EDA软件及应用实验讲义

PAGEPAGE25实验一multisim2001基本界面实验目的掌握放置元器件的方法；掌握基本的界面设置；掌握通过修改参数调试电路图。实验仪器微机一台。实验原理通过单击桌面开始菜单程序组中的“Multisim2001”，即可启动主程序进入Multisim2001运行环境下的工作界面。Multisim2001提供了多个功能完备的工具栏，如下图所示。Multisim2001还提供了强大的元器件库。适当的虚拟仪器有助于仿真，这也是Multisim的一大特性，虚拟仪器如下图所示。Multisim2001常用的快捷菜单有五种，分别是右击元器件或仪器、右击导线、右击工作区空白处、右击工作区窗口垂直滚动条区域和右击工作区水平滚动条区域产生的快捷菜单。通过使用快捷键进行电路的创建、编辑和仿真等操作，非常方便灵活。实验内容创建电压控制正弦波振荡器电路输入信号是方波，其频率为250Hz、幅值为1V、占空比为50%，而电压控制正弦波振荡器的设置为：Outputpeaklow为0.2V，对应正弦波频率为1kHz，Outputpeakhigh为1V，对应正弦波频率为3kHz。方波倍频器电路输入为方波信号、频率为1kHz、幅度为2.5V，占空比为50%。要求仿真测量输入和输出信号，并观察调整R2与输出信号占空比变化情况。

在此图基础上添加函数信号发生器和示波器才可以正确。另外电容值不正确，需要修改。让学生在调试中自行学会修改的方法。通过此图的搭建，学生还需要学会导线和元器件的参数设置。实验心得实验二、multisim2001模拟电路的应用实验目的能够快速找到元器件所在库；掌握搜索元器件的方法；掌握直流、交流、瞬态分析方法。实验仪器微机一台实验原理直流工作点分析是将电路中的交流电源置零、电感短路、电容开路，求解出恒定激励条件下电路的稳态解，即静态工作点。它是进行电路分析的基础，如进行交流频率分析时，系统会自动先进行直流工作点分析，再进一步完成其他分析功能。在该对话框中，有三个标签页，分别是Outputvariables（输出节点选择）、MiscellaneousOption（杂项）和Summary（汇总）。

Outputvariables标签页的作用是选择用于测试分析的变量（或节点）。

MiscellaneousOption标签页列出了与仿真有关的所有其他分析选项，用户可自定义设置。

Summary标签页给出了前两个标签页分析设置后的汇总报告。

交流分析是一种线性化的分析方法，它是在计算直流工作点的基础上，对电路中的非线性器件做线性化处理，得到线性化的交流小信号等效电路，最后得到电路的幅频特性和相频特性。在交流分析过程中，无论输入端是三角波，还是方波，均被处理成正弦波。共有四个标签页，其中三个与直流分析选项的相同，因此不再赘述，这里只介绍FrequencyParameters标签页。FrequencyParameters标签页中，有五个选项，其中Startfrequency选项用来设置起始频率、Stopfrequency选项用来设置终止频率、Sweeptype用来选择扫描类型（Decade为十倍程扫描、Octave为八倍程扫描、Linear为线性扫描，共三种）、Numberofpointsperdecade选项用来设置每十倍频率的取样数量、Verticalscale选项用来设置纵轴刻度（Decibel为分贝、Octave为八倍、Linear为线性和Logarithmic为对数）。瞬态分析是一种非线性电路分析方法，可用来对信号进行时域响应的求解。应用瞬态分析时，即使电路中没有激励信号源，仍然可以依靠电路中的储能元件（如电感或电容）进行电路分析。

在进行瞬态分析时，要求给定一个时间范围，Multisim2001软件会在这个时间范围内，按照合理的时间步长，计算测试点在每个时间点的输出电压。瞬态分析一般用来分析电路中某个节点的电压波形，当然还可以计算波形的周期或频率。

(1)

InitialConditions区：设置瞬态分析的初始条件。这些条件包括Automaticallydetermineinitialconditions（系统自动设置初始条件）、Settozero（初始值为0）、Userdefined（用户自定义初始值）和CalculateDCoperatingpoint（通过计算DC工作点得到初始值）。

(2)

Parameters区：设置时间范围和步长。这些选项包括Starttime（起始时间）、Endtime（终止时间）、Maximumtimestepsetting（用来设置时间步长）。

四、实验内容搭建下图所示电路，进行直流工作点分析，交流和瞬态分析，检测是否失真。发现波形有严重的失真，可在发射极再串接一个反馈电阻R6，改善输出波形，以消除失真。

