Ni circuit design suite что это

Аналоги NI Circuit Design Suite Power Pro для Android

Программное обеспечение NI Circuit Design Suite улучшает процесс проектирования электронных схем за счет интеграции захвата, моделирования и компоновки в единый набор инструментов.

Пакет NI Circuit Design Suite объединяет программное обеспечение NI Multisim и Ultiboard для полной разработки схем, моделирования, валидации и компоновки. Пакет NI Circuit Design Suite обойдется вам дешевле, чем покупка отдельных функций.

Multisim — это интуитивно понятная среда для проектирования электронных схем. Это программное обеспечение предлагает профессиональные инструменты для ваших исследований и создания прототипов с помощью расширенных функций моделирования.

Ultiboard — это гибкая схема размещения и маршрутизации электронных схем. Легко переносит готовые схемы Multisim в Ultiboard, а также делает компоновку, маршрутизацию и экспорт готовых схем.

Пакет NI Circuit Design Suite доступен в версиях Base, Full и Power Pro.

Аналоги NI Circuit Design Suite Power Pro

Пакет NI Circuit Design Suite доступен в версиях Base, Full и Power Pro.

РАБОТА С ВИРТУАЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ NI CIRCUIT DESIGN SUITE — MULTISIM 12.0. ЧАСТЬ 5 Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Колесникова Татьяна

Мы продолжаем серию публикаций о работе с виртуальными приборами в программной среде NI Circuit Design Suite — Multisim. Рассматриваемая в данном цикле программа представляет собой настоящую лабораторию схемотехнического моделирования, которая благодаря простому и удобному интерфейсу позволяет с легкостью моделировать сложные принципиальные схемы и проектировать многослойные печатные платы. Программная среда Multisim также предоставляет большое количество виртуальных инструментов, предназначенных для измерений и исследования поведения разрабатываемых электрических схем. Со многими из инструментов мы уже ознакомились в предыдущих статьях цикла. В настоящей статье мы более подробно остановимся на работе со следующими приборами: характериограф-IV, микрофон, динамик, генератор сигналов, анализатор сигналов, потоковый генератор сигналов, измеритель комплексных сопротивлений. Разработчикам электронных устройств виртуальные инструменты, представленные в Multisim, могут оказаться полезными — они сэкономят время и спасут от ошибок на всем пути разработки схемы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «РАБОТА С ВИРТУАЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ NI CIRCUIT DESIGN SUITE — MULTISIM 12.0. ЧАСТЬ 5»

с виртуальными приборами

в программной среде NI Circuit Design Suite — Multisim 12.0. Часть 5

Характериограф предназначен для наблюдения и исследования характеристик радиоэлектронных устройств и компонентов, при этом измерительная информация отображается на экране в виде кривых. В Multisim характериограф-ГУ (I — ток, V — напряжение) используется для измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ) диодов, рпр- и прп-транзисторов, PMOS-и NMOS-устройств. При этом в отличие от других виртуальных приборов Multisim характериограф-ГУ подключается не к схеме, а непосредственно к исследуемому устройству. В том случае, когда необходимо произвести измерение параметров устройства, уже используемого в схеме, следует предварительно отключить его от схемы. Для того чтобы открыть лицевую панель прибора, нужно дважды щелкнуть левой кнопкой мыши по его пиктограмме на схеме. Рассмотрим лицевую панель характериографа-ГУ более подробно. В левой части панели расположен графический дисплей, предназначенный для графического отображения формы сигнала. Также прибор оснащен курсором для проведения измерений в любой точке гра-

фика, если необходимо, курсор надо перемещать при помощи левой кнопки мыши. Управлять положением курсора можно и при помощи стрелок перемещения вертикального курсора, которые расположены в нижней левой части лицевой панели характериографа-IV под графическим дисплеем. Между стрелками находятся три информационных поля, где отображаются данные, полученные на пересечении вертикального курсора и кривой. Кривую, для которой будут отображаться данные, можно выбрать при помощи щелчка по ней левой кнопкой мыши, в результате на пересечении вертикального курсора и кривой появится метка-точка (именно для той кривой, на которой находится метка-точка, и будут отображаться данные в информационных полях). В правой части лицевой панели прибора есть панель управления, предназначенная для настройки параметров характериографа-IV. В верхней части панели находится поле «Выбор компонента», в котором из выпадающего списка можно выбрать для анализа следующие компоненты: Diode, BJT PNP, BJT NPN, PMOS, NMOS.

Под полем «Выбор компонента» расположены поля «Шкала тока (А)» и «Шкала на-

пряжения (V)», где можно задать параметры горизонтальной и вертикальной осей координат при логарифмической или линейной шкале. Переключение шкалы выполняется при помощи кнопок «Лог» (логарифмическая) и «Лин» (линейная). Масштаб горизонтальной (ось Х) и вертикальной (ось Y) осей определяется начальным («Н») и конечным («В») значениями.

