电子线路计算机辅助实验讲义

1、.电子线路计算机辅助设计实验讲义实验一 电原理图的创建及元件库、元件的使用一、 实验目的系统掌握EDA基本知识，包括软件的安装、熟悉Multisim 2001基本界面、电原理图的创建、元件库与元件的使用等。二、 实验仪器multisim2001软件 PC机三、 实验原理本实验通过一个具体实例掌握用户界面的定制、元器件选取、线路（含总线）的连接，子电路的创建以及文字描述框的设置等四、 实验内容1、 软件界面输入如下参考原理图，要求背景采用白底各种颜色文字、元件采用DIN标准或ANSI标准。图1 原始原理图2、 测出并记录三极管三个极的静态电压。测量三极管静态工作电压是对电路进一步分析的基础。通过

2、静态工作电压的测量，可以检查电路的连接情况。测量静态工作电压可以用虚拟万用表和元件库中的电压表测量，但必须对信号源进行屏蔽。而采用SPICE中的直流分析法，信号源是自动屏蔽的。要求同学们采用多种方法测量，并记录对比测量结果。3、 找电路的最佳静态工作点。记录最佳静态工作点时三极管三个极的电压。三极管工作有三个区域，饱和区，截止区和放大区。所谓最佳静态工作点，是指静态工作点设置在放大区的中点。如果工作点接近饱和区，则容易产生饱和失真。如果工作点接近截止区，则容易产生截止失真。利用虚拟示波器和傅立叶分析法定性和定量测试输出信号的失真情况。通过定量分析的结果，学会判别饱和失真和截止失真。4、 找电路

3、的动态范围，记录电路允许输入的最大电压值（有效值）。5、 找出电路中除三极管外，影响电压放大倍数的主要元件。要求记录对放大倍数有影响的元件，同时要求记录影响放大倍数元件的影响力大小（定性记录）。6、 去掉信号源和负载电阻，引入电路输入端口和输出端口，把上述电路变成一个具有同等功效的子电路，如下所示。图2 放置输入输出端口和变换子电路菜单图3 引入输入端口和输出端口的原理图图4 子电路7、 电路界面的设置图5 用户截面设置对话框之一图6 用户截面设置对话框之二8、 对子电路功效进行验证。连接如下验证电路。比较原电路和子电路的输出结果。图7 子电路验证电路五、 思考题1、 如何分析电路的频率响应？

4、2、 如何确定电路的输入电阻和输出电阻？实验二 虚拟仪器的调用与仿真一、 实验目的熟练掌握虚拟仪器的调用技术，包括数字万用表、函数信号发生器、瓦特表、示波器、波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真分析仪等。二、 实验仪器multisim2001软件 PC机三、 实验原理将用于电路测试任务的各种仪器逼真地与电原理图一起放置在软件操作界面上，进行各种实验，是本软件的特色。Multisim2001提供的11种常用的电子仪器，使得仿真实验规模完全能与一般实验室相比拟。虚拟仪器的面板、基本操作与实际仪器非常相似，测量结果可以直接加工处理。图1 multisim2001附带11种虚拟仪器四、

5、 实验内容1、 画出如下电原理图图2 电原理图2、 用虚拟示波器判断是放大器吗？如果是放大器，放大倍数是多少？有没有移相？移相是多少？用示波器和波特图仪两种虚拟仪器测出信号源频率为1Khz时的电压放大倍数、输出信号与输入信号的相位差。记录相关数据。图3 用虚拟示波器测试电原理图图4 用虚拟示波器测试的结果3、 改变信号源频率，观察和测试上述波形有无变化，如何变化？4、 用波特图仪测试是滤波器吗？如是，是什么类型的滤波器？截止频率是多少？图5 用虚拟波特图仪测试电原理图图6 用虚拟波特图仪测试结果5、 信号源用虚拟信号发生器代替，重做上述实验。6、 分析C1、C2对带宽的影响五、 思考题1、 用

