流電壓和輸出直流電壓。143.2.3函數(shù)信號發(fā)生器(FunctionGenerator)函數(shù)信號發(fā)生器可以輸出正弦波、三角波和方波三種波形，其輸出波形的頻率、幅度、直流偏置電壓及占空比等參數(shù)均可以調節(jié)，修改時可直接在面板上設置。

圖3-10函數(shù)信號發(fā)生器的圖標和面板圖信號頻率占空比幅度直流偏置波形選擇上升沿/下降沿時間負端COM端

正端15

圖3-10所示為函數(shù)信號發(fā)生器的圖標和面板圖，其中幅度參數(shù)是指信號波形的峰值電壓，占空比參數(shù)主要用于三角波和方波的波形調整，上升沿/下降沿時間參數(shù)主要用于方波的波形調整。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。16⑵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、運算放大器等。2.應用舉例

圖3-11所示為函數(shù)信號發(fā)生器的兩種連接方式，兩個函數(shù)信號發(fā)生器的參數(shù)設置相同，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。17單極性連接方式雙極性連接方式圖3-11函數(shù)信號發(fā)生器的連接方式返回183.2.4瓦特表（Wattmeter）瓦特表用于測量電路中的平均功率和功率因子，圖3-12所示為瓦特表的圖標和面板圖。在進行電路連接時，左邊兩個端子為電壓輸入端口，與所要測試的電路并聯(lián)；右邊兩個端子為電流輸入端口，與所要測試的電路串聯(lián)。圖3-12功率計的圖標和面板圖功率顯示屏功率因子電壓端電流端19

在直流電路和純電阻負載交流電路中，功率因子為1。圖3-13所示為純電阻負載和感性負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載電路的功率為99.998W，功率因子為1；感性負載電路的功率為71.729W，功率因子為0.847。圖3-13平均功率和功率因數(shù)的測試純電阻負載感性負載返回203.2.5示波器（Oscilloscope）

示波器可以直觀地觀測信號的時域波形，multiSIM2001提供了數(shù)字式存儲示波器，可以觀察到瞬間變化的波形。圖3-14所示為示波器的圖標和面板圖。波形顯示屏圖3-14示波器圖標和面板圖指針1讀數(shù)指針2讀數(shù)指針1、2處的讀數(shù)差可拖動的指針讀數(shù)接地端A、B通道觸發(fā)端211.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，可以在其中選擇不同的掃描時間，一般初始設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軸方向顯示時間基線。B/A表示將A通道信號作為X軸掃描信號，將B通道信號在Y軸上顯示，A/B與上述相反。圖3-15時基調節(jié)222.輸入通道設置示波器有兩個完全相同的輸入通道A和B，其中：Scale（伏/度選擇）用于設置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位置；“DC”表示直流耦合。

其中B通道中的按鈕在單獨使用時，顯示B通道的反相波形，若與時基調節(jié)中的Add一起使用，則顯示A、B通道A-B迭加波形。圖3-16輸入通道設置233.觸發(fā)方式設置示波器的觸發(fā)方式設置：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，選擇“Auto”表示自動觸發(fā)方式；選擇“Norm”為常態(tài)觸發(fā)方式；選擇“A”或“B”表示將A通道或B通道的輸入信號作為時基掃描的觸發(fā)信號；選擇“Ext”為外觸發(fā)，是指用示波器圖標上觸發(fā)端子連接的信號作為觸發(fā)信號；選擇“Sing”為單次觸發(fā)方式，一般情況下使用“Auto”方式。圖3-17觸發(fā)方式設置244.示波器讀數(shù)方法為了測量準確和讀數(shù)方便，一般在暫停仿真操作凍結波形后，再進行觀測。圖3-14中的指針1處讀數(shù)中的T1表示當前位置的時刻，VA1表示當前位置A通道的電壓值，VB1表示當前位置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。255.應用舉例如圖3-18所示為電容的充電過程。從電路中可以得出電容充電電壓為12V，RC時間常數(shù)T=0.001s，故示波器的時基設置為1ms。圖3-18電容充電過程觀察26返回為了保證觀測到瞬間波形，還必須進行默認儀器設置。執(zhí)行菜單“Simulate”→“DefaultInstrumentSettings”，彈出如圖3-19所示對話框，在其中瞬態(tài)分析進行設置。圖3-19儀器瞬態(tài)分析設置初始條件設置開始時間設置結束時間設置273.2.6波特儀（BodePlotter）波特儀是用來分析電路的頻率響應，可以測試電路的幅頻特性和相頻特性，其圖標和面板如圖3-20所示。顯示屏圖3-20波特圖示儀的圖標和面板圖輸入端口輸出端口垂直坐標讀數(shù)軸光標水平坐標指針處讀數(shù)讀數(shù)指針281.連接電路波特儀有IN和OUT兩個端口，其中IN端口的+端連接電路的輸入端，OUT端口的+端連接電路的輸出端，而-極與模擬地相連。2.面板操作波特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】按鈕保存測量結果；單擊【Set】按鈕設置掃描的分辨率，數(shù)值越大精度越高。Vertical（垂直坐標）和Horizontal（水平坐標）可以選擇的類型有Log（對數(shù)）和Lin（線性），I和F分別是用來設置坐標起點值和坐標終點值。水平坐標表示測量信號的頻率，垂直坐標表示測量信號的增益或相位。