Под полем «Шкала напряжения (V)» размещены две кнопки. Кнопка «Экран» предназначена для инверсии цвета графического дисплея (черный/белый). Кнопка «Моделирование» используется для произведения настроек параметров моделирования. После нажатия на эту кнопку открывается окно «Параметры моделирования». Содержание данного диалогового окна меняется в зависимости от компонента, выбранного из выпадающего меню в поле «Выбор компонента», и подробно будет рассмотрено далее для каждого компонента в отдельности. В нижней правой части лицевой панели характериографа-ГУ имеется окно, отображающее схему подключения выбранного компонента к данному виртуальному прибору.

Пример подключения характериографа-ГУ к PMOS-транзистору, ВАХ PMOS-транзис-

Рис. 1. Подключение характериографа-IV к PMOS-транзистору, ВАХ PMOS-транзистора Рис. 4. Пример подключения характериографа-^ к диоду

и лицевая панель характериографа-^ и ВАХ компонента

тора и лицевая панель данного прибора представлены на рис. 1.

Измерение характеристик устройства производится следующим образом:

• откройте лицевую панель характери-ографа-ГУ;

• в верхней правой части лицевой панели в поле «Выбор компонента» из выпадающего меню выберите нужный компонент;

• выберите из библиотеки компонентов данный компонент, поместите его в рабочую область проекта и присоедините к характериографу-ГУ, следуя схеме в нижней правой части лицевой панели прибора;

• на панели управления характериографа-IV установите нужные настройки в полях «Шкала тока (А)» и «Шкала напряжения (V)»;

• при необходимости вы можете инвертировать цвет графического экрана при помощи кнопки «Экран»;

• при помощи кнопки «Моделирование» откройте окно «Параметры моделирования» и установите необходимые параметры, после чего нажмите на кнопку ОК для закрытия диалогового окна и вступления в силу внесенных изменений;

• запустите симуляцию проекта.

В результате выполненных действий на лицевой панели характериографа-ГУ в окне графического дисплея рассматриваемого прибора будут получены ГУ-кривые для анализируемого компонента.

Рассмотрим диалоговое окно «Параметры моделирования» для PMOS-транзистора (рис. 2). Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-ГУ в поле «Выбор компонента» пункта «PMOS» и нажатия на кнопку

«Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ds», в котором можно установить следующие значения V_ds (напряжение сток-исток):

• начальное значение V_ds;

• конечное значение V_ds;

• значение шага V_ds (полученные точки будут использованы для построения графика).

В правой части окна расположено поле «Источник: V_gs», в котором можно установить следующие значения V_gs (напряжение затвор-исток):

• начальное значение V_ gs;

• конечное значение V_ gs;

• число шагов V_ gs (количество кривых на графике).

Установка/снятие флажка в чекбоксе «Нормализация» отображает значения V_ds на кривых по оси Х с положительными/отрицательными значениями.

Теперь перейдем к диалоговому окну «Параметры моделирования» для диода (рис. 3). Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта «Diode» и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_pn», в котором можно установить следующие значения V_pn:

• начальное значение V_pn;

• конечное значение V_pn;

• значение шага V_pn (полученные точки будут использованы для построения графика).

На рис. 3 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования», согласно с заданными параметрами которого напряжение диода будет изменяться от -5 до +5 В

с шагом в 10 мВ. Пример подключения характериографа-ГУ к диоду и ВАХ данного компонента представлены на рис. 4.

Рассмотрим диалоговое окно «Параметры моделирования» для NMOS-транзистора (рис. 5). Данное окно открывается в результате выбора на панели управления харак-териографа-ГУ в поле «Выбор компонента» пункта «NMOS» и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ds», где можно установить следующие значения V_ds (напряжение сток-исток):

• начальное значение V_ds;

• конечное значение V_ds;

• значение шага V_ds (полученные точки будут использованы для построения графика). В правой части окна расположено поле

«Источник: V_gs», в котором можно установить следующие значения V_gs (напряжение затвор-исток):

• начальное значение У_ gs;

• конечное значение У_ gs;

• число шагов У_ gs (количество кривых на графике).

На рис. 5 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования», согласно с заданными параметрами которого для получения ВАХ NMOS-транзистора напряжение сток-исток (V_ds) будет изменяться от 0 до 14 В с шагом в 120 мВ, а напряжение затвор-исток (У_ gs) — от 3,5 до 5 В. Пример подключения характериографа-ГУ к NMOS-транзистору и ВАХ данного компонента показаны на рис. 6. Количество кривых на ВАХ соответствует установленному в поле «Источник: V_gs» значению параметра «Приращение» (рис. 5) — в нашем случае значение равно пяти.

