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【關鍵詞】Multisim;試驗臺;模擬電路;數字電路
Multisim是一款電子電路仿真軟件。該軟件相當與一個隨身攜帶的移動電子電路實驗工作臺,元器件庫也非常豐富。軟件提供了在應用電子技術教學實驗環節中所需的各種虛擬儀表、儀器,如數字萬用表、示波器、函數信號發生器、字信號發生器、邏輯分析儀和邏輯轉換儀等,這些虛擬儀器儀表的外形、功能和使用方法與實際儀器非常相似,而且測試的數值和波形也更加精確可靠,可以對模擬或數字電路進行多種類型的仿真分析;仿真失敗是會顯示錯誤信息,提示可能出錯的原因,具有強大的仿真能力。
Multisim能與其它軟件進行信息交換。它可以導入其它電路仿真軟件所建立的網絡表文件,從而自動生成電路原理圖,也可以繪制好的電路原理圖轉為網絡表文件,提供給其它EDA軟件(如protel等)進行PCB的布局和布線處理。
可見Multisim是一個非常實用的電子EDA設計軟件,在教學上它非常適合作為學生電子電路實驗、實訓的輔助工具,它幾乎可以完成在實驗室進行的所有電子電路實驗,可以讓學生在學習過程中隨時做到模擬實驗臺驗證電子電路。Multisim軟件的操作方法很方便易懂,要使用的元器件、儀器、儀表等,只需用鼠標點擊,就可以拿來連接成電路,設置參數,啟動運行,進行分析、測試等操作。下面用幾個實驗來說明:
一、基爾霍夫電流定律(KCL)、基爾霍夫電壓定律(KVL)仿真實驗
按下圖搭建好實驗電路,設置元件標號和參數,檢查無誤后,按下啟動按鈕進行電路仿真實驗。由支路電流法列K.L方程驗證:
i1+i2-i3=0 kcl
20i1+6i3-140=0 kvl
90-5i2-6i3=0 kvl
i1=4A, i2=6A, i3=10A
二、基本放大電路的仿真實驗
按下圖搭建好實驗電路,設置元件標號和參數,檢查無誤后進行電路仿真實驗。
1.靜態工作點Q的測試與調整
輸入信號為5mV/1KHz,調節可調電位器Rb1,使輸出信號不失真時測量UBQ、UCQ、UEQ、UCEQ,計算出IBQ、ICEQ。
RB1過小使輸出信號產生了飽和失真:
RB1過大使輸出信號產生了截止失真:
2.電壓放大倍數AV的測量
用數字多用表的交流電壓檔分別測量輸入、輸出信號的電壓,然后用輸出信號的電壓除以輸入信號的電壓即得。
三、組合邏輯電路仿真實驗
設計一列自動控制地鐵,它離開站臺的條件是車門關上(A)、路軌空出(B)。若車門由于機械故障不能關上,地鐵可以手動操作(C)開動,但必須路軌空出。用與非門設計一個指示地鐵開動(F)的邏輯電路。
按要求列出真值表,得出表達式、化簡、畫出邏輯圖,根據邏輯圖用與非門搭建好電路,然后用邏輯分析儀分析結果。
通過上述實驗的仿真,Multisim有著友好的人機界面,方便的操作環境,強大的仿真能力,使得學習和運用Multisim仿真變得非常方便和一目了然,隨著電子技術和計算機技術的高速發展,傳統的電子電路與系統的設計和實驗方法正被先進的計算機設計和電子仿真實驗所取代。掌握Multisim仿真軟件已成為機電、電子類工作者必備的工具,因此,本人從實際工作出發,建議我院能盡快使學生掌握運用Multisim仿真軟件進行電子電路的實驗仿真。
參考文獻
[1]王連英.基于Multisim 11的電子線路仿真設計與實驗[M].北京:高等教育出版社,2013.