293.測量讀數(shù)讀數(shù)時可以拖動讀數(shù)指針或點擊讀數(shù)軸光標鍵，讀數(shù)欄內顯示指針處的讀數(shù)。4.應用舉例

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。注意：波特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。30⑵打開仿真開關，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從面板中讀出當前值為：增益為-18.955dB，頻率為15.136MHz。⑷單擊【Set】按鈕設置掃描的分辨率，提高測量精度。返回圖3-21晶振諧振頻率測試313.2.7字信號發(fā)生器（WordGenerator）字信號發(fā)生器是一個最多能夠產生32位同步邏輯信號的儀器，可以用來對數(shù)字邏輯電路進行測試，實際上是一個數(shù)字激勵源編輯器，其圖標和面板圖如圖3-22所示。字信號顯示區(qū)圖3-22字信號發(fā)生器圖標和面板圖321.連接電路圖標左邊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)準備就緒端，T端為外觸發(fā)信號端。2.設置字信號地址面板圖中的Address區(qū)用于設置字信號地址，如圖3-23所示，其中：Edit欄顯示當前編輯的字信號地址。Current欄顯示當前輸出的字信號地址。Initial欄和Final欄分別用于設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)333.字信號輸出方式設置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表示字信號是從首地址開始至末地址順序輸出字信號；Cycle方式則表示循環(huán)輸出。

在Burst和Cycle狀態(tài)下可設置中斷點，通過光標選中某一地址的字信號后，單擊Breakpoint實現(xiàn)，設置為中斷點的字信號在顯示區(qū)中以*號顯示，當運行至該地址時輸出暫停，單擊Burst或Cycle則恢復輸出。圖3-24字信號的輸出方式344.模式設置單擊圖3-24中的【Pattern】按鈕，屏幕彈出圖3-25所示的對話框。Clearbuffer：設置是否清除字信號編輯區(qū)的內容。Open：打開存有字信號內容的字信號文件。Save：保存字信號的內容。UpCounter：設置輸出遞增編碼的字信號。DownCounter：設置輸出遞減編碼的字信號。ShiftRight：設置輸出右移編碼字信號。ShiftLeft：設置輸出左移編碼字信號。SetInitialPattern：設置起始編碼。

圖3-25模式設置對話框355.觸發(fā)方式及輸出頻率設置如圖3-26所示，Trigger區(qū)用于設置觸發(fā)方式，有兩種觸發(fā)方式：Internal（內部）和Externa1（外部）。當選擇內部觸發(fā)方式時，字信號的輸出直接受輸出方式按鈕（Step、Burst、Cyc1e）控制。當選擇外部觸發(fā)方式時，必須接入外觸發(fā)脈沖信號，而且要定義“上升沿”或“下降沿”觸發(fā)。為了保持同步，往往用DataReady端（數(shù)據(jù)準備就緒）指示。Frequency區(qū)用于設置字信號輸出頻率，在Burst和Cycle狀態(tài)下的輸出快慢由設定的輸出頻率決定。