Рис. 2. Диалоговое окно «Параметры моделирования» Рис. 3. Пример диалогового окна Рис. 5. Диалоговое окно «Параметры моделирования»

для PMOS-транзистора «Параметры моделирования» для диода для NMOS-транзистора

сапр i проектирование

Рис. 8. Пример подключения характериографа-IV к pnp-транзистору и ВАХ компонента

Рис. 7. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для pnp-транзистора

На рис. 7 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования» для

рпр-транзистора. Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-ГУ в поле «Выбор компонента» пункта «ВД» PNP» и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ce», в котором можно установить следующие значения У_се (напряжение коллектор-эмиттер):

• начальное значение У_се;

• конечное значение У_се;

• значение шага У_се (полученные точки будут использованы для построения графика). В правой части окна расположено поле

«Источник: !_Ы>, в котором можно установить следующие значения 1_Ь (ток базы):

• начальное значение 1_Ь;

• конечное значение 1_Ь;

• число шагов 1_Ь (количество кривых на графике).

Установка/снятие флажка в чекбоксе «Нормализация» отображает значения V_ce на кривых по оси Х с положительными/отрицательными значениями. Пример подключения характериографа-IV к рпр-транзистору и ВАХ данного компонента представлены на рис. 8.

На рис. 9 можно видеть пример диалогового окна «Параметры моделирования»

для прп-транзистора. Окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта «BJT NPN» и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ce», в нем можно установить следующие значения V_ce (напряжение коллектор-эмиттер):

• начальное значение V_œ;

• конечное значение V_œ;

• значение шага У_се (полученные точки будут использованы для построения графика).

Рис. 9. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для npn-транзистора

В правой части окна расположено поле «Источник: I_b», в котором можно установить следующие значения I_b (ток базы):

• начальное значение I_b;

• конечное значение I_b;

• число шагов I_b (количество кривых на графике).

Пример подключения характериографа-IV к прп-транзистору и ВАХ данного компонента показаны на рис. 10. Представленный пример демонстрирует график ВАХ для отображения I_b = 1 мА, от 1 до 735 мА по оси Y, и от 1 мВ до 3,3 В по оси Х.

Приборы NI LabView

В состав Multisim входят следующие приборы LabView:

• BJT Analyzer — измеритель характеристик полупроводниковых приборов;

• Impedance Meter — измеритель комплексных сопротивлений;

• Signal Analyzer — анализатор сигналов;

• Signal Generator — генератор сигналов;

• Streaming Signal Generator — потоковый генератор сигналов.

Некоторые из них мы рассмотрим далее. Пиктограмма «Приборы LabView» расположена на панели инструментов «Приборы». Возле пиктограммы находится значок стрелки, нажатие которого приводит к открытию выпадающего меню (рис. 11). Необходимый для работы прибор можно выбрать в данном меню при помощи левой кнопки мыши.

Микрофон в Multisim записывает звук при помощи устройств аудиозаписи компьютера

Рис. 10. Пример подключения характериографа-IV к npn-транзистору и ВАХ компонента

Рис. 12а. Пиктограмма на схеме и лицевая панель Рис. 12б. Пиктограмма на схеме и лицевая панель

и выдает эти данные как источник сигнала, который Multisim использует в процессе симуляции. Перед началом симуляции необходимо произвести настройку параметров микрофона и записать звук. Рассмотрим подробнее работу с таким виртуальным прибором. Настройка параметров микрофона производится на его лицевой панели, которую можно открыть при помощи двойного щелчка левой кнопкой мыши по пиктограмме данного прибора в рабочем поле программы. Пиктограмма микрофона на схеме и его лицевая панель представлены на рис. 12а. В верхней части лицевой панели находится поле Device, где из выпадающего списка необходимо выбрать аудиоустройство, при помощи которого будет производиться запись звука, — это может быть встроенный либо внешний микрофон. Также аудио-устройство можно назначить путем ввода с клавиатуры номера устройства в поле ввода, расположенное рядом с выпадающим списком. В поле Recording duration (s) можно задать продолжительность записи в секундах. В поле Sample Rate при помощи установки переключателя в нужную позицию следует задать частоту дискретизации, диапазон значений которой составляет от 11 025 до 96 000 Гц. Необходимо отметить, что чем больше значение частоты дискретизации, тем выше качество выходного сигна-

ла. Установленный флажок в чекбоксе Repeat Recorded Sound дает команду Multisim повторять записанный сигнал до тех пор, пока не будет остановлена симуляция. В том случае, если флажок снят, по истечении времени проигрывания записанного сигнала Multisim будет продолжать симуляцию, однако выходной сигнал примет значение 0 В. В нижней части лицевой панели микрофона находится кнопка Record Sound, предназначенная для записи звука. После окончания записи микрофон сможет выводить записанный звук в виде звукового напряжения, которое можно будет использовать как источник сигнала.

