Logic converter в multisim где находится

Обновлено: 03.07.2024

Программа Multisim содержит большое число виртуальных из- мерительных приборов (инструментов), которые можно использовать с целью проведения измерения или же исследования схемотехнических решений. Виртуальные измерительные приборы по своему действию соответствуют реальным приборам. С их помощью можно не только визуализировать информацию, но и сохранить ее в виде файла данных, который в дальнейшем можно будет использовать для обмена с другими программами, например LabVIEW.

Вложение	Размер
prakticheskaya_rabota_no2.docx	100.2 КБ

Предварительный просмотр:

Практическая работа № 2

Тема: « Применение виртуальных приборов для измерения параметров электрических цепей. »

Цель работы: ознакомится с интерфейсом программы Multisim научиться создавать электрические цепи и применять приборы измерения.

Программа Multisim содержит большое число виртуальных из- мерительных приборов (инструментов), которые можно использо- вать с целью проведения измерения или же исследования схемотех- нических решений. Виртуальные измерительные приборы по своему действию соответствуют реальным приборам. С их помощью можно не только визуализировать информацию, но и сохранить ее в виде файла данных, который в дальнейшем можно будет использовать для обмена с другими программами, например LabVIEW .

Панель инструментов на экране может быть расположена произ- вольно, но, как правило, она закрепляется у границ окна. Вид панели представлен на рис. 1.

Рис. 1. Вид панели инструментов

Измерительные приборы могут иметь разный внешний вид, в зависимости от того, какую задачу ставит перед собой пользователь и где расположен сам прибор (на панели инструментов или на поле схемы), пример показан в табл. 1.

Представление виртуальных приборов в Multisim

Представляет инструмент в пане-

ли инструментов Multisim’s NI

Представляет инструмент в цепи схемы. Для подсоединения к схе- ме необходимо использовать внешние выводы инструмента. Для открытия приборной панели необходимо дважды щелкнуть ЛКМ на символе

Открывается двойным щелчком ЛКМ на символе инструмента. Позволяет пользователю взаимо- действовать с инструментом – установить параметры измерения

Отображает результаты измерения

Приборы Multisim позволяют пользователю измерять параметры моделируемой схемы, даже если он не знаком с основами языка мо- делирования SPICE. Если пользователь изменяет настройки прибора, тут же автоматически изменяются и параметры моделирования.

При проведении моделирования показания приборов постоянно изменяются. В одной и той же схеме может быть несколько экзем- пляров прибора. Атрибуты настройки прибора и соответствующие этим настройкам параметры моделирования могут быть сохранены в конфигурационном файле. Полученные при моделировании данные при использовании встроенных приборов могут быть обработаны постпроцессором и показаны в окне Grapher View. Внешний вид (размеры) инструментальной панели прибора могут быть изменены в соответствии с требуемым разрешением экрана и способом отобра- жения данных. Данные, полученные в результате анализа, могут быть сохранены в формате файлов TXT, LVM, и TDM.

NI Electronics Workbench Group имеет тесные партнерские связи с представителями ведущих фирм в области измерительной техники, таких Agilent® и Tektronix®, поэтому приборы, размещенные на па- нели инструментов Multisim, выглядят и работают абсолютно так же, как и реальные физическое приборы этих производителей.

Инструменты для анализа напряжения и токов

Функциональные генераторы (Function generator)

Генерирование синусоидальных, трапеце- идальных и импульсных сигналов. Уста-

новка частоты, скважности, амплитуды сигнала

Измерение постоянного и переменного то-

ка, напряжения и потерь.

2-канальный осцил- лограф (Oscilloscope)

Измерение сигнала в двух каналах. Масштабирование Y и X осей.

Смещение по Y оси. Синхронизация

(4 channel scilloscope)

Измерение сигнала в четырех каналах. Масштабирование Y и X осей.

Смещение по Y оси. Синхронизация

Измерение мощности сигнала

Исследуются диоды, биполярные PNP и NPN-транзисторы(BJT). Канальные тран- зисторы (PMOS), (NMOS) и полевые.