6、波特图仪测试的时候，是否一定需要外加输入信号源？2、 虚拟信号源的三个输出端的选择与输出信号大小之间有什么关系？3、 波特图仪的横纵坐标初始值和最终值如何确定？实验三 基本分析方法的使用一、 实验目的熟练掌握SPICE分析方法，包括直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、参数扫描分析以及multisim的后处理功能等。二、 实验仪器multisim2001软件 PC机三、 实验原理在multisim2001中，启动simulate菜单中的analyses命令，即可以弹出如下子菜单。图1 基本分析方法菜单四、 实验内容1、 画出电原理图或调出实验二中保存的电原理图。图2 电原理图2、 用

7、参数扫描分析法分析R1的作用。（1）确定输出节点和要扫描的元件和参数（2）选择菜单命令Analysis / Parameter Sweep. 在弹出的对话框中设置需要分析的参数（3）选择分析的类型，可以是直流工作点、瞬态或交流频响分析（4）点击Simulate开始分析（5）记录R1对电压放大倍数的影响、对电路移相的影响、对截止频率的影响。画出测试结果图。图3 设置四种参数扫描分析方法中的某一种方法图4 选中需要分析的节点图5 分析结果显示3、 用参数扫描分析法同理分析R3、R4、C1、C2的作用及其影响力大小。记录相关数据。4、 在上述基础上分析如果要使截止频率变为800HZ，如何设置电路参数

8、？ 五、 思考题1、 为什么要显示节点？2、 如何区分与三个参数对应的三条曲线？3、 如何使读数精度提高？4、 如何确定放大器动态范围和判断放大波形是否失真？实验四：电路基本定理的PSpice描述一、实验目的1、 熟悉OrCADCapture设计环境，熟练掌握Capture的操作方法及环境参数的设置2、 熟悉PSpice的仿真功能，熟练掌握仿真参数的设置方法二、实验设备PC机、ORCAD软件三、实验原理1、Capture设计过程设置原理图设计环境新建Design Project and Schematic绘制原理图设计后续处理2、PSpice是电路级的仿真软件，整个流程如下：绘制原理图设置仿真

9、参数运行仿真观测并分析仿真结果四、实验内容（自选）（一）戴维南定理的运用戴维南定理描述：一个线性含源一端口电路，其外部特性可以用一个独立电压源与一个线性电阻的串联组合来等效。该独立电压源的电压等于此含源一端口处的开路电压，其电阻等于此含源一端口电路内所有独立源置零时，从端口处看进去的入端电阻。实验步骤：（OrCAD原理图绘制和PSpice仿真设计步骤见附录）1、 绘制电路图1-1。2、 先直接直流仿真求出R8的电压和电流大小，并记录。图1-13、 更改电路，测出a-a的断开电压。并求出从a-a向左看进去的等效电阻。（将原电路中的激励源全部去除，然后在a-a端设置一个大小为1A的电流源测出电压，

10、根据比值得出电路的输入电阻）4、 根据第3步的仿真结果把a-a左端电路进行等效。画出电路图。然后仿真测出等效电路中R8的电压和电流，并记录。5、 将第2步和第4步的结果相比较，得出结论。（二）诺顿定理的应用诺顿定理描述：一个线性含源一端口，其外部特性可以用一个独立电流源与一个线性电导的并联组合来等效。该电流源的电流等于此含源一端口电路在端口处的短路电流，其电导为此含源一端口电路各独立源置零时，从端口看进去的无源一端口电路的入端电导。1、 绘制电路图2，先直接仿真R5的电流，并记录。图1-22、将R5用一电感元件代替，因为在直流激励电路图中电感元件等效于短路。运行仿真的出短路电流，并记录。3、将