【關鍵詞】 Proteus 仿真軟件 電子電路設計
隨著社會科技的不斷發展,Proteus仿真軟件在電子電路設計中的應用也得到了一定的發展。Proteus仿真軟件是現代計算機應用技術發展中的重要成果之一,Proteus仿真軟件具有模擬電路仿真、數字電路仿真以及電路等部分組成的仿真系統,其自身帶有先進的虛擬器,其中包括示波器、邏輯分析儀以及信號發生器等等。為了更好的研究Proteus仿真軟件在電子電路設計中應用,需要在Proteus仿真軟件環境下,明確的分析各個階段的電路設計,包括各個部位的元件,為進行深入的設計做好準備。
1 關于Proteus仿真軟件的簡要分析
Proteus仿真軟件是LabeenterElectronics公司出品的一種集電路設計和仿真的工具軟件,其軟件自身系統包含ISIS、ARES軟件部分,這兩部分軟件在實際的電路設計中分擔著不同的職責。通常情況下,ARES軟件部分是用來輔助PCB的設計工作,而ISIS軟件部分則是在軟件環境下用來進行電路原理以及仿真的設計工作。從目前的研究結果分析,Proteus以其豐富的資源,自身系統中帶有的元器件庫就有幾十個,可以在正常的軟件工作環境中,提供至少27000左右個仿真元器件,以便其自身系統可以順利實現仿真電路以及其他電路的仿真設計。同時,其系統內的示波器、虛擬終端、仿真儀器等儀表資源,可以將電路設計中發生變化的信號,以圖形的方式輸出,這方面的突出功能,甚至強于示波器,再利用虛擬儀器的理想指標進行參照、研究,最終最大化的降低相關測量儀器對測量結果的誤差,提高了仿真研究的水平,也因此逐漸引起科研人員的關注。
2 Proteus仿真軟件進行仿真電路設計的相關分析
在實際的電子電路實驗中,Proteus仿真軟件進行仿真電路設計需要在Proteus編輯界面中,實現按照研究的思路,設計出完整的電子電路原理圖,再通過一系列的仿真測算與計算,經過不斷的修正程序發現的問題指數,力求在最短的時間內完成重要參數指標的設計與研究要求,最終敲定設計方案,利用程序的系統功能,輸出自動生成的圖像。不斷的實驗經驗表明,我們可以利用如下的設計與操作流程,確保順利完成Proteus仿真軟件進行仿真電路設計的相關工作,具體環節如圖1所示:
3 Proteus仿真軟件進行仿真電路設計與調試
通常情況下,我們會利用Proteus ISIS編輯窗口,再一次對電子電路的原理圖進行一次慎重的選擇與修改。在實際的Proteus仿真軟件設計的實驗中,實驗之前應選好信號源的放置位置與及虛擬儀器、測試點布置的情況。工作人員應及時的檢查測量儀表的輸入端是否與被測量點處于良好的連接狀態以及信號源的接地情況,包括示波器是否與地線處于連接的狀態。同時,明確測量結果是相對GND的波形,以便于后續的研究。在進行實驗的過程中,觀察實時工具中電壓、電流的探針變化,在仿真執行時,時刻觀察串聯電路中電流探針的指數,并及時的在相應的操作執行菜單,通過網絡的手段,選擇適當的電壓后,進行仿真的調試,進一步促進Proteus仿真軟件應用的水平。
4 Proteus仿真軟件應用的實用電路分析
在未來的實際工作中,我們應在發展 Proteus仿真軟件的同時,更加注重通過科學的手段研究 Proteus仿真軟件未來發展的趨勢,Proteus仿真軟件應用需要在傳感器電路、正弦、方波電路的實用電路中,進行不斷的實驗與研究,才能夠真正的落實到實際電子產品的生產環節中。因此,在進行Proteus仿真軟件應用的實用電路分析的相關環節中,我們應重點傳感器電路、正弦、方波電路的實用性以及適用性,以更好的滿足Proteus仿真軟件應用的具體流程。以便可以更好的開發其系統的強大功能,為更好的探究電子系統的發展打下堅實的基礎。