КМОП структуры (CMOS)

Измеряются частота, период, фронты им- пульсов, АЧХ, фазовые сдвиги. Поддержива-

ется частота измерений свыше 10 ГГц, син- хронизация, развязка по постоянному току

Построитель графика Боде (Bode plotter)

Исследуются частотная характеристика, фазовые сдвиги. Поддерживается частота

измерений свыше 10 ГГц

Измеритель частот- ных искажений

Измеряются интермодуляционные искаже-

ния, суммарный коэффициент гармониче- ских искажений (коэффициент гармоник)

Измеряются 16 каналов, история измерений. Поддерживается синхронизация.

Внешняя/внутренняя опорная частота

Логический конвертер (Logic converter)

Цифровые схемы, построенные по таблицам ис- тинности и логическим выражениям. Таблицы истинности для цифровых схем. Логические выражения для цифровых схем. Реализуются циклы, обновление шага, сброс.

HEX, DEC, Boolean , ASCII-коды

Реализуются HEX, DEC, Boolean , ASCII представление данных, синхронизация, временная селекция. Режимы: циклы,

обновление шага, сброс

Приборы радиочастотного диапазона

Измеряются спектр, компоненты спектра

(мощность, частота), непрерывный и дискретный спектр

Прибор для анализа электрических цепей в обобщенном виде (Network analyzer)

Построение по цифровой схеме таблицы ис- тинности или логического выражения. Об- ратное преобразование таблицы истинности или логического выражения

в цифровую схему

Инструменты, моделирующие измерительные приборы фирм-производителей измерительных устройств

(Agilent function generator)

Тип генератора 33120А.

Моделирование реального прибора

Мультиметр DMM Ag-

ilent (Agilent multimeter)

Тип генератора 34401А.

Моделирование реального прибора

Тип осциллографа 54622D.

Моделирование реального прибора.

Тип осциллографа TDS 2024.

Моделирование реального прибора

Измерения тока, напряжения

и частоты относительно земли

Измерения тока, напряжения и частоты относительно

Имитация поведения токовых

измерителей (токовых клещей)

В приложении рассматриваются основы настройки часто ис- пользуемых виртуальных приборов: генератора слов, логического анализатора, функционального генератора.

Инструменты, базирующиеся на виртуальных приборах NI LabVIEW

Подключение к звуковой плате ком-

пьютера. Запись звука

Подключение к звуковой плате

Анализ сигнала во временной области.

пилообразный, треугольный сигналы

Создание проекта и программного файла

При открытии программы Multisim автоматически создается проект схемы под названием Circuit1. Для изменения имени схемы необходимо сохранить его через пункт меню File-Save As, желатель- но использовать в директории английские буквы. Для создания про- екта и программного файла следует выбрать микроконтроллер для программирования. В программе Multisim программируются микро- контроллеры, расположенные в БД в группе MCU , при этом МК вы- бирается двумя способами :

Устанавливаем микроконтроллер на рабочей области, появляет- ся всплывающее окно «Мастер по созданию программного файла», которое предлагает выполнить три шага для создания проекта и про- граммного файла.

Шаг 1. Определение рабочего пространства (рис. 2.)

В первой строке всплывающего окна указывается путь рабочего пространства для выбранного МК. Используя кнопку «Browse», мож- но изменить путь рабочего пространства, предложенный программой.

В следующей строке окна предлагается ввести имя рабочего пространства.

Рис. 2.. Окно задания рабочего пространства

Шаг 2. Создание проекта для микроконтроллера (рис. 2.)

В этом окне предлагается установить следующие настройки для будущего проекта:

Рис. 2.13. Создание проекта для микроконтроллера

Шаг 3. Создание программного файла (рис. 4)

В этом окне предлагается создать либо пустой проект, то есть без программного файла, либо добавить исходный программный файл, указав его имя. Работа с Мастером заканчивается нажатием кнопки Finish.

Рис. 4. Создание программного файла

Рис. 5. Окно программного файла

В окне Design Toolbox (рис. 5) на закладке Hierarchy возмож- но просмотреть структуру созданного проекта. Открытие программ- ного файла осуществляется двойным щелчком ЛКМ по его названию в окне Design Toolbox

Задания для практической работы

Согласно варианту задания нарисовать схему с использованием МК-51 и указанных элементов (табл. 2.8). Выполнить соединения элементов (произвольно), ввести позиционные обозначения и нумерацию цепей. При выполнении задания использовать следующие стандарты: ГОСТ 2.702-75 «Правила выполнения электрических схем»; ГОСТ 2.710-81 «Правила выполнения схем». Соединения эле- ментов с МК обозначить зеленым цветом. Также сравнить реальный и виртуальный компоненты, указанные в задании (объяснить, в чем состоит их отличие). Элементы схемы выбрать самостоятельно из базы данных Multisim.