Динамик в Multisim проигрывает входящие звуковые данные (звуковое напряжение) при помощи звуковой карты компьютера. Перед началом симуляции необходимо произвести настройку параметров динамика. Звук проигрывается после остановки симуляции. Рассмотрим подробнее работу с данным виртуальным прибором. Настройка параметров динамика выполняется на его лицевой панели, которую можно открыть при помощи двойного щелчка левой кнопкой мыши по пиктограмме данного прибора в рабочем поле программы. Пиктограмма динамика на схеме и его лицевая панель представлены на рис. 12б. В верхней части лицевой панели

Рис. 12в. Пиктограмма на схеме и лицевая панель генератора сигналов

находится поле Device, где из выпадающего списка необходимо выбрать устройство, при помощи которого будет воспроизводиться звук, — это может быть встроенный динамик либо внешние колонки. Устройство воспроизведения звука можно назначить и путем ввода с клавиатуры номера устройства в соответствующее поле, расположенное рядом с выпадающим списком. В поле Playback duration (s) задаем продолжительность воспроизведения в секундах. В поле Sample Rate (Hz) необходимо ввести с клавиатуры значение частоты дискретизации в герцах. Необходимо отметить, что если вы предполагаете использовать динамик совместно с микрофоном, то частота дискретизации динамика и микрофона должна быть одинаковой. В противном случае частоту дискретизации следует установить вдвое больше частоты входного сигнала. В нижней части лицевой панели рассматриваемого прибора находится кнопка Play Sound, предусмотренная для воспроизведения звука. Операция станет возможной после сбора динамиком входных данных. Для этого необходимо запустить симуляцию схемы — по ее окончании кнопка Play Sound станет активной, что означает готовность к воспроизведению звуковых данных, которые динамик запомнил в процессе симуляции.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Генератор сигналов генерирует синусоидальный, треугольный, прямоугольный и пилообразный сигналы. Настройка параметров прибора производится на его лицевой панели. Пиктограмма генератора сигналов на схеме и его лицевая панель представлены на рис. 12в. В левой верхней части панели расположено окно Signal Information, в котором можно задать:

• тип сигнала в поле Signal type;

• частоту в поле frequency;

• длительность прямоугольного импульса в поле square wave duty cycle (%);

• амплитуду в поле amplitude;

• начальную фазу в поле phase;

• смещение постоянной составляющей в поле offset.

Генератор сигналов позволяет формировать на его выходе ограниченный по длительности радиоимпульс. Число периодов сигнала в радиоимпульсе задается частотой дискретизации и числом отсчетов, которые можно ввести в окне Sampling Info в полях Sampling Rate (Hz) и Number of Samples соответственно. В правой части лицевой панели генератора сигналов находится графический дисплей, предназначенный для графического отображения формы сигнала. В левом нижнем углу лицевой панели находится чекбокс Repeat Data. Установленный в данном чекбоксе флажок дает команду Multisim повторять радиоимпульс до тех пор, пока не будет остановлена симуляция. В том случае, если флажок снят, по истечении дли-

тельности радиоимпульса Multisim будет продолжать симуляцию, однако выходной сигнал примет значение 0 В. Прибор генерирует выходные данные после запуска симуляции схемы.

Анализатор сигналов в Multisim предназначен для получения, анализа и отображения таких данных, как временной профиль, энергетический спектр или бегущее среднее входящего сигнала. Пиктограмма анализатора сигналов на схеме и его лицевая панель показаны на рис. 12г. В верхней части лицевой панели находится три поля:

• Sampling Rate (Hz);

в которых посредством ввода с клавиатуры или при помощи стрелок переключателей задаются необходимые значения.

В нижней части лицевой панели анализатора сигналов расположен графический дисплей, предназначенный для графического отображения формы сигнала. Прибор генерирует выходные данные после запуска симуляции схемы.

Рис. 12г. Пиктограмма на схеме и лицевая панель анализатора сигналов

Потоковый генератор сигналов

В Multisim потоковый генератор сигналов, так же как и генератор сигналов, генерирует синусоидальный, треугольный, прямоугольный и пилообразный сигналы. Потоковый генератор сигналов формирует на выходе непрерывный сигнал, в то время как генератор сигналов позволяет формировать ограниченный по длительности радиоимпульс. Настройка параметров рассматриваемого прибора производится на его лицевой панели. Пиктограмма потокового генератора сигналов на схеме и его лицевая панель представлены на рис. 12д. В левой верхней части панели расположено окно Signal Information, в котором можно задать:

• тип сигнала в поле Signal type;

• частоту в поле frequency;

• длительность прямоугольного импульса в поле square wave duty cycle (%);

• амплитуду в поле amplitude;

• начальную фазу в поле phase;

• смещение постоянной составляющей в поле offset.