注：学生在实际设计中也可以选择其他电路图，只要会分析直流工作点，掌握修改参数的方法，会观察瞬态波形即可。五、实验心得实验三、Multisim2001数字电路的应用一、实验目的能够利用Multisim2001验证并且设计已学的数字电路。二、实验仪器微机一台三、实验原理Multisim2001里面有大量的数字集成电路，如下图所示。适当的调用这些元器件，几乎可以仿真所有的基本数字电路，提升学生的设计能力。四、实验内容通过计数器和16进制显示器设计任意进制计数器。搭建上图，熟悉计数器的设计方法。在上图真确基础上，通过修改，设计0~15范围内的任意进制计数器。然后通过下面2图任选1设计24进制小时计数器。五、实验心得实验四Protel的基本操作实验目的了解protel各个菜单和工具的作用，掌握基本界面设计，掌握元器件库的安装与删除。实验仪器微机一台实验原理Protel2004已不再是单纯的PCB设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH（原理图）设计、SCH仿真、PCB设计、AutoRouter（自动布线器）和FPGA设计等五部分，涵盖了以PCB设计为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓扑自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。1、Protel2004的设计环境Protel2004启动之后的主窗口界面如下图所示，可以分为菜单栏、工具栏、工作区、工作区面板四个部分。Protel2004的菜单栏包括DXP、File、View、Favorites、Project、Window、Help七个下拉菜单项。如果系统进入原理图或PCB设计系统，菜单栏会有所变化。菜单下面就是系统工具栏。在没有文件打开时，依次为新建、打开、设备浏览和帮助工具栏。打开不同的文件时，默认的工具栏会有所不同，也可以进行工具栏的设置（DXP|Customize或View|Toolbars|Customize工具），显示自己想要的工具栏。界面中间的区域为工作区。工作区主页上以快捷图标的方式列出了常用的命令，给用户带来了极大的方便。这些命令包括两部分：PickaTask（选择一个任务）和OrOpenaProjectorDocument（打开一个工程或文档）。Protel2004大量使用了控制面板，用户可以很方便地实现各种操作。控制面板的这些操作在菜单里都可以找到，只不过放在控制面板里操作起来更加方便。根据打开文件的状态不同，控制面板也会有所差异。控制面板分为三个部分，分别是：Files（文件）、Projects（工程）和Navigator（导航器）。Protel2004允许用户自行定义设计环境。每个人的喜好各不相同，一个合适的设计环境将使用户的设计工作更加得心应手。Protel2004的环境设定是通过系统参数的修改来实现的，其操作界面从DXP|Preferences打开。2、Protel2004的文件管理基本的文件操作包括文件的创建、添加和删除、更名、剪切、粘贴和复制、文件导入和导出。执行菜单命令file/new，然后选择要创建的文件类型即可。注意在创建文件前要先建工作区，在此工作区下新建工程文件，或者新建工程文件后再加入这个工作区，最后在工程文件下新建或者添加设计文件，包括原理图文件、PCB文件等。当工作区中有多个工程文件时，只能有一个处于激活状态，该工程文件名成深蓝色。原理图设计步骤新建原理图包括新建原理图文件、图纸设置、加载元件库和保存文件等操作。绘制原理图即从所加载的元件库中，取出所需的元件，放置到设计图中，并定义元件的各种属性（如序号、封装等）。然后利用Protel提供的各种工具（如导线、网络标号、端口标号和电气连接点等）按设计要求连接设计图中的各种元件，从而构成一个完整的原理图。最后，对原理图进行适当调整和修改，使其更加美观。原理图后处理包括原理图的检查和编译、生成原理图报表文件以及原理图的打印等。文档参数设置针对具体的电路设计，需要在绘制原理图之前对当前原理图文件进行参数设置，也可以在原理图绘制编辑过程中根据实际需要随时修改这些设置。选择Design/DocumentOptions菜单，或者在当前文件空白处点击右键选择Options中相关选项，可以打开文档参数设置对话框。工具栏介绍原理图绘制界面下的工具栏主要有Formatting(格式工具栏)、混合信号MixedSim（仿真工具栏）、Navigation（导航工具栏）、SchematicStandard（原理图标准工具栏）、Utilities（实用工具栏）和Wiring（布线工具栏）。通过View/Toolbars菜单可以打开或关闭这些工具栏。工具栏中每一个工具按钮的功能一般都有菜单功能与其对应，但工具栏使用更加方便快捷，能有效地提高工作效率。