Размещение компонентов производится через пункт меню Place или горячую клавишу Ctrl-W, которые вызывают обращение к проводнику компонентов (рис. 6).

В проводнике компонентов отображается текущая база данных со схемными элементами. В Multisim они организованы в группы (groups) и семейства (families). Также в проводнике компонентов отображается описание компонента (поле Function), модель и печатная плата или производитель.

Для поиска нужного элемента схемы необходимо набрать название компонента в поле Component, и проводник автоматически подберет подходящие элементы. Также требуемый элемент схемы можно найти в соответствующей ему группе (Group). При помощи подменю

«Поиск» (Search) открывается расширенный поиск элементов.

Символ звездочки («*») в названии компонента заменяет любой набор символов. Например, среди результатов запроса на элемент "74LS*N" будут микросхемы «74LS01N» и «74LS183N».

При работе с компонентами следует иметь в виду, что любому компоненту соответствует определенная модель в БД, учитывающая различные физические характеристики компонента. Например, операционный усилитель LM358M имеет 5 внешних контактов, но в этой модели БД из них используется только 3, контакты питания не задействованы (неявно заданы). Информация об особенностях используемой модели элемента находится в поле проводника «Производи-

тель/идентификатор» (Model Manuf.\ID), для этого необходимо выделить ЛКМ «Модель» (Model).

Двойной щелчок ЛКМ по компоненту или нажатие кнопки ОК в окне проводника компонентов прикрепит его к курсору. После этого компонент помещается на схему в желаемом месте рабочего пространства при помощи ЛКМ. До установки или после установки элемента в схему его можно повернуть по/против часовой стрелки при помощи горячей клавиши Ctrl-R/Ctrl-R-Shift или выбрать в контекстном меню пункт «90 Clockwise» или «90 Counter CW» соответственно.

Рис. 6. Проводник компонентов

Чтобы выбрать компонент на схеме, необходимо щелкнуть по нему ЛК мыши. Для одновременного выбора нескольких компонентов требуется прижать ЛК мыши и перемещать ее, рисуя прямоугольник вокруг нужных компонентов. Выбранные на схеме компоненты выделяются пунктирной линией. Выделение отдельных атрибутов компонента, например значения или метки, осуществляется одинарным щелчком по соответствующему атрибуту. Клавиша Shift позволяет добавлять или снимать выделение с нескольких компонентов. Выбранные компоненты из БД можно заменить на другие, подобные компоненты с помощью их контекстного меню, пункта Re- place Components, при этом открывается окно проводника компонентов. После замены элемента Multisim восстановит соединения с остальными элементами схемы.

Рассмотрим подробно работу со следующими виртуальными инструментами в Multisim: логический преобразователь, пробник-индикатор напряжения, частотомер.

Работа с логическим преобразователем.

Логический преобразователь выполняет преобразования представления схемы и цифровых сигналов и используется для анализа цифровых схем. Реального аналога данный прибор не имеет.

Для того, что бы добавить логический преобразователь в рабочее поле программы, необходимо нажать на его пиктограмму на панели «Приборы» и разместить его с помощью мыши в необходимом месте на схеме. Для того, что бы отобразить лицевую панель прибора, необходимо дважды щелкнуть левой кнопкой мыши на его пиктограмме на схеме. Принцип соединения логического преобразователя с элементами схемы такой же, как и для других компонентов схемы. Рисунок 1 демонстрирует лицевую панель рассматриваемого виртуального прибора и его пиктограмму на схеме, а так же пример его подключения к схеме.