В нижней левой части лицевой панели прибора находится поле Sampling Rate (Hz), где можно задать частоту дискретизации. В правой части лицевой панели потокового генератора сигналов находится графический дисплей, предназначенный для графического отображения формы сигнала. Прибор генерирует выходные данные после запуска симуляции схемы до тех пор, пока не будет нажата кнопка «Стоп».

Измеритель комплексных сопротивлений

Измеритель комплексных сопротивлений предназначен для измерения комплексных параметров цепей на различных частотах или комплексного сопротивления. В Multisim этот прибор позволяет измерять активную, реактивную и полную величину комплексного сопротивления. Пример подключения измерителя комплексных сопротивлений к схеме и его лицевая панель показаны на рис. 13. Перед началом симуляции необходимо настроить параметры данного прибора. Для этого откройте его лицевую панель и в окне Frequency sweep задайте в полях Start и Stop соответственно начальную и конечную частоту диапазона анализа. В нижней левой части лицевой панели расположено окно Output Options, в котором находятся два поля:

• Number of Points — число точек анализа;

• Scale Type — закон изменения частоты; это поле может принимать значения:

— Linear — диапазон исследуемых частот делится на одинаковые участки;

— Decade — измерение производится на каждой декаде в таком количестве точек, которое задано для измерения;

— Octal — измерения проводятся поочередно на промежутках частот, отличающихся на октаву.

Результаты измерений отображаются после запуска симуляции в таблице, помещенной в правой части лицевой панели прибора. Таблица содержит четыре поля:

• f (Hz) — частота развертки;

• R (ohm) — активное сопротивление;

• X (ohm) — реактивное сопротивление;

• |Z| (ohm) — полное сопротивление.

В нижней части лицевой панели прибора находится чекбокс Clear Data when Simulation Starts. В том случае, если в данном чекбоксе установлен флажок, после каждого запуска симуляции таблица результатов будет обновляться, при этом старые результаты измерений

Рис. 13. Пример подключения измерителя комплексных сопротивлений к схеме Рис. 12д. Пиктограмма на схеме и лицевая панель потокового генератора сигналов и его лицевая панель

158i проектирование i сапр

будут удалены. Если флажок снят — новые данные измерений будут добавляться в конец таблицы (причем старые данные доступны для просмотра).

Использование программной среды Multisim при разработке электронных устройств позволяет значительно сократить сроки их отладки, ведь очевидно, что процесс моделирования в программной среде, при котором есть возможность проводить виртуальные испытания разработанной схемы, намного проще и экономичнее, чем проведение таких же испытаний на реальном макете. Кроме

того, использование данной программы моделирования позволяет существенно ускорить разработку сложных схем. ■

1. NI Circuit Design Suite — Getting Started with NI Circuit Design Suite, National Instruments, January 2012.

2. Технология виртуальных приборов компании National Instruments, National Instruments, 2013.

3. NI Multisim — Fundamentals, National Instruments, January 2012.

4. PROFESSIONAL EDITION RELEASE NOTES NI Circuit Design Suite Version 12.0.1, National Instruments, 2012.

РАБОТА С ВИРТУАЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ NI CIRCUIT DESIGN SUITE — MULTISIM 12.0. ЧАСТЬ 1 Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Колесникова Татьяна

При проектировании современных радиоэлектронных устройств невозможно обойтись без компьютерных методов разработки ввиду сложности и объемности выполняемых работ. Создание радиоэлектронных устройств требует высокой точности и глубокого анализа, в связи с чем возникает необходимость применения на стадии проектирования современных программных средств. Программа Multisim предназначена для схемотехнического проектирования электронных средств и содержит практически все основные элементы электронных цепей. Удобство применения этого пакета при моделировании электронных устройств заключается в отображении на экране монитора схемы исследуемого устройства и контрольно-измерительных приборов, передние панели которых с органами управления максимально приближены к их промышленным аналогам. Концепция виртуальных приборов — простой и быстрый способ увидеть результат с помощью имитации реальных событий.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «РАБОТА С ВИРТУАЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ NI CIRCUIT DESIGN SUITE — MULTISIM 12.0. ЧАСТЬ 1»

с виртуальными приборами

в программной среде NI Circuit Design Suite — Multisim 12.0. Часть 1

Программа Multisim предназначена для схемотехнического проектирования электронных средств и содержит практически все основные элементы электронных цепей. Удобство применения этого пакета при моделировании электронных устройств заключается в отображении на экране монитора схемы исследуемого устройства и контрольно-измерительных приборов, передние панели которых с органами управления максимально приближены к их промышленным аналогам. Концепция виртуальных приборов — простой и быстрый способ увидеть результат с помощью имитации реальных событий.

Multisim используется в мире программного обеспечения для проектирования электрических схем, их тестирования и отладки. В комплект продуктов NI Circuit Design Suite входят средства для создания электрических схем, а также для разработки и трассировки печатных плат на профессиональном уровне.

