数字电路的软件仿真Multisim的应用.ppt

第十章 数字电路的软件仿真 Multisim 10的应用,10.1 概述,10.2 基本操作方法,本章小结,10.3 实验电路生成方法,10.4 数字电路仿真,10.5 仿真模式设置,10.6 模拟电路仿真,学习目标 了解EDA软件的功能 了解构建仿真电路的基本过程 了解虚拟设备与仿真,Multisim10具有以下主要特点：,1集成化、一体化的人性设计环境,2界面友好、操作简单,3真实的仿真平台,4分析方法多而强,5. 可以跨平台作业,10.1.1 功能与特点,10.1 概述,10.1.2 运行环境要求,如果计算机系统配置较低，则Multisim10启动较慢，但运行以后就正常了， 但如果内存偏小，图形仿真时要经常清理Grapher View中Pages（缓存）， 否则计算机很容易Down机的。,10.1.3 汉化方法,Multisim10 目前没有官方的汉化版本，有一些不是很专业的汉化软件，由于汉化软件并非专业，翻译的内容不是很准确，因此汉化后软件菜单与实际内容会有一定的差异，建议用原版软件，同时安装一个可以在线翻译的程序，借助于在线翻译软件，可以大致了解专业词汇，还可以熟悉一下专业英语。,10.2 基本操作方法,10.2.1 工作界面构成,10.2.2 软件菜单,10.2.1 工作界面,10.2.2 软件菜单,1. 主菜单： 包含软件所有操作和功能,菜单项目及功能,2. 主元器件菜单：(Components) 元器件放置菜单,主元器件每一项菜单都是个类别，其中有许多同类型器件可供选择。,3. 仪器仪表菜单：(Instruments) 虚拟仪器汇总,10-5 仪器仪表菜单介绍,4. 主菜单各栏目, 文件管理,文件管理主要是 对软件新建、调 用等软件基本工 作项目的管理。,与大多软件一样，程序内部有许多仿真 样例可供参考，建议首次使用者，首先 调用样例进行参考模拟。 这样将会事半功倍。,打开示范文件, 文件编辑,电路(元件) 属性查看修改,鼠标右键菜单, 电路查看,查看图形仿真结果：Grapher View, 元器件 (PLACE)放置菜单,元器件放置有几种方法：,从器件放置菜单中选择对应项后再选 定器件型号；,从软件快捷项（工具栏中共有12项与 元器件有关项）中直接选取。,节点,从Place菜单项放置器件、节点、连接线,从Components等快捷菜单选取、放置器件,各类元器件汇总,MCU,绘图工具,虚拟器件,电源器件,晶体管,信号源,测量元件,混合器件,基本器件,特定器件,二极管, MCU编辑菜单,MCU选取菜单, 电路仿真运行菜单,后处理,电路仿真菜单设置, 电路转换,转换到Ultiboard 10,转换到Ultiboard 9,输出至PCB,注释到Ultiboard 10,注释到Ultiboard 9及以前版本,从Ultiboard 写回注释,高亮Ultiboard 选项,输出电路网络表, 工具箱, 电路参数列表,网络清单, 参数设置选项, 窗口设置菜单, 帮助菜单,10.3 实验电路生成方法,10.3.1 选择元器件：（Select a Component）,元器件搜索菜单,10.3.2 设置电源、信号源、接地端,Miltisim10有多种电源、信号源、受控信号源，接地有模拟地 、数字地 ，如果一个仿真电路中没有一个参考的接地端（0节点），电路将无法进入模拟、仿真运行状态。连接在接地端的网络（Net Name）缺省值都是0（节点）。,10.3.3 元器件之间连接,Multisim10元器件引脚连接线是自动产生的，当鼠标箭头在器件引脚(或某一节点)的上方附近时，会自动出现一个小十字节点标记，按动鼠标左键连接线就产生了，将引线拖至另外一个引脚处出现同样一个小十字节点标记时，再次按动鼠标左键就可以连接上了。