Рис. 1. Лицевая панель логического преобразователя, его пиктограмма на схеме и пример подключения данного прибора к схеме

Прибор имеет восемь входов и один выход. Рассмотрим лицевую панель логического преобразователя более подробно. В левой части панели находится окно таблицы истинности исследуемой схемы. Столбцы таблицы соответствуют входам логического преобразователя (A, B, C, D, E, F, G, H). Над каждым столбцом таблицы расположен кружок, который отображается белым цветом в случае, когда вход преобразователя используется и серым – когда вход свободен. Последний столбец таблицы истинности соответствует выходу логического преобразователя. Значения данного столбца можно изменять для каждого входного условия, для чего необходимо щелкнуть по нему левой кнопкой мыши, переключаясь между тремя возможными установками: логический 0, логическая 1, значение Х. В нижней части лицевой панели находится строка функций, в которой отображается логическое выражение соответствующее исследуемой схеме. Логическое выражение в данное поле можно ввести и вручную в том случае, когда есть необходимость построить таблицу истинности согласно заданной функции либо произвести синтез схемы, реализующей функцию, описываемую введенным логическим выражением. В правой части лицевой панели прибора расположено шесть кнопок выбора преобразования:

«Построение таблицы истинности исследуемой схемы»;
«Построение логического выражения согласно с таблицей истинности»;
«Построение логического выражения в упрощенной форме согласно с таблицей истинности»;
«Построение таблицы истинности согласно с логическим выражением»;
«Построение схемы на логических вентилях согласно с логическим выражением»;
«Построение схемы на логических вентилях в базисе И-НЕ согласно с логическим выражением».

Для того, что бы получить таблицу истинности исследуемой схемы, необходимо подключить входы логического преобразователя к входам исследуемой схемы, а выход логического преобразователя соединить с выходом схемы, после чего нажать на кнопку «Построение таблицы истинности исследуемой схемы». В результате окно таблицы истинности будет заполнено значениями логических нулей и единиц.

Для построения логического выражения согласно с таблицей истинности необходимо составить таблицу истинности в соответствующем окне лицевой панели логического преобразователя. Для того, что бы заполнить данное окно воспользуйтесь кнопками-кружками в верхней части лицевой панели. Задайте так же и выходные значения таблицы истинности. После того как таблица составлена, нажмите на кнопку «Построение логического выражения согласно с таблицей истинности» или «Построение логического выражения в упрощенной форме согласно с таблицей истинности» в случае, когда необходимо получить выражение в дизъюнктивной нормальной форме.

Построение таблицы истинности согласно с логическим выражением производится путем ввода логического выражения в строку функций и последующего нажатия на кнопку «Построение таблицы истинности согласно с логическим выражением». Ввод выражения производится в соответствии со следующими правилами:

в выражении могут использоваться только значения букв совпадающие с названиями входов логического преобразователя (то есть: A, B, C, D, E, F, G, H) ;
логическая операция сложения обозначается знаком «+»;
логическая операция умножения не обозначается;
инверсия обозначается знаком «'»;
при составлении выражения при необходимости могут использоваться скобки «( )».

Построение схемы, которая реализует логическое выражение, производится путем ввода в строке функций этого выражения и последующего нажатия на кнопку «Построение схемы на логических вентилях согласно с логическим выражением». В результате чего логическим преобразователем будет выведена на рабочее поле программы схема, которая реализует функцию, описывающую введенное в строке функций выражение. Пример данного преобразования представлен на рисунке 2.

Рис. 2. Построение схемы, реализующей заданную функцию, при помощи логического преобразователя

Построение схемы в базисе И-НЕ, которая реализует заданное логическое выражение, производится путем ввода в строке функций этого выражения и последующего нажатия на кнопку «Построение схемы на логических вентилях в базисе И-НЕ согласно с логическим выражением». В результате чего логическим преобразователем будет выведена на рабочее поле программы схема, соответствующая условиям заданной функции, реализованная только на вентилях И-НЕ. Пример данного преобразования представлен на рисунке 3.

Рис. 3. Построение схемы в базисе И-НЕ при помощи логического преобразователя

Пробник-индикатор напряжения.