11、电路中的激励源全部去掉，电流源短路，电压源开路，将电阻R5去掉，换上一个电流源Is，值为1A，电流源两端电压与Is的比值就是等效电阻的大小。仿真并记录。4、利用第2、3步的短路电流和入端电导求R5的电流。（画出电路图，记录仿真结果）。5、比较第1和第4步的结果，验证诺顿定理的正确性。（三）正弦电路的串联谐振1、绘制电路图1-3，判断电路是否处于谐振状态。计算电容电感电阻的电压值。2、仿真观测V1的电压波形，电感和电容的电压波形及大小，并记录。3、仿真观测电阻的电压波形和大小，并与第1步的计算值比较。图1-3五、思考题 1、写出用PSpice进行电路仿真的步骤。附录：绘 制 电 路 图一、 Ca

12、pture操作环境Capture有三个主要工作窗口：专案管理视窗：管理与原理图相关的一系列文件，相当于资源管理器。Schematic窗口：原理图窗口，相当于一张图纸。信息查看窗口（Session Log）：用于显示相关操作的提示或出错信息。信息查看窗口Schematic窗口专案管理视窗二、 Capture设计参数设置Capture的环境参数包括：系统属性及设计模板两大类。系统属性包括(Options>Preferences)：Colors/Print：color settingGrid Display：set grid display modePan and Zoom：设置放大与缩小的倍

13、数Select：select mode settingMiscellaneous：others setting such as Line StyleText Editor：set something about text editor系统设计模板参数包括(Options>Design Template)：Fonts：set all kinds of fontTitle Block：标题栏内容的设定Page Size：要绘制的图纸大小Grid Reference：边框的设定与显示Hierarchy：设置阶层的属性SDT Compatibility：与SDT文件兼容性的设置三、 新建Proj

14、ect(create a design project)Capture的Project是用来管理相关文件及属性的。新建Project的同时，Capture会自动创建相关的文件，如DSN、OPJ文件等，根据创建的Project类型的不同，生成的文件也不尽相同。根据不同后续处理的要求，新建Project时必须选择相应的类型。Capture支持四种不同的Project类型。在菜单栏中选择file>new>Project：Analog or Mixed-signal Circuit 本工程以后将进行数/模混合仿真PC Board Wizard 本工程以后将用来进行印刷版图设计Program

15、mable Logic Wizard 本工程以后将用于可编程器件的设计(在9.2版本已经不支持)Schematic本工程只进行原理图设计Name：The name of projectLocation：The save path of project四、 开始绘制电路图新建project后，进入Schematic窗口，则在窗口右边会出现下图的工具栏：Place partPlace wirePlace net namePlace BusPlace junctionPlace power放置阶层放置端口放置分页图纸间的接口Place gnd放置阶层引脚绘制无电气性质符号添加文字指示管脚不连接放置总

16、线引出管脚1、 Place part（放置器件）在Capture中，调用器件非常方便，即使您不清楚器件在库中的名称，也可以很容易查找并调出使用。使用Capture CIS还可以让您通过Internet到Cadence的数据库（包含1万多个器件信息）里查找器件。点击Place part快捷按钮或点击place>part将调出如下对话框：当前使用的库当前使用库中的器件要选择的器件实时显示当前选中器件的外形搜索器件删除当前库中选中的库添加库到当前库中 点击part search按钮，调出下面的器件搜索对话框：搜索的内容，支持*号统配符搜索的结果搜索的目标路径，即只搜索此路径下的库文件中的器件

17、2、 连线及放置数据总线(Place wire or bus)点击Place wire(或place bus)按钮进入连线（或放置数据总线）状态，此时鼠标变成十字形，移动鼠标，点击左键即可开始连线（或放置数据总线）。连线时，在交叉而且连接的地方会有一个红点提示，如果你需要在交叉的地方添加连接关系，点击place junction，把鼠标移动到交叉点并点击左键即可。放置数据总线后，点击place bus entry按钮放置数据总线引出管脚，管脚的一端要放在数据总线上。3、 放置网络名称(place net name)点击place net alias按钮，调出place net alias对话框