圖3-26觸發(fā)方式及輸出頻率設置366.編輯字信號如圖3-26所示，Edit區(qū)用于字信號模型編輯。字信號編輯時，在顯示區(qū)中用鼠標選擇編輯位置，當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欄以二進制數(shù)輸入數(shù)據(jù)，顯示區(qū)中相應位置將顯示已設定的字信號模型。圖3-26字信號模型編輯區(qū)377.應用舉例如圖3-27所示譯碼電路，設置字信號發(fā)生器，使之從地址0020～0029循環(huán)輸出字信號0001～000A。圖3-27譯碼電路返回383.2.8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確的時序分析，是分析和設計大規(guī)模數(shù)字系統(tǒng)的有力工具。multiSIM2001提供的分析儀可以同步記錄和顯示16路邏輯信號，其圖標和面板圖如圖3-28所示。圖3-28邏輯分析儀圖標和面板圖讀數(shù)指針391.連接電路邏輯分析儀圖標左側自上而下的16個端口是其輸入信號端口，使用時連接到電路的測量點，圖標下部的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線設置為不同的顏色。波形的時間軸可以通過面板下邊的Clocks/Div欄（時基）設置。當波形密集時，可將時基設置小一點。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顯示指針處的時間讀數(shù)和邏輯讀數(shù)（16進制數(shù)），如圖3-29所示。403.時鐘控制設置單擊面板下部Clock區(qū)的【Set】按鈕，可以對波形采集的控制時鐘進行設置，如圖3-30所示。時鐘源選擇Internal，必須在內部時鐘頻率欄內輸入相應的頻率。Clockqualifier（時鐘觸發(fā)電平控制）的設置決定時鐘控制輸入端對時鐘的控制方式，只有在選中外部時鐘（External）時才起作用，若該位設置為1（或0），表示只有在時鐘控制輸入端輸入1（或0）時，邏輯分析儀才可以進行波形采集；若設置為X，表示時鐘總是開放，不受時鐘控制輸入端限制。41SamplingSetting區(qū)用于設置取樣方式，其中Pre-triggerSamples欄設置前沿觸發(fā)取樣點數(shù)；Post-triggerSamples欄設置后沿觸發(fā)取樣點數(shù)；ThresholdVoltage（V）欄設置觸發(fā)門限電平。圖3-29讀取測量圖3-30時鐘控制設置圖3-31觸發(fā)模式設置424.觸發(fā)模式設置邏輯分析儀的觸發(fā)方式有多種選擇，單擊Trigger區(qū)的【Set】按鈕可以進行觸發(fā)模式設置，如圖3-31所示。選擇觸發(fā)時鐘沿，有上升沿（Positive）、下降沿（Negative）和任意邊沿（Both）三種選擇。觸發(fā)模型有A、B、C三個觸發(fā)字模型和觸發(fā)組合，每個觸發(fā)字有16位，觸發(fā)字的某一位設置為“X”時表示該位為“任意”（0或1），三個觸發(fā)字的默認值均為“XXXXXXXXXXXXXXXX”。Triggerqualifier（觸發(fā)電平限制）對觸發(fā)有控制作用，若該位設置為“X”，則觸發(fā)控制端不起作用；若該位設置為0（或1），則僅當觸發(fā)控制端輸入信號為0（或1）時，觸發(fā)字才起作用。435.應用舉例利用邏輯分析儀分析如圖3-32所示的邏輯電路。其中字信號發(fā)生器產生0001～000F的字信號，輸出頻率為100Hz，通過邏輯分析儀觀察四個輸入端和輸出端的邏輯關系。返回圖3-32邏輯電路443.2.9邏輯轉換儀（LogicConverter）邏輯轉換儀是multiSIM軟件中特有的虛擬儀器，實際工作中不存在與之對應的設備。它能完成邏輯表達式、真值表和邏輯電路三者之間的相互轉換，為邏輯電路的設計與仿真帶來了方便，圖3-33是邏輯轉換儀