Программа Multisim представляет собой настоящую лабораторию схемотехнического моделирования, которая благодаря простому и удобному интерфейсу позволяет с легкостью моделировать сложные принципиальные схемы и проектировать многослойные печатные платы. В распоряжении пользователей широкий набор библиотечных компонентов, параметры и режимы работы которых можно изменять в широком диапазоне значений. При подготовке данного цикла статей, посвященных описанию приемов работы с виртуальными инструментами, использовалась программная среда Multisim 12.0. В этой версии значительно увеличены объем и качество библиотек компонентов: по отношению к версиям 10.0 и 11.0 были добавлены более чем 1500 компонентов, новые биполярные источники тока и напряжения, жидкокристаллические графические индикаторы.

В пакете присутствуют также источники тока и напряжения с воздействием различной формы, функциональные преобразователи сигналов (перемножители, делители сигналов), устройства на основе операционных усилителей, цифровые элементы, электромеханические и ВЧ-компоненты, которые не всегда есть в других подобных программах, таких как Proteus и Crocodile Technology. Multisim 12.0 устойчиво работает под управлением Windows XP/Vista/7 (32/64 бит).

Рассматриваемая программа позволяет подключать к схеме, разработанной в ее среде, виртуальные приборы — программные модели контрольно-измерительных приборов, которые соответствуют реальным. Использование виртуальных приборов в Multisim (осциллографов, генераторов сигналов, сетевых анализаторов и т. п.) — это простой и понятный метод взаимодействия со схемой, почти не отличающийся от традиционного при тестировании или создании радиоэлектронного устройства. Но все же у данной системы есть и недостаток — небольшой выбор компонентов библиотеки микроконтроллеров, в состав которой входят лишь следующие представители: х8051, х8052, PIC16F84, PIC16F84A. Причем состав этой библиотеки не изменялся начиная с версии 10.

Работа с виртуальными приборами в Multisim

Использование виртуальных инструментов — самый простой способ проверить поведение модели разработанной схемы. В программной среде Multisim виртуальные инструменты представлены в виде пиктограмм, которые подключаются к разрабатываемой схеме, и панелей инструментов, на которых устанавливаются параметры прибора. Окно программы представлено на рис. 1. В Multisim доступны для использования следующие виртуальные инструменты:

• измеритель нелинейных искажений;

сапр i проектирование 1159

Рис. 1. Окно программы Multisim

• функциональный генератор Agilent;

• приборы LabVIEW (характериограф, измеритель импеданса, микрофон, динамик, анализатор сигналов, генератор цикла, генератор сигналов).

Все представленные выше инструменты находятся на панели инструментов «Приборы». Также для измерений доступны такие инструменты, как вольтметр и амперметр, которые находятся на панели инструментов «Виртуальные измерительные компоненты».

Опишем принцип работы с виртуальными приборами в Multisim.

Чтобы добавить виртуальный прибор в рабочее поле программы, необходимо нажать на его пиктограмму на панели «Приборы» и перетащить ее с помощью мыши в необходимое место на схеме. Чтобы отобразить лицевую панель прибора, необходимо дважды щелкнуть левой кнопкой мыши на пиктограмме прибора на схеме. Принцип соединения виртуальных инструментов с элементами схемы такой же, как и для других компонентов. В каждой схеме может использоваться много приборов, в том числе и копии одного и того же прибора. Кроме того, у каждого окна схемы может быть свой набор инструментов. Каждая копия прибора настраивается и соединяется отдельно.

Рассмотрим подробно работу с каждым из виртуальных инструментов в Multisim.

Мультиметр предназначен для измерения переменного или постоянного тока или напряжения, сопротивления или затухания между двумя узлами схемы. Диапазон изме-

рений мультиметра подбирается автоматически. Его внутреннее сопротивление и ток близки к идеальным значениям, но их можно изменить.

На рис. 2 представлена лицевая панель мультиметра и его пиктограмма. Рассмотрим лицевую панель мультиметра более подробно. В верхней части панели находится окно «Результаты измерений». Ниже этого окна расположено четыре кнопки опций измерений, которые используются для выбора типа измерений: «Амперметр», «Вольтметр», «Омметр», «Уровень децибел». Работа с данным прибором достаточно проста. К примеру, для измерения тока, протекающего через цепь в ветке между двумя узлами, необходимо нажать кнопку «Амперметр» и включить мультиметр последовательно с цепью, как и реальный амперметр. Если существует необходимость одновременно измерить ток другого узла цепи, надо включить в нее другой амперметр. Ниже кнопок опций измерений находятся две кнопки режима измерений. Кнопка, на которой отображена прямая линия, используется для измерения постоянного тока и напряжения. Кнопка с синусоидой предназначена для измерений среднеквадратичных напряжений или токов

Рис. 2. Лицевая панель мультиметра и его пиктограмма на схеме

сигналов переменного напряжения. В нижней части лицевой панели мультиметра находится кнопка «Параметры», после нажатия на которую открывается диалоговое окно «Параметры мультиметра» (рис. 3), в котором можно настроить такие параметры, как входные сопротивления амперметра и вольтметра, выходной ток омметра, относительный уровень децибел, индикация перегрузки шкалы амперметра, шкалы вольтметра, шкалы омметра. В нижнем левом и правом углах мультиметра расположены входные клеммы. Для вступления в силу внесенных изменений необходимо нажать на кнопку «Принять», которая находится в нижней части диалогового окна.