5 總結
綜上所述,現階段 Proteus仿真軟件的實際功能非常強大,在電子電路設計的工作環節中,為進一步研究電路的運行狀態以及相關電路參數的調整,我們應進一步研究 Proteus仿真軟件的操作規范,以其自身系統具備的功能,來完成對重要電路參數的調整。同時,可以有效的改善傳統電子電路實驗與檢測工作,能夠在有效的時間段里,高效的完成研究的目標,為進一步減少電子電路實驗成本、提高電子電路實驗的有效性以及不斷的縮短實驗周期等方面,都具有積極的現實意義。
參考文獻
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【關鍵詞】Pspice 模擬電子電路 電子電路設計
在電氣、電子、自動化、計算機等類型的專業中,模擬電子電路設計是基礎的技術課程,其理論知識較為抽象且電路的原理較為復雜,對于學生來說比較困難,教師也難以教好。本文提出將Pspice應用在模擬電子電路設計中,有了該軟件,就等于有了電路以及實驗室,完美地將理論與實踐結合,為教師和學生提供便利。
1 Pspice軟件概述
Pspice軟件由Schematics(電路模擬器)、Pspice(仿真軟件的數據處理器)、Probe(軟件的圖形后期處理器)、Stmed(產生信號的工具)、Parts(為器件建立模型的工具)和Pspice Optimizer(軟件的優化設置工具)等組成,能夠提供強大的電路圖繪制、電路模擬仿真、圖形后期處理等功能。
Pspice包括以下主要功能:直流特性分析,其中包囊直流靜態工作點分析、直流靈敏度分析、直流掃描分析以及直流小信號傳遞函數值分析;交流掃描分析,包括頻率特性分析和噪聲分析;瞬態特性分析;蒙特卡羅分析;溫度特性和參數掃描分析;最壞情況分析等。
在設計電子電路期間,以既定的功能及技術參數來制定設計方案,可以應用Pspice模擬和連接電路并檢測電路設計有無達到預期效果,也可以在計算機上對電路的結構和相關參數進行修改,不斷測試、觀察輸出的波形,直至達到設計要求,以便取得電路的最優技術指標,為電路設計的精準性評價提供便利。此外,還能夠分析容差、敏捷性、最壞狀況、溫度特性等,這些都是傳統的方法難以完成的,還能夠比較各種設計方案的優劣,方便選擇最優的方案,使電路設計最優化。
2 Pspice軟件的仿真實例
Pspice軟件在電子電路設計中的應用可以提高教學效率,仿真電路的步驟大致分為五步:第一,繪制電路圖;第二,分析電路的特性和仿真參數;第三,仿真測驗;第四,顯示仿真的結果;第五,分析并輸出相應的實驗結果。下面對Pspice軟件的仿真實例進行分析。
2.1 限幅電路的設計實驗
限幅電路的示意圖如圖1所示,二極管的型號為DIN4148,電阻為1kΩ,電源電壓為3伏特,當輸入電壓達到6sin wt的時候,電路要達到限制輸入電壓幅值的目的。
設置直流掃描分析以及瞬態分析,得出輸入電壓Ui以及輸出電壓U0的波形,如圖2所示,可見電路對輸入電壓幅值的限制效果。
在限幅電路的瞬態分析結果示意圖中可見(圖3),當輸入的電壓超出固定范圍時,超出的部分就會被截止,這樣就能使信號的電壓在一定的幅值內,防止電路受信號電壓的影響出現故障。
2.2 RC正弦振蕩電路設計實驗
RC振蕩電路在電子技術中得到廣泛應用,振蕩電路在自動進行振蕩的過程中,其達到平衡的條件所花費的時長極短,在課堂上,教師直接講授相關的理論會令學生難以在有限的課堂時間內理解并掌握,因為學生難以根據抽象的理論想象出波形。就此,將Pspice運用到其中,可以觀察出振蕩電路建立振蕩的過程以及振蕩器在穩定之后的波形,同時,可以改變電阻或電容,觀察其對振蕩電路會產生怎樣的影響,更加便捷、直觀地掌握振蕩電路的設計原理及運行原理。