18、，在alias对话框中输入要定义的名称，然后点击OK退出对话框，把鼠标移动到你要命名的连线上，点击鼠标左键即可。注意：数据总线与数据总线的引出线一定要定义网络名称。4、 放置电源和地(place power or GND)点击Place power（或Place GND），调出如下对话框：原理图上power或GND的网络名称Power及GND的种类图形符号5、 放置阶层及阶层管脚对于一张大的原理图来说，通常都是把它分割成多个模块，再对子模块进行。Capture支持采用阶层的方式来设计，即用一个方块来代替一个功能模块，进入阶层时，Capture会自动把阶层的管脚关系引入到阶层原理图里。点击Pla

19、ce Hierarchical Block，调出如下对话框：与PCB相关，即是否当成一个器件阶层模块的类型：Schematic ViewVHDLEDIFProjectPspice ModelPspice Stimulus阶层模块包含的原理图的文件名即存储路径阶层模块包含的原理图名称阶层模块在原理图上的编号 放置好阶层后，接下来就是放置阶层的管脚。放置阶层管脚时，必须保证阶层被选中。点击Place Pin，调出下示对话框：对于数字电路，阶层管脚是否数字总线阶层管脚的类型阶层管脚的名字6、 放置端口与分页图纸间的接口点击Place Hierarchical Port(或place Off-page

20、 connector)放置端口(或分页图纸间的接口)，调出如下对话框：库中的器件图纸上的名称图形符号 对于端口，不同端口之间的区别在于其类型的不同，它的类型可以从它的TYPE属性中得知，双击端口或选中端口并点击右键在弹出菜单中选择Edit Properties，调出如下窗口：7、 添加文字(place text)点击place text按钮，系统弹出如下对话框：文本内容如果文本要分行，请按Ctrl+Enter键更改文本的字体及颜色 五、 原理图绘制后续处理原理图绘制好之后，接下来就是对电路图进行DRC检测，生成网表及材料清单。PSpice仿真分析：一、 绘制原理图原理图的具体绘制方法已经在Ca

21、pture中讲过了，下面主要讲一下在使用PSpice时绘制原理图应该注意的地方。1、 新建Project时应选择Analog or Mixed-signal Circuit2、 调用的器件必须有PSpice模型首先，调用OrCAD软件本身提供的模型库，这些库文件存储的路径为CaptureLibrarypspice，此路径中的所有器件都有提供PSpice模型，可以直接调用。其次，若使用自己的器件，必须保证*.olb、*.lib两个文件同时存在，而且器件属性中必须包含PSpice Template属性。3、 原理图中至少必须有一条网络名称为0，即接地。4、 必须有激励源。原理图中的端口符号并不具有

22、电源特性，所有的激励源都存储在Source和SourceTM库中。5、 电源两端不允许短路，不允许仅由电源和电感组成回路，也不允许仅由电源和电容组成的割集。 解决方法：电容并联一个大电阻，电感串联一个小电阻。6、 最好不要使用负值电阻、电容和电感，因为他们容易引起不收敛。二、 仿真参数设置1、 PSpice能够仿真的类型 在OrCAD PSpice中，可以分析的类型有8种，其中五种分析类型的定义如下：直流分析：当电路中某一参数（称为自变量）在一定范围内变化时，对自变量的每一个取值，计算电路的直流偏置特性（称为输出变量）。交流分析：作用是计算电路的交流小信号频率响应特性。噪声分析：计算电路中各个

23、器件对选定的输出点产生的噪声等效到选定的输入源（独立的电压或电流源）上。即计算输入源上的等效输入噪声。瞬态分析：在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应。基本工作点分析：计算电路的直流偏置状态。2、 建立仿真描述文件在设置仿真参数之前，必须先建立一个仿真参数描述文件，点击或PSpice>New simulation profile，系统弹出如下对话框：调用以前Profile的参数设置Profile的名称 输入name，选择Create，系统将接着弹出如下对话框：在Analysis type中，你可以有以下四种选择： Time Domain(Transient)：时域(瞬态)分析

