EDA技术基础(2)-第3章 虚拟仪器使用73231课件

机械工业出版社同名教材

配套电子教案EDA技术基础（第2版）第3章虚拟仪器使用本章要点3.1常用指示器件的使用3.2常用虚拟仪器的使用3.3运行电路仿真

本章要点●

指示器件的使用●

仪器的参数设置●

常用虚拟仪器的使用返回

2.电压探测器、灯泡、条形光柱的使用

电压探测器相当于一个发光二极管，但它是一个单端元件，当其端电压大于设定值时，探测器被点亮。灯泡的额定电压对交流信号而言是指其最大值，当加在灯泡两端的电压在额定电压的50%～100%时，灯泡一边亮；当在额定电压的100%～150%时，灯泡两边亮；当大于额定电压的150%时，灯泡被烧毁。对于直流而言，灯泡发出稳定的灯光；对于交流而言，灯泡将一闪一闪地发光。条形光柱类似于几个LED发光二极管的串联，当电压超过某个电压值时，相应的LED之下的数个LED全部点亮，它可以指示当前的电平状态。3.数码管的使用七段数码管的每一段与引脚之间有唯一的对应关系，在某一引脚上加高电平，其对应的数码段就发光显示，如果要用七段数码管显示十进制数，需加上一个译码电路。带译码的8421数码管有4个引脚线，从左到右分别对应4位二进制数的高位至低位，可显示0～F之间的16个数。

数码管有两类，即七段数码管（SEVEN_SEG_DISPLAY）和带译码的8421数码管（DCD_HEX），其外观如图3-5所示。返回3.2常用虚拟仪器的使用

3.2.1仪器的基本操作3.2.2数字万用表（Multimeter）3.2.3函数信号发生器(FunctionGenerator)3.2.4功率计（Wattmeter）3.2.5双踪示波器（Oscilloscope）3.2.6波特图示仪（BodePlotter）3.2.7字信号发生器（WordGenerator）3.2.8逻辑分析仪（LogicAnalyzer）3.2.9逻辑转换仪（LogicConverter）

3.2.2数字万用表（Multimeter）数字万用表可以在电路两节点之间测量交直流电压、交直流电流、电阻和分贝值，它能自动调整量程。图3-7所示为数字万用表的图标和面板图。

1.数字万用表的测量方法⑴电压、电流测量选择面板上的【V】按钮或【A】按钮将万用表设置为测量电压或测量电流，测量电压时万用表与被测电路相并联，测量电流时万用表串接在被测电路中。根据测量的信号是交流还是直流，通过面板上的【～】按钮或【－】按钮来切换。⑵电阻测量测量某电路的电阻，需将万用表两表笔与被测电路相并联，选择面板上的【Ω】按钮，启动电路后，在面板上就可以读出测量的阻值。在测量电阻时应注意：①电路中必须有一个接地点，否则无法测出电阻阻值。②测量的电路中不能存在交直流信号源，否则测量结果不准确。③multiSIM提供的万用表电阻挡无法判断二极管、三极管的好坏。由于数字万用表测量的是有效值，而交流电压源的电压为最大值，两者之间为0.707倍的关系，所以测出的输入交流电压为14.142V，测出的输出直流电压为18.722V。返回1.连接方式函数信号发生器有3个输出端：即“＋”端、“Common”端和“－”端，通常它与电路的连接有两种方式。⑴单极性连接方式。将“Common”端子与公共地GND连接，“＋”端或“－”端与电路的输入相连，这种方式适用于普通的电路。⑵双极性连接方式。将“＋”端与电路输入中的“＋”端相连，将“－”端与电路输入的“－”端相连，这种方式一般用于信号源与差分输入的电路相连，如差分放大器、运算放大器等。2.应用举例图3-11所示为函数信号发生器的两种连接方式，两个信号发生器的参数设置相同，均为输出频率1kHz，幅度2V的正弦波，它们分别接到示波器的A、B通道，示波器的两通道参数设置也相同，从输出波形看，双极性连接方式输出信号的幅度为单极性连接方式输出信号幅度的2倍。返回3.2.4功率计（Wattmeter）功率计用于测量电路中的平均功率和功率因子，在进行电路连接时，标V两个端子为电压输入端口，与测试电路并联；标I的两个端子为电流输入端口，与测试电路串联。

图3-13所示为纯电阻负载和感性负载电路的平均功率和功率因数的测试，其中电压源输出为峰值电压。从图中可得知纯电阻负载电路的功率为99.998W，功率因子为1；感性负载电路的功率为71.729W，功率因子为0.847。返回1.扫描时基选择Scale（扫描时间）表示X轴方向每一刻度代表的时间，一般初始设置扫描时间与被测电路中的信号周期一致。Xposition（X位移）表示X轴方向时间基线的起始位置。Y/T表示Y轴显示A、B通道信号波形，X轴方向显示时间基线。Add表示Y轴显示A、B通道信号迭加波形，X轴方向显示时基。B/A表示将A通道信号作为X轴扫描信号，将B通道信号施加在Y轴上显示，A/B与上述相反。