На панели инструментов «Виртуальные измерительные компоненты» (данную панель можно добавить в проект при помощи команды меню «Вид/Панель инструментов») находятся пиктограммы пяти цветных пробников-индикаторов напряжения: бесцветный, синий, зеленый, красный, желтый. Принцип работы данных индикаторов не отличается, различие состоит лишь в цвете. Пробник-индикатор напряжения определяет напряжение в конкретной точке схемы и если исследуемая точка имеет напряжение равное или большее значения напряжения срабатывания, которое указано в настройках данного пробника-индикатора, то индикатор загорается цветом. Задать необходимое пороговое значение срабатывания пробника-индикатора можно в окне настроек данного прибора на вкладке «Параметры», установив в поле «Пороговое напряжение (VT)» необходимое значение напряжения. Для вступления в силу произведенных изменений нужно нажать на кнопку ОК. Окно настроек можно открыть с помощью двойного щелчка левой кнопки мыши на пиктограмме данного прибора на схеме. Название окна настроек соответствует названию цвета настраиваемого пробника-индикатора. К примеру, для зеленого пробника-индикатора окно настроек будет иметь название «PROBE_GREEN», а для желтого – «PROBE_YELLOW». На схеме пороговое напряжение срабатывания пробника-индикатора отображается рядом с его пиктограммой. На рисунке 4 представлен пример подключения нескольких пробников-индикаторов к исследуемой схеме, а так же окно настроек зеленого пробника.

Рис. 4. Пример подключения нескольких пробников-индикаторов к исследуемой схеме, а так же окно настроек зеленого пробника

Проведение измерений при помощи частотомера.

Частотомер – это измерительный прибор, который используется для измерения частоты сигнала. В Multisim данный прибор находится на панели инструментов «Приборы». Пиктограмма прибора используется для его подключения к схеме, а лицевая панель для настройки и наблюдения за результатами измерений. На рисунке 5 представлен пример, который наглядно демонстрирует подключение двух частотомеров XFC1 и XFC2 к исследуемой схеме.

Рис. 5. Пример подключения двух частотомеров к исследуемой схеме

Рассмотрим представленный пример более подробно. Частотомер XFC1 используется для измерения времени переднего и заднего фронта сигнала, частотомер XFC2 для измерения длительности положительного и отрицательного импульса. Так же частотомер можно использовать для измерения частоты сигнала и длительности одиночного цикла сигнала. Измеряемый параметр выбирается при помощи кнопок: «Частота», «Период», «Длительность», «Фронт/Спад» в окне «Измеряемый параметр» в левой части лицевой панели прибора. Результаты измерений отображаются в «Окне результатов», которое находится в верхней части лицевой панели прибора. В поле «Чувствительность (RMS)» задается нужное значение и единицы измерения чувствительности прибора. В поле «Уровень запуска» задается нужное значение и единицы измерения переключения (точка, которую должен достигнуть сигнал, прежде, чем отобразится результат). В нижней левой части лицевой панели прибора расположено окно «Вид измерения», в котором находятся две кнопки. Посредством выбора одной из кнопок можно задать отображение в «Окне результатов» только переменной составляющей сигнала (кнопка «АС») или сумму переменной и постоянной составляющих сигнала (кнопка «DC»). Переключатель в правой нижней части лицевой панели прибора отображает наличие подключения частотомера к исследуемой схеме.

Внешний вид логического преобразователя показан на рис. 3.10. На лицевой панели преобразователя показаны клеммы-индикаторы входов А, В. Н и одного выхода OUT, экран для отображения таблицы истинности исследуемой схемы, экран-строка для отображения ее булева выражения (в нижней части). В правой части панели расположены кнопки управления процессом преобразования (CONVERSIONS). Возможные варианты использования преобразователя (см. также примеры в гл. 9):

1. Логический анализ га-входового устройства с одним выходом (входы исследуемого устройства подключаются к клеммам А. Н, а выход — к клемме OUT). В этом случае, используя кнопки управления, получим:

1.1. — таблицу истинности исследуемого устройства;

1.2. — булево выражение, реализуемое устройством;

1.3. — минимизированное булево выражение;

1.4. — схему устройства на логических элементах без ограничения их типа;

1.5. — схему устройства только на логических элементах И-НЕ.

2. Синтез логического устройства по таблице истинности.

2.1. Щелчком мыши по входным клеммам А, В. Н, начиная с клеммы А, активизируем мышью требуемое число входов анализатора (на рис. 3.10 показаны активными входы А, В, С и D), в результате чего на экране анализатора получим начальную таблицу истинности, в которой будут представлены все возможные комбинации входных сигналов и соответствующие им значения логических сигналов (О или 1) в столбце OUT.

2.2. Отредактируем полученную таблицу в соответствии с заданием путем записи 1, О или Х в столбце OUT в строках, которые по комбинациям входных сигналов соответствуют заданным. Пусть