24、 DC Sweep：直流分析 AC Sweep/Noise ：交流/噪声分析 Bias point：基本偏置点分析在Options选项中你可以选择在每种基本分析类型上要附加进行的分析，其中General Setting是最基本的必选项（系统默认已选）。3、 设置和运行DC Sweep 点击或PSpice>Edit Simulation profile，调出Simulation Setting对话框，在Analysis type中选择DC Sweep，在Options中选中Primary Sweep，如下所示：Sweep variable：直流扫描自变量类型 Voltage source：

25、电压源 Current source：电流源必须在Name里输入电压源或电流源的Reference，如“V1”、“I2”。 Global parameter：全局参数变量 Model parameter：以模型参数为自变量 Temperature：以温度为自变量 Parameter：使用Global parameter或Model parameter时参数名称Sweep type：扫描方式 Linear：参数以线性变化 Logarithmic：参数以对数变化 Value list：只分析列表中的值 Start：参数线性变化或以对数变化时分析的起始值 End：参数线性变化或以对数变化时分析的终止

26、值 Increment、Points/Decade、Points/Octave：参数线性变化时的增量，以对数变化时倍频的采样点。4、 设置和运行AC Sweep点击或PSpice>Edit Simulation profile，调出Simulation Setting对话框，在Analysis type中选择AC Sweep/Noise，在Options中选中General Settings，如下所示：AC Sweep Type：其中参数的含义与DC Sweep的Sweep Type中的参数含义一样。Noise Analysis：噪声分析 Enabled：在AC Sweep的同时是否进行

27、Noise Analysis。 Output：选定的输出节点。 I/V：选定的等效输入噪声源的位置。 Interval：输出结果的点频间隔。注意：对于AC Sweep，必须具有AC激励源。产生AC激励源的方法有以下两种：一、调用VAC或IAC激励源；二、在已有的激励源（如VSIN）的属性中加入属性“AC”，并输入它的幅值。对于Noise Analysis，选定的等效输入噪声源必须是独立的电压源或电流源。分析的结果只存入OUT输出文件，查看结果只能采用文本的形式进行观测。5、 设置和运行瞬态分析(Time Domain(Transient)点击或PSpice>Edit Simulation

28、 profile，调出Simulation Setting对话框，在Analysis type中选择Time Domain(Transient)，在Options中选中General Settings，如下所示：Run to：瞬态分析终止的时间Start saving data：开始保存分析数据的时刻Transient options：Maximum step：允许的最大时间计算间隔Skip the initial transient bias point calculation：是否进行基本工作点运算Output file Options：控制输出文件内容，点击后弹出如下对话框：是否详细输出

29、偏置点的信息是否进行傅立叶分析在OUT文件里存储的数据的时间间隔Output：用于确定需对其进行傅里叶分析的输出变量名。Number of Harmonics：用于确定傅里叶分析时要计算到多少次谐波。Pspice的内定值是计算直流分量和从基波一直到9次谐波。Center：用于指定傅里叶分析中采用的基波频率，其倒数即为基波周期。在傅里叶分析中，并非对指定输出变量的全部瞬态分析结果均进行分析。实际采用的只是瞬态分析结束前由上述基波周期确定的时间范围的瞬态分析输出信号。由此可见，为了进行傅里叶分析，瞬态分析结束时间不能小于傅里叶分析确定的基波周期。实验五 电路板的设计 一、实验目的：1、巩固OrCA

30、DCapture设计环境 2、熟悉电路板的设计流程二、实验仪器：PC机，ORCAD软件三、实验原理：电路设计首先是绘制电路图，也就是根据所要制作专题的目标与规格，尽可能使用最普及的元件、最单纯的电路，以达到目的。第二步是进行电路仿真，就是利用如PSpice的电路仿真软件，对第一个阶段所绘制的电路图进行数字及模拟仿真，验证电路的功能及各项反应，以判断该电路的可行性。第三步则是进行电路板布线，就是利用如OrCAD Layout Plus的电路板设计软件，对第一阶段所绘制的电路图进行电路板布线。如图1所示。绘制电路图进行电路仿真正确？设计电路板YesNo图1Layout Plus打开文件程序的第一步