2.输入通道设置示波器有两个完全相同的输入通道A和B，其面板如图3-16所示，其中：Scale（伏/度选择）用于设置Y轴方向每格的电压值。Yposition（Y位移）用于表示Y轴方向时间基线的起始位置。

输入耦合方式中有三种，“AC”表示交流耦合；“0”表示接地，可用于确定零电平在屏幕上的基准位置；“DC”表示直流耦合。其中B通道中的按钮在单独使用时，显示B通道的反相波形，若与时基调节中的Add一起使用，则显示A、B通道A-B迭加波形。3.触发方式设置示波器的触发方式设置面板如图3-17所示，其中：Edge用于选择上升沿触发或下降沿触发。Level用于选择触发电平的大小。触发方式有六种选择，一般情况下使用“Auto”方式。4.示波器读数方法为了测量准确和读数方便，一般在暂停仿真操作冻结波形后，再进行观测。图3-14中的指针1处读数中的T1表示当前位置的时刻，VA1表示当前位置A通道的电压值，VB1表示当前位置B通道的电压值；指针1、2处的读数差中的T2-T1表示两读数轴之间的时间差，它一般用于测量信号周期等；VA2-VA1（或VB2-VB1）表示两读数轴处A（或B）通道波形的电压差，一般用于测量信号的幅度、峰峰值等。返回2.面板操作波特图示仪测量幅频特性和相频特性曲线时，单击【Magnitude】按钮显示幅频特性曲线；单击【Phase】按钮显示相频特性曲线；单击【Save】按钮保存测量结果；单击【Set】按钮设置扫描的分辨率，数值越大精度越高。Vertical（垂直坐标）和Horizontal（水平坐标）可以选择的类型有Log（对数）和Lin（线性），I和F分别是用来设置坐标起点值和坐标终点值。水平坐标表示测量信号的频率，垂直坐标表示测量信号的增益或相位。3.测量读数读数时可以拖动读数指针或点击读数轴光标键，读数栏内显示指针处的读数。图中读数为：增益为4.162dB，频率为18.197kHz。