Генератор слов предназначен для генерации 32-разрядных двоичных слов и используется для отправки цифрового слова или битового шаблона в схему при симуляции цифровых схем. На рис. 4 представлена пиктограмма генератора на схеме и его лицевая панель, с помощью которой производятся настройка параметров и просмотр результатов генерации. Левые выводы генератора соответствуют младшей части 16 бит 32-разрядного битового слова, а правые выводы — старшей части. Вывод R — вывод готовности данных (после каждого удачно сгенерированного слова на этот вывод отправляется логическая единица). Вывод R позволяет схеме узнать, что данные из генератора слов готовы. Вывод Т — это вывод внешней синхронизации.

Рассмотрим более подробно интерфейс лицевой панели генератора слов. Генерируемые слова отображаются в буфере вывода, окно которого расположено в правой части лицевой панели генератора. Ввод слов в буфер может производиться и вручную. Каждая горизонтальная строка отображает одно слово. Тип числа, которое отображается в буфере вывода, зависит от того, в какую позицию установлен переключатель в поле «Отображение». Число может принимать шестнадцатеричное, десятичное, двоичное или ASCII значение. После запуска генератора сформированная строка бит посылается параллельно на соответствующие выводы прибора (от 0 до 31), а также отображает-

Рис. 4. Лицевая панель генератора слов и его пиктограмма на схеме (момент генерации двоичного слова 01001100 в буфере вывода)

ся в нижней части лицевой панели (строка представляет выходные выводы генератора слов). В левой части панели генератора слов находится окно «Управление», в котором размещены следующие кнопки:

• «Циклически» — генерирование слов происходит до тех пор, пока не будет остановлено моделирование;

• «Однократно» — генерируется последовательность слов с начальной до конечной позиции (для создания начальной и конечной позиции слов необходимо в окне буфера вывода выбрать при помощи левой кнопки мыши строку с необходимым значением и вызвать при помощи правой кнопки мыши контекстное меню, в котором выбрать пункт «Установить начальный шаг» или «Установить конечный шаг»);

• «Пошагово» — используется для отправки в схему только одного слова за один раз;

• «Установки. » — после нажатия на данную кнопку открывается одноименное окно свойств буфера вывода (рис. 5). В левой части окна в поле «Конфигурация» посредством установки переключателя можно выбрать одну из следующих опций:

— «Загрузить» — загружает последовательность слов из файла шаблона, который был сохранен ранее;

— «Сохранить» — сохраняет последовательность слов в файл-шаблон с расширением .Ар;

— «Очистить буфер» — обнуляет содержимое буфера вывода;

— «Вверх» — заполняет буфер последовательностью слов, начиная со значения, указанного в поле «Инициализировать конфигурацию» (каждое следующее сгенерированное значение слова на единицу больше предыдущего);

— «Вниз» — заполняет буфер последовательностью слов, начиная со значения, указанного в поле «Инициализировать конфигурацию» (каждое следующее сгенерированное значение слова на единицу меньше предыдущего);

— «Вправо» — заполняет буфер последовательностью слов, начиная со значения, указанного в поле «Инициализировать конфигурацию» (каждое следующее сгенерированное значение слова сдвигается вправо на один разряд);

— «Влево» — заполняет буфер последовательностью слов, начиная со значения, указанного в поле «Инициализировать конфигурацию» (каждое следующее сгенерированное значение слова сдвигается влево на один разряд).

После того как опция выбрана, необходимо нажать на кнопку «Принять».

Частота генерации слов задается в диапазоне от 1 Гц до 1000 МГц в поле «Частота» окна лицевой панели генератора слов. Запуск генератора может производиться как внутренним, так и внешним сигналом синхронизации (по фронту или по спаду сигнала), выбор которого производится в поле «Запуск» при помощи кнопок «Внутренний», «Внешний».

На рис. 4 запечатлен момент генерации двоичного слова 01001100 в буфере вывода. Сразу же после генерации слово поступило на выводы генератора слов (к выводам для наглядности подключены красные пробники, которые и отображают значение логических сигналов на выходах 0-7 генератора слов). Обратите внимание на то, что значение сгенерированного слова в буфере вывода соответствует снятому при помощи пробников значению выводов генератора. На выводе R в момент генерации слова появился положительный сигнал готовности данных, что также видно из рисунка.