31、是载入板框文件（*.tpl）或技术文件(*.tch),这是程序所提供的设计环境与运用策略，也可直接选用程序预设文件（Default）。第二步是载入网络表，也就是把我们所画的电路图导入电路板的途径。第三步就是把它存成电路板文件（*.max），顺利进入Layout Plus电路板编辑窗口。如图2（a）所示。电路板的编辑程序，首先是绘制板框，即定义元件与走线活动范围。然后是元件布置，这是电路板设计中，相当关键性的动作。元件布置的好坏严重影响电路板的布线成功率与该电路板的电气性能。最后是自动步线，如果自动走线不能达到百分之百成功的话，或走线不很理想，则得手工编辑。当走线编辑完成后，则可存盘及输出（打印

32、）。如图2（b）所示。载入板框或技术文件载入网络表保存电路板文件绘制板框摆放文件自动布线与后续作业图2（a） 图2（b）四、实验步骤：（一）、准备工作1在Capture CIS 中绘制如下电路图，并仿真。求出R5中的电流。2编辑元件属性，在Edit Properties菜单中编辑元件封装属性。 3生成Netlist 在Capture中的专案管理视窗下，点击按钮或Tools>Creat Netlist4 启动Layout，如下所示：5 启动File>New命令或按钮6 指定所要启用的板框文件(*.tpl)或技术文件(*.tch)7 指定所要载入的网络表文件（*.nml）8 存成电路板

33、文件(*.max)9 给你的器件查找并定义封装（如果第二步没做或者有问题则会要求定义封装） Layout调入Netlist时，会自动运行AutoECO，检测Layout的Library中是否有器件的封装，如果没有，可以通过Link existing footprint to component来连接封装。如下所示： （二）、零件布局调入网络表后，零件将随着纲路档案的载入而散布在编辑区里，紧接着，依下列步骤进行自动零件布置：1、 定义板框。首先切换到Global Layer层（按0键），然后按钮，进入放置物件状态，再以画框的方式，直接在编辑区里画板框。2、 再指向所要绘制板框的起点，按鼠标左键，

34、再拉开光标，即可展开一条线。再按鼠标左键，将线条固定，再打开光标，即可展开一个三角形，再按鼠标左键，将该三角形固定，再拉开光标，即可展开成一个矩形。按鼠标左键，将该举行固定。如果板框已定义完毕，则按鼠标右键，拉开快捷菜单，选取End Command命令即可。3、 板框定义完成后，启动Auto>Place>Board命令，程式即迅速布置零件。（三）、自动布线零件布置完成后，只要启动Auto>Autoroute>Board命令，即可进行自动布线。（四）、输出Layout Plus的打印可分为校对用的打印印及精细的输出，校对用的打印是将各板层重叠在一起打印输出，当我们要进行叠

35、印时，则File>Print/Plot启动命令，然后在随即出现的对话盒中，选择打印选项，再按ok钮即可打印。如果要进行精细的打印或分板层输出的话，则启动Options> Post Process命令，然后在随即出现的表格中，选择所要打印的板层，再点击鼠标右键，在弹出菜单中选取其中的Plot to Print Manager命令，即可打印选中的板层。(五)、手工布线要求：（1）改变电阻R1和R2的位置。 （2）改成两层的布线。 （3）R1、R3的布线宽度为18-20mil。加权值为99。上面采用程序默认的技术文件（Default.tch），就是四层板的布线，除了顶层、底层，还有两个内层。由于例子简单，可以重新手工编辑电路板。1、 拆除布线设置PCB板层，要求PCB没有布线。这就需要拆除布