3 總結
從上述的設計實驗中可知,在模擬電子電路設計中應用Pspice能夠使設計仿真的效果精準且直觀形象,為電子電路的設計提供極大便捷。Pspice是應用極廣的電路設計及分析軟件,具有繪制電路圖、模擬仿真電路、圖形后期處理等強大功能,在建立真實的電路之前,在該軟件上設計、繪制仿真電路,依據具體的需求來設置相應的參數,斷定電路設計是否科學、性能是否可靠、能否達到設計的要求、有無必要修改電路等,還可以對元件的變化會對電路造成怎樣的影響進行綜合評估,同時也能對一些電路的特性進行測量分析。總之,Pspice的應用能夠為電子電路的模擬仿真設計帶來很好的內外部條件,幫助設計者設計出最優電路,提高教師的教學效率和學生的掌握速率,從根本上減少成本支出,使電路設計最優化,提高電路性能的可靠性,是模擬電子電路設計中必不可少的仿真設計軟件。
參考文獻
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關鍵詞:Multisim; 數字時鐘; 實驗教學; 電路仿真
中圖分類號:TN71034; TP391.9 文獻標識碼:A 文章編號:1004373X(2012)10018402
加強實驗教學、提高動手能力與創新能力是高等教育的教學重點。伴隨著電子技術的快速發展,元器件、設備儀器不斷更新,現有的實驗室條件無法滿足各種電路設計、調試要求,尤其綜合性、創新性實驗需要多種儀器共同完成其功能,暴露出實驗室儀器設備費用高、損耗大、更新慢的缺點,一般高校無法滿足此類實驗要求。電路仿真軟件Multisim擁有龐大的元器件庫,具有強大的虛擬儀器功能,有一般實驗室少有的頻譜分析儀、網絡分析儀等虛擬儀器。在電子技術基礎實驗中引入Multisim,再配合傳統的實驗設備進行實驗,減輕了購買、更新實驗設備的資金壓力。可以說,利用虛擬儀器技術進行實驗教學已經勢在必行。有些院校已經使用Multisim展開教學[19]。
1 數字時鐘實驗
數字時鐘實驗是電子技術基礎實驗中的綜合性實驗之一。數字時鐘是一種典型的數字電路,包括了組合邏輯電路和時序邏輯電路,通過設計數字時鐘,學生會進一步了解數字時鐘的原理和集成電路的使用方法,加深掌握邏輯電路的原理和使用方法。
1.1 數字時鐘的組成
數字時鐘是一個對標準頻率(1 Hz)進行計數的計數電路。在計數時,如果起始時間和當前時間不一致,還需要加一個校時電路。同時,校時電路還可以在調試數字時鐘時發揮重要作用。數字時鐘構成如圖1所示。
圖1 數字時鐘框圖1.2 模60和模24計數器的實現
“秒”和“分”計數器都是模60計數器,由個位的10進制計數器和十位的6進制計數器組成。74LS90是10進制計數器,利用2片74LS90,通過異步清零功能,并配合與門74LS08使用,實現模60計數器或模24計數器的功能。
1.3 譯碼電路
譯碼電路可以選用4線7段譯碼器/驅動器74LS248,采用共陰極LED數碼顯示器。
1.4 校時電路
當數字時鐘接通電源或計時出現誤差時,需要校準。常用的校準方法為“快速校準法”,即校準的時候使分、時計數器對1 Hz的秒脈沖信號進行計數[10]。
2 仿真、測試
實驗環境:Multisim10.1,Windows XP。經實際測試,60進制和24進制計數器都能夠運行正常,能夠實現60進制和24進制的邏輯功能,校時電路也能夠對時、分計數器進行校正。實現了數字時鐘的功能。