6、环境参数设置通过菜单Tools/SchematicPreferences命令可以打开原理图的环境参数设置。7、元件库操作系统自带的库文件放置在Protel安装目录下的Library文件夹下。该文件夹下有很多以厂家命名的子文件夹，不同生产厂家的元器件被保存在相应的子文件夹中。而每个厂家的器件又以器件类别分类放置在不同库文件中。如在Library文件夹，IR公司的器件放置在“InternationalRectifier”子文件夹中，打开该文件夹，有一个名为“IRInterfaceBridgeDriver”的库文件，该库文件包含有该公司桥式整流驱动芯片。在开关电源驱动电路中广泛使用的芯片IR2110就在该库文件中。根据这一规律，我们在查找库元件时，可以先根据厂商分类找到所在的文件夹，然后根据器件类型查找相应的库文件。如果不知道所需的元件在哪个元件库中，则可执行查找元件的操作。单击元件库管理器中的Search按钮，系统将弹出元件查找对话框。或者执行菜单Tools/FindComponent命令，也可弹出该对话框。在该对话框中，可以设定查找对象和查找范围。该对话框的使用操作方法如下。实验内容首先执行菜单File/New/DesignWorkSpace先建立一个工作区文件。选择File/SaveDesignWorkSpace或File/SaveDesignWorkSpaceAs保存工作区文件，新建的默认的工作区文件名为Workspace1.DsnWrk，在保存的时候也可以重新命名。本例将新建的工作区文件命名为Example.DsnWrk，保存在E:\EDA文件夹下。执行菜单File/New/Project/PCBProject，建立一个空白的工程文件。默认的文件名是PCB_Project1.PrjPCB。选择File/SaveProject或File/SaveProjectAs，将工程文件以文件名SPMS.PrjPCB保存在E:\EDA文件夹下。通过下图的绘制掌握protel的基本操作。五、实验心得实验五简单原理图设计一、实验目的1、掌握元器件的放置、调整、编辑，2、掌握原理图的连线，2、掌握简单原理图的设计方法。二、实验仪器微机一台实验原理1、放置元器件放置元器件就是将原理图中所涉及到的元器件，从元件库中找到，并放置到原理图图纸上，放置元器件有三种方法：通过放置元件对话框、通过元件库浏览器和通过工具栏。在绘制原理图时，可以先将元器件找到，放置到图纸上，此时先不用管元件编号属性和位置，待所有元件均放置完毕后，再分别调整。通过菜单Place/Part命令，或者在原理图空白处单击鼠标右键选择Place/Part命令，或者直接单击布线工具栏上的按钮。如果元件所在的元件库不是默认的元件库，就需要选择元件库。单击下图右上角的按钮可以打开图2浏览元件库对话框。对话框中的Libraries下拉列表中有已经导入的所有元件库，用户可以通过下拉列表选择。或者单击浏览按钮加载新的元器件库。同时用户也可以单击Find按钮打开查找对话框查找元件。单击PlacePart中的OK按钮，将鼠标移至原理图图纸上，此时就会出现元器件的虚影跟随光标移动，将光标移动到合适的地方，单击鼠标左键，完成元件的放置。通过Utilities工具栏的常用元件子菜单也可以实现元件的放置。常用元件子菜单为用户提供了常用规格的电阻、电容、与非门和寄存器等元件，可以方便用户绘制这些元器件。图1图22、元件位置的调整移动元件最直接的方法就是将光标移动到元件中央，按住鼠标，元件周围出现虚框，拖动元件到合适的位置即可。也可先选择对象，然后用鼠标拖动对象到合适的位置。要同时移动多个元件，就必须先选中这些元件，然后拖动其中任何一个元件，就可将所选对象整体移动到合适的位置。其他对象，如线条、文字标注等，其移动操作方法类似。菜单Edit/Move下有一些关于元件移动的子菜单命令，Drag：用于拖动元件。用此命令移动元件时，元件上的所有连线也会跟着移动，不会断线。执行该命令前，不需要选取元件。执行该命令后，光标变成十字状，在需要拖动的元件上单击一下鼠标，元件就会跟着光标一起移动，将元件移动到合适的位置。再单击一下鼠标即可完成此元件的重新定位。Move：用于移动元件。但它只移动元件，与元件相连接的导线不会随着一起移动，操作方法同Drag命令。MoveSelection和DragSelection：与Move和Drag命令相似，只是它们移动的是选定元件，通常用于多个元件的移动操作。MoveToFront：在最上层移动元件，它的功能是移动元件，并且将它放在重叠零件的最上层，操作方法同Drag命令。RotateSelection：将选中的元件进行逆时针旋转。RotateSelectionClockewise:将选中的元件进行顺时针旋转。BringToFront：将元件移动到重叠元件的最上层。