如果要得到折线，就必须在连接线直角处拖动引线产生折线，如下图所示圆圈处为拖动点。,在空白处，快速点击鼠标左键两次就是节点； 用快捷键Ctrl+J，然后点击鼠标左键一次，也 可放置一节点； 用Ctrl+T，可以在空白处添加文字； 用Ctrl+T，可以打开元器件放置菜单； 用Ctrl+R，可旋转器件； 用Alt+X， 可依水平翻转器件； 用Alt+Y， 可以垂直翻转器件,快捷键的使用,10.3.4修改器件属性和参数,器件参数显示数值调整过程,元器件参数数值显示位置的修改是为了图面 个性化显示的需要，也为了图面清晰整洁。,提取器件逻辑符号， 获取器件方法简要说明,10.3.5 电路规则检查,如果程序运行出现故障，可以在Tools菜单项中运行Electrical Rules Check，得到错误标记和提示。,10.3.6 选择测试仪器仪表,要取得电路仿真结果，就需要选择合适的测试仪器仪表，以获取仿真的结果，从仪器仪表中得到的仿真的结果基本与实际测试结果一致。,如：TEK示波器、安捷伦仪器都是仿照实际设备设计的，如果想熟练掌握、运用这些仪器设备，最好找一本相关设备的说明书，在运用中才能得心应手。,10.4 数字电路仿真,10.4.1数字电路仿真的基本要求,（1）要熟悉器件,使用Multisim10对数字逻辑电路进行分析与设计，必须要掌握几点：,对已知器件可以直接调用，再按照原理图搭建电路后再进行分析和设计； 对不熟悉的器件应该从帮助菜单或器件属性修改界面的“Info”选项进入，查找器件的功能和使用方法，参照图10-31，或查找其它相关资料。,（2）选择、设置合适的信号源,用信号源、振荡电路均可产生连续的数字信号，也可用 开关、或对信号源、振荡电路设置产生控制脉冲信号。频率、 占空比等动态参数设置对于仿真结果起很大的作用。,正负脉冲信号源设置界面,三种综合信号发生器,(3)获取仿真结果形式：,直流工作点,电路参数值,图形有数码和波形两种,谐波分析,数据以文字方式为主,数据、图形,数字脉冲专用测试仪频率计， 包含脉冲的许多参数指标。,TEK四通道示波器。与实际示波器使用方法相似，可以参阅TEK同类型任意一款数字示波器的使用说明书，就可以大致了解TEK示波器使用方法了。,Agilent示波器。使用方法与TEK 示波器大同小异，唯一的区别是： Agilent示波器是MSO数模混用 示波器。有16个逻辑通道，2个模 拟通道。,TEK示波器,Agilent示波器,10.4.2 组合逻辑电路的仿真,（1）逻辑函数的化简,前面章节我们学过逻辑函数的化简，公式法和卡 诺图法。公式法可以对任意变量函数化简，但是化简 难度较大，卡诺图则对 4 变量以下逻辑函数的化简比 较方便，但是 4 变量以上的逻辑函数的化简则难度加 大了。在Multiism 10 中，逻辑函数的的化简就显得非 常的轻松，因为它有一个很实用的逻辑转换仪。 逻辑转换仪可以实现逻辑函数的化简，以及函数 几种表达式之间相互的转换。,下面介绍逻辑转换仪的使用：,逻辑转换仪,图10-45 逻辑转换仪界面,输入变量,逻辑函数化简过程公式法,逻辑变量输入端,A+C+D,化简,在此“ ”表示逻辑非,逻辑函数化简过程逻辑图函数式,分别将逻辑图中 输入 输出 接在逻辑转换仪上；,集成组合逻辑器件也可以用 逻辑转换仪得到函数表达式,（3）真值表函数表达式,（4）组合逻辑电路的分析与设计,已知函数表达式，逻辑转换仪可以直接给出逻辑图,组合逻辑电路逻辑测试“总线”应用,BUS1 74LS138输入波形 BUS1 74LS148输出波形 BUS2 74LS148输出波形,在组合逻辑测试电路中，为了简化逻辑图，在图中设 立了BUS1、BUS2两个总线，将相关的测试点接入总 线，这样逻辑图中就减少了逻辑连线。总线上可以挂 接任意连接点。,仿真电路中每一根导线都有一个网络（Net Name） 标号，只要网络的标号相同，导线就连接在一起。