仿真電路如圖2所示。
圖2 數字時鐘整體電路3 結 語
使用Multisim仿真數字時鐘時,如果按照現實中的時、分來計時的話,不便于觀察時鐘運行周期。比如,花費一天的時間才能觀察24小時的顯示周期是否正確。而提高輸入脈沖的頻率,可以“縮短”時間,實驗者可以花費較少的時間觀察時鐘運行周期的變化。運行環境是CPU AMD Athlon 2.01 GHz,仿真脈沖最高頻率達到240 MHz,再高的頻率就影響LED的顯示,無法清晰觀察時鐘的變化。數字時鐘的實驗還能做一些功能擴展,如整點報時、定時控制,可以留做大學生創新性實驗的一部分。通過制作數字時鐘,即加深了理論知識的學習,還鍛煉了動手能力和創新能力。先利用Multisim仿真,再用實際器件搭建電路,實現邏輯功能,一方面節省了器件費用、減少了儀器損耗,另一方面,提高了工作效率。因此,利用Multisim強大的功能對電子電路進行仿真測試,參數精確可靠,可以提高電路的設計和分析效率。
參 考 文 獻
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關鍵詞:電子線路設計;Mutisim、PSPICE、Protel+99+SE、應用
近年來,我國電路設計發展迅速,規模不斷擴大,日益趨于復雜。這一形勢下,傳統電路設計手段已經難以滿足現代電子線路設計的要求。當前,以Mutisim、PSPIC、Protel+99+SE等為主的仿真設計軟件開始廣泛應用于電子系統的設計與分析當中,并已經成為比不可少的重要工具。鑒于仿真設計軟件在電力與系統設計中的關鍵作用和重要地位,對電子線路設計中仿真設計軟件的應用進行探討十分必要,對于我國電子線路設計的與時俱進、長足發展具有積極的現實意義。
一、電子線路設計中Mutisim軟件的應用
電子線路設計中一般有一些編程是面向對象的程序編程,這些編程令大家再對電路進行設計時,可以進行抽象層上的描述,考慮到特定的制造工藝,能夠對于Altera公司Quartus II軟件的邏輯綜合工具進行設計,也就是對于制造工藝版圖之間可以實現任意的轉換,假如有新系統的需求,就可以直接通過抑制生成新的工藝,這樣就可以對于電路的一些時序或是面積的設計優化,并且能夠將新工藝的網表進行直接生成。而且在設計中,該軟件的應用可以對很多的方面生成一定的設計,比如對于異步FIFO、倍頻時鐘的產生,該設計軟件可以對于Altera公司的自帶IP核進行調用,設計結果是改善了設計周期,并且減小了設計的面積,對于整個布局布線也達到了更加的優化,并且使得系統達到了更高的要求。該設計還能夠在像素時鐘的上升沿將數據采集到寄存器中,并且將這些數據進行轉換后生成新的設計,RAW2RGB模塊將采集的數據轉換成RGB信號,存儲緩沖模塊用于控制數據的緩沖,將數據寫入SDRAM;LCM Controller模塊產生LCD控制信號,將SDRAM中的數據送到LCD上,這樣就完成了圖像的采集與顯示。
(一)Multisim軟件的內涵
該軟件是專門用于電路設計與仿真的系統工具,是連接理論設計與實際操作間的虛擬工作平臺,具有十分強大的功能,除電路設計功能外,還能夠對整個系統和電路信號作出仿真分析。應用Mutisim可對各種電子電路作出設計、仿真及演示,包括模擬電路、電工電路、高頻電路、數字電路等。
(二)Mutisim軟件的實際應用