执行该命令后，光标变成十字状，单击需要层移的元件，该元件立即被移动到重叠元件的最上层。SendToBack：将元件移动到重叠元件的最下层。BringToFrontOf：将元件移动到某元件的上层。执行该命令后，光标变成十字状，单击要层移的元件，该元件暂时消失，光标还是十字状，选择参考元件，单击鼠标，原先暂时消失的元件重新出现，并被置于参考元件的上面。BringToBackOf：将元件移动到某元件的下层，操作方法同BringToFrontOf。在菜单Edit/Align下，有一系列的元件排列和对齐命令。这些菜单命令为多个元件的位置调整提供了更加高效的方法。这些菜单的使用方法都类似，即先选择要操作的对象，然后执行这些菜单命令，即可完成操作。3、元件的编辑放置元件时，在真正将元件放置在图纸之前，按下Tab键即可打开属性对话框。如果元件已经放置在图纸上，要改变元件的属性，可以执行Edit/Change命令来实现，执行该菜单后，单击待编辑元件，即可打开该元件的属性编辑对话框。也可以在元件中心处双击鼠标打开属性对话框，或者右键单击元件，在弹出的快捷菜单中选择Properties打开属性对话框。集成库中的元件可能会有多个封装，但一旦该元件添加到原理图中之后，每个元件只能有一个确定的封装属性。我们可以选择所需的封装，同时还可以给元件添加新的封装属性。如果不知道确切的封装名称，可以单击Browse按钮选择封装类型。元件属性对话框中可以设置元件的属性参数，如Designator、Comment属性等，这里只能对这些参数的数值进行设置。此外，还可以单独对元件显示在图纸上的参数进行设置。在元件的某一参数上双击鼠标，则会打开一个针对该参数属性的对话框。原理图连线原理图的连线既可以通过绘制导线来实现，也可以通过添加具有网络属性的元素（如网络标号、各种端口等）来实现。绘制导线可以使用菜单Place/Wire命令，或者选择绘图工具栏中的按钮，此时光标变成十字形。将光标移到所画导线的起点，单击鼠标左键，再将光标移动到下一电气节点，单击一下鼠标，即可绘制第一条导线。导线的端点一般在元件的引脚上，当鼠标光标靠近元件的引脚时，会出现一个红色的米字标志，这就是系统自动捕捉的电气节点。绘制完一条导线后，系统仍处于导线放置状态，可以继续绘制第二条导线，而无须再次选择绘制导线工具。如果想停止导线绘制，可以单击鼠标右键或按Esc键取消导线放置状态。如果要绘制转折的导线，可以在需要转折的位置单击鼠标左键放置转折点，导线每转折一次，都需要单击一次左键。在原理图中为使图纸清晰，一般将具有电源属性的网络（包括接地元件）使用统一的符号表示。元件管脚间的电气连接除了可以通过导线完成以外，还可以通过设置网络标号（NetLabel）来完成。在电路原理图的设计中，如果元件的管脚、导线、电源和地符号等具有电气特性的对象上被定义了网络标号，拥有相同网络标号的元素就处于相同的网络中，相当于用导线将其连接。网络标号的作用主要有两个方面：在单张原理图中，网络标号可以简化电路的连线；在层次原理图中，可以通过设置网络标号建立层次原理图间的电气连接。实验内容通过下图的绘制掌握简单原理图的设计。实验六层次原理图的设计一、实验目的1、掌握自顶向下的层次原理图的设计；2、掌握子图的设计。二、实验仪器微机一台实验原理对于一个非常庞大的原理图，不可能将它一次完成，也不可能将这个原理图画在一张图纸上，更不可能由一个人单独完成。层次原理图的设计方法和软件工程中模块化软件的设计方法十分类似，将一张大规模的原理图划分为若干张子图，每个子图还可以继续向下划分。整个项目可以分层次并行设计，使得设计进程大大加快。在一块电路板中可能会多次重复使用同一个模块。尽管复制和粘贴原理图相当容易，但是修改和更新这些原理图就会比较麻烦。用户可以在一个项目中重复引用一个原理图。如果需要改变这个被引用的原理图，只需修改一次即可。自顶向下的原理图设计就是由原理母图来产生下层原理图。采用这种方法，首先要根据功能的不同将电路划分成一些子模块。先将系统的母图画出，然后再将层次化原理图母图的各个方块电路对应的子原理图分别画出，逐步细化完成整个原理图的设计。设计思路见下图。实验内容层次原理图母图需要用到电路方块图来实现。首先新建立一个工程文件，然后新建一个原理图文件。选择菜单Place/SheetSymbol或单击布线工具栏中的图标，进入到放置方块图的命令状态，此时鼠标光标变成十字形，并粘贴有一个方块图的虚影。移动光标到原理图上的适当位置，左键单击确定方块图左上角顶点，然后拖动光标绘制出一个适当大小的方块，再次左键单击确定方块图右下角顶点，这样一个方块图就被确定了。此时系统仍处于放置方块图命令状态，用同样的方法可以绘制另外一个方块图。然后单击鼠标右键退出绘制方块图命令状态。绘制好的两个方块图如下图所示。双击已经绘制好的方块图，打开如图所示的SheetSym