Рис. 5. Окно свойств буфера вывода

Красные пробники также можно отнести к виртуальным инструментам программной среды Ми^т. Принцип их работы таков: при появлении сигнала логической единицы на входе пробник отображается на схеме красным цветом. Если же на входе логический ноль, пробник бесцветен. Красные пробники находятся на панели инструментов «Виртуальные измерительные компоненты».

Логический анализатор предназначен для отслеживания состояния логических элементов цифровых электронных устройств при разработке больших систем, а также для выявления неисправностей. Для съема сигналов с исследуемой схемы логический анализатор имеет 16 выводов. Помимо этого данный виртуальный прибор оснащен тремя входами запуска:

• С (внешняя синхронизация);

• Q (избирательный вход запуска);

• Т (маскированный вход запуска). Внешний вид логического анализатора

и его лицевая панель представлены на рис. 6. Рассмотрим лицевую панель более подробно. Шестнадцать переключателей в левой части панели соответствуют шестнадцати каналам съема сигналов. Переключатели становятся активными в том случае, если выводы анализатора подключены к узлам цифровой схемы; в противном случае, когда каналы анализатора свободны, переключатели не активны. В следующей колонке отображены имена узлов схемы, соответствующие подключенным к ним каналам анализатора. После запуска симуляции схемы логический анализатор снимает входные значения со своих выводов и отображает полученные данные в виде прямоугольных импульсов на часовой диаграмме во временной области лицевой панели. Вывод значений начинается с канала 1. В нижней части временной области отображаются сигналы, полученные со входов запуска анализатора. Также прибор оснащен двумя курсорами, предназначенными для проведения измерений во временной области. В нижней части лицевой панели рассматриваемого прибора расположена панель управления, в левой части которой находятся три кнопки:

• «Стоп» (остановить анализ);

• «Сброс» (очистить экран временной области);

• «Экран» (инвертировать цвет экрана временной области).

В центральной части панели управления находится окно показаний курсора, в котором расположены три поля:

• «Т1» (показания курсора Т1);

• «Т2» (показания курсора Т2);

• «Т2-Т1» (временной сдвиг между курсорами).

Кнопки стрелок позволяют изменять значения показаний курсора в большую или в меньшую сторону. Код позиции курсора

сапр i проектирование 1161

Рис. 6. Внешний вид логического анализатора и его лицевая панель

Рис. 7. Окно установки синхронизации

отображается в поле, которое расположено за полем показаний курсора.

В правой части панели управления находится окно «Параметры запуска», в котором в поле «Время/Дел» можно задать число тактов часовой диаграммы на деление. Настройку параметров тактирования входных сигналов можно произвести при помощи кнопки «Установка», которая расположена в группе «Развертка» окна «Параметры запуска». После нажатия на эту кнопку откроется окно «Установки синхронизации» (рис. 7), в котором настраиваются следующие параметры:

• источник синхроимпульсов (внешний или внутренний) — параметр задается при помощи установки переключателя в нужную позицию;

• тактовая частота — устанавливается путем ввода значения с клавиатуры в данное поле;

• определитель — задается активный уровень сигнала синхронизации (0 или 1);

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

• дискретизация — задаются параметры выборки сигналов до порога, после порога, а также пороговая величина. Настройка дополнительных условий запуска анализатора производится в окне «Установки запуска» (рис. 8), которое можно вызвать из окна «Параметры запуска» при помощи кнопки «Установка», которая на-

Рис. 8. Окно установки запуска

ходится в группе «Уровень». В окне настраивается маска, по которой осуществляется фильтрация логических уровней и синхронизация входных сигналов. Для вступления в силу внесенных изменений необходимо нажать на кнопку «Принять».

Программная среда Multisim предоставляет большое количество виртуальных инструментов, которые можно использовать для измерений и исследования поведения раз-

рабатываемых электрических схем. Принцип работы всех инструментов Multisim (подключение к схеме, использование) идентичен принципу работы реальных аналогов этих приборов. При всей своей простоте в использовании данный программный продукт является надежным помощником по схемотехнике для автоматического создания цепей и узлов, в состав которого входят более 16 000 компонентов, сопровождаемых аналитическими моделями, с возможностью изменения параметров «на лету» и полный набор средств анализа. Необходимо отметить, что программная среда Multisim полностью соответствует стандартам IEEE. ■

1. NI Circuit Design Suite — Getting Started with NI Circuit Design Suite. National Instruments. January 2012.

2. Технология виртуальных приборов компании National Instruments. National Instruments. 2013.

3. NI Multisim — Fundamentals. National Instruments. January 2012.

4. Professional edition release notes NI Circuit Design Suite Version 12.0.1. National Instruments. 2012.