選取二階高通有源濾波器,來就Mutisim軟件的應用進行探討。二階高通有源濾波器要求其頻帶內具有穩定而均勻的增益,屬于經典濾波器的典型范例。因對其電路數理的分析極為繁瑣,故輔以Mutisim軟件應用十分必要。其應用原理如圖1所示,將仿真開關打開,對雙蹤示波器的輸入輸出波形進行觀察,并對電路電壓增益進行估算。通過觀察分析,理論值與試驗值在高頻段的偏差較大,而在中頻段則比較相近。究其原因主要是由于運算放大器屬非理想器件而造成的。這時,應用Mutisim軟件來對阻容參數對電路頻響特性的影響進行模擬,通過對比仿真后電路截止角頻率的變化及對參數設計的改變,來加速明確而階高通有源濾波器的數理變化和相關公式的運用,很大程度上減少了其電路實際設計中的繁瑣工程量,設計效率大大提升。
二、電子線路設計中PSPIC軟件的應用
(一)PSPICE軟件的內涵
該軟件是電子線路分析的通用模擬軟件,具有強大的電路仿真和設計功能,包括六大功能模塊,分別為:Optimizer模塊、Probe模塊、Model Editor模塊、Stimulus模塊、A/D模塊及Capture模塊。PSPICE軟件通過對電子線路進行的提前moines分析,來測試各電路參數,檢查電氣規則,并對器件庫構建功能作出分析。
(二)PSPICE軟件的實際應用
在設計一級較強穩定型的電路時,在選擇晶體管相關參數后,為獲取靜態的穩定工作點,就需要應用PSPICE軟件來對電流負反饋分壓式偏置電路進行仿真。其仿真設計原理如圖2所示,集電極調幅電路載波信號確定為Vc,從調幅電路集電極來對調制低頻信號進行輸入,并將輸出信號傳送至二極管檢波電路進行解調。參考圖2,Q1級甲類放大電路設計中,應對直流(交流)通路設置的合理性進行充分的考慮,且LC諧振回路的特定頻率應當同載波信號頻率相一致。
在輸入較大低頻信號時,會形成過大的調幅波電壓調幅系數,容易造成過大的直、交流負載差異,進而導致軟件仿真的失真。這就要求,在應用該軟件進行電子線路設計時,應對每一電路分立元件及參數對電路輸出向的影響作出充分的考慮和整體的把握。
三、電子線路設計中Protel+99+SE軟件的應用
(一)Protel+99+SE軟件的內涵
Protel+99+SE是當前作為流行的仿真設計軟件,具有強大的綜合設計環境,包括PCB電路板設計、原理圖設計、報表制作、層次原理圖設計、邏輯器件設計、電路仿真等功能。因其自身所具備的強大功能,促進了電子線路設計效率的大大提升,從而成為電子線路設計中仿真設計軟件的首選。
(二)Protel+99+SE軟件的實際應用
應用Protel+99+SE軟件來進行二級管伏安特性電路的仿真。其步驟如下,第一,啟動Protel+99+SE程序,創建一個新的原理圖文檔,并在原理圖瀏覽器中進行庫文件的添加和路徑的設置。之后,運用仿真元件庫中相關元器件符號來對二極管伏安特性測試電路進行繪制;第二,對仿真環境進行設置,依據設計要求在菜單命令中進行相關參數的設置,完成后單擊關閉;第三,執行菜單命令,進行線路仿真,得到二極管伏安特性曲線;第四,對仿真結果進行分析。
在二級管伏安特性電路仿真中應用Protel+99+SE軟件,可產生直流移動曲線,通過分析直流,來對一系列靜態工作點作出分析,從而對差異電源電壓下,各電路節點直流電壓/流,及元器件的功率、直流電壓/流進行顯示。
結語
基于仿真設計軟件的電子線路仿真分與設計,為電子線路系統設計與電子產品研發注入了新的活力,促進了其設計質量和效率的大幅度提升,并使得電力設計缺陷發生率得以進一步降低。通過對仿真設計軟件在電子線路設計應用的實證論述,可以看出仿真設計軟件具有高效性,在一定程度上彌補了傳統手段的不足,是現代電子線路設計與分析中的強有力工具。■
參考文獻
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