,10.4.3 时序逻辑电路的仿真,对时序电路的仿真，首先必须熟悉器件的功能及其 特点，功能表的使用方法见图 10-31 说明。下面以 实例说明：,【例10-1】用两种方式分别设计一个可以用BCD 显示器直接显示的24进制计数器。,以74290和74161为例实现,74290二-五-十进制计数器， 74161四位二进制计数器。,如果不熟悉器件，可以在器件属性信息栏（Info）上 搜寻器件的功能表及简要说明，如果说英文说明可能 理解有一点困难，但是功能表应不难理解。,功能说明,功能表,图中虚线框表示的是当计数到(24)D或(00100100)B 时产生置“0”（异步复位）信号的地方。,脉冲输入,023就是 24进制,用74LS290构成24进制计数器,74LS161是4位二进制 计数器，计数范围为 015，我们设计目标 是BCD码显示的24进 制计数器，个位显示 09，十位显示02。,【例10-2】 分析图10-58时序逻辑电路逻辑功能,10个CP,分析过程：先画出逻辑图，然后仿真，再读取数据。,十进制计数器,图10-59 状态变量输出波形,10.5 仿真模式设置,10.5.1 仿真启动与停止,启 暂 停 动 停 止,启/ 停 暂停,MCU运行、编辑操作,快捷键： F5运行/停止,带MCU控制功能仿真开关,Multisim 10 运行/停止 可以用菜单，也可以用快捷键。,普通开关,10.5.2 仿真模式 与仿真参数设置,所有仿真模式：,1. 直流工作点分析界面,设置完成后按仿真（Simulate),电路的静态工作点DC分析，对于模拟电路分析十分重要，不仅电路运行需要设置，而且可以通过DC分析求出电路的静态参数数据。,静态参数指： 输入为零 电容开路、 电感短路。,内部参数设置,内部参数设置界面,内部参数设置汇总,分析结果,直流工作点设置、分析过程,2. 交流分析,分析电路在小信号作用下的频率响应。,3. 瞬态分析,分析电路在时域范围内某一期间的响应。,4. 傅立叶分析,分析节点上信号的各次谐波含量（能量分布）。,5. 噪声分析,分析电路中的器件或电路本身的噪声大小。,图10-67,交流分析运行、设置界面,6. 噪声系数分析,通过一个噪声系数来描述电路中的器件或电路 本身的噪声大小。,7. 失真分析,分析某个节点输出信号线性、非线性失真 。,8. 直流扫描分析,分析电路的静态工作点参数随电源变化的情况。,分析电路中节点电压、电流对电路中元器件参数 的敏感程度。,9. 灵敏度分析,10. 参数扫描分析,扫描电路中元器件参数变化时对电路的影响。,分析当环境温度变化时对电路的影响。,11. 温度扫描分析,分析电路的等效传输函数在小信号时的零极点。,12. 零极点分析,分析电路中两个节点之间的传递函数或阻抗。,13. 传递函数分析,统计分析方法：分析电路最坏可能性，是电路 可靠性分析的助手。,14. 最坏情况分析,统计分析方法：分析参数在选定的误差范围内变化时对电路产生的影响。,15. 蒙特卡罗分析,仿真电路生成PCB印制板时，布线宽度是否合理。,16. 布线宽度分析,将上述的分析方法组合在一起。,17. 批处理分析,18. 用户自定义分析,用户扩展仿真分析功能。,10.6 模拟电路仿真,【例10-3】文氏振荡电路的仿真,文氏振荡电路，一般参数选好、电路连接正确了以后，都可以起振，如果 不能振荡，调节反馈电阻Key=A。,【例10-4】功率放大电路的分析、设计,信号源输入信号，示波器检测功率输出结果，参数扫 描分析为辅助调节工具，对几个关键的参数依次调节， 最终得到比较满意的输出波形。但是得到的参数还必 须做一个标准化处理。比如实际电阻值是有规格的。,原始输出波形：有失真,本章小结 本章介绍了Multisim 10 电路虚拟仿真软件的 框架以