4.应用举例图3-21所示为一个晶振频率测量电路，观测该晶振的频率特性曲线,读出晶振的谐振频率。⑴搭接电路。由于波特图示仪在测量时必须在输入端外加一个交流电压源的激励信号（这与扫频仪是不同的），故电路中加入了一个交流电压源。⑵打开仿真开关，观察电路的频率特性曲线，拖动读数指针至幅度最小处。⑶从面板中读出当前值为：增益为-18.955dB，频率为15.136MHz。⑷单击【Set】按钮设置扫描的分辨率为1000，提高测量精度，将观测的频率范围设置为14.5MHz～15.5MHz，重新读出谐振频率为15.171MHz。返回1.连接电路图标左边16个端子输出低16位逻辑信号，右边16个端子输出高16位逻辑信号，R端为数据准备就绪端，T端为外触发信号端。面板图最左侧是字信号显示区，32位的字信号以8位16进制数进行显示，显示的内容可以通过滚动条前后移动，输出状态及变化的规则可自定义。2.设置字信号地址面板图中的Address区用于设置字信号地址，如图3-23所示，其中：Edit栏显示当前编辑的字信号地址。Current栏显示当前输出的字信号地址。Initial栏和Final栏分别用于设定输出字信号的首地址和末地址。图3-23字信号地址编辑区3.字信号输出方式设置字信号发生器被激活后，经过编辑的字信号按照一定的规律逐行输出，同时在面板的底部对应于各输出端的32个小圆圈内将实时显示输出字信号各个位（Bit）的值。字信号的输出方式如图3-24所示，分为三种方式，Step表示单步输出；Burst方式表示字信号是从首地址开始至末地址连续逐条单循环地输出字信号；Cycle方式则表示循环不断地进行Burst方式的字信号输出。在Burst和Cycle状态下可设置中断点，通过光标选中某一地址的字信号后，单击Breakpoint实现，设置为中断点的字信号在显示区中以*号显示，当运行至该地址时输出暂停，单击Burst或Cycle则恢复输出。图3-24字信号的输出方式4.模式设置单击图3-24中的【Pattern】按钮，屏幕弹出图3-25所示的对话框。该对话框用来自定义字信号输出模型和字信号文件的操作，其中：Clearbuffer复选框用于设置是否清除字信号编辑区的内容。Open复选框用于打开存有字信号内容的字信号文件。Save复选框用于保存字信号的内容。图3-25模式设置对话框UpCounter设置输出递增编码的字信号，DownCounter设置输出递减编码的字信号，ShiftRight设置输出右移编码字信号，ShiftLeft设置输出左移编码字信号。字信号编辑时，在显示区中用鼠标选择编辑位置，当前编辑的地址可以在Address区的Edit栏中看出，然后在字信号模型编辑区的Hex栏中以16进制数输入数据；或在ASCII栏以ASCII码输入数据；或在Binary栏以二进制数输入数据，显示区中相应位置将显示已设定的字信号模型。图3-26字信号模型编辑区返回3.2.8逻辑分析仪（LogicAnalyzer）逻辑分析仪可以同时观察多路逻辑信号波形，适用于逻辑信号高速采集和准确的时序分析，是分析和设计大规模数字系统的有力工具。系统提供的分析仪可以同步记录和显示16路逻辑信号，其图标和面板图如图3-28所示。1.连接电路逻辑分析仪图标左侧16个端口是输入信号端，使用时连接电路的测量点，图标下部的C端口为外时钟输入端，Q端口为时钟控制输入端，T是触发控制输入端。2.面板输入端和逻辑波形显示图3-28中面板左边的16个小圆圈对应16个输入端，从上到下排列依次为最低位至最高位。为区别各路的波形，一般将输入的连接导线设置为不同的颜色。波形的时间轴可以通过面板下边的Clocks/Div栏（时基）设置。当波形密集时，可将时基设置小一点。拖动读数指针可以读取数据，面板下部的两个方框内显示指针处的时间读数和逻辑读数（16进制数）。3.时钟控制设置单击面板下部Clock区的【Set】按钮，可以对波形采集的控制时钟进行设置。时钟源选择Internal，必须在内部时钟频率栏内输入相应频率。Clockqualifier（时钟触发电平控制）的设置决定时钟控制输入端对时钟的控制方式，选中外部时钟（External）时才起作用。4.触发模式设置单击Trigger区的【Set】按钮可以进行触发模式设置。触发时钟沿有上升沿（Positive）、下降沿（Negative）和任意边沿（Both）三种选择选择。Triggerqualifier（触发电平限制）对触发有控制作用，若该位设置为“X”，则触发控制端不起作用；若该位设置为0（或1），则仅当触发控制端输入信号为0（或1）时，触发字才起作用。返回3.2.9逻辑转换仪（LogicConverter）逻辑转换仪是multiSIM软件中特有的虚拟仪器，实际工作中不存在与之对应的设备。它能完成逻辑表达式、真值表和逻辑电路三者之间的相互转换，为逻辑电路的设计与仿真带来了方便，图3-34是逻辑转换仪的图标和面板图。8位输入端输出端电路→真值表真值表→表达式真值表→简化表达式表达式→真值表表达式→电路表达式→与非电路逻辑表达式区图3-34逻辑转换仪的图标和面板图真值表区1.连接电路逻辑转换仪的图标中有9个端子，左边8个用于连接电路的输入端，右边的一个端子用于连接电路的输出端。只有在将逻辑电路转换为真值表时，才需将图标与逻辑转换仪相连。2.从逻辑电路导出真值表⑴绘制逻辑电路。⑵将逻辑电路的输入端连到逻辑转换仪的输入端，将逻辑电路的输出端连到逻辑转换仪的输出端。⑶单击按钮（电路→真值表），系统自行转换并在真值表区列出该电路的真值表，如图3-35所示。图3-35要转换的电路及转换后的真值表3.从真值表导出逻辑表达式⑴根据输入端的个数用鼠标单击逻辑转换仪面板顶部输入端的小圆圈，选定输入信号（由A到H）。⑵选定输入信号后，真值表区将自动出现输入信号的所有组合，而真值表区右端输出列全部显示为“？”。⑶用鼠标单击“？”，可以在“0”、“1”、“X”之间切换，根据实际要求修改真值表的输出值0、1和X（不定）。⑷单击按钮（真值表→表达式），在面板底部逻辑表达式栏出现相应的逻辑表达式，表达式中的“ˊ”表示逻辑变量“非”，如Aˊ表示。⑸单击按钮（真值表→简化表达式），可获得简化逻辑表达式，经过转换后的简化表达式如图3-36所示。图3-36真值表导出简化逻辑表达式4.其它转换在逻辑转换仪底部逻辑表达式栏内输入表达式（“与-非”式及“或-非”式均可），然后单击按钮（表达式→真值表）得到相应的真值表。单击按钮（表达式→门电路）则得到相应的逻辑电路图。单击按钮（表达式→与非电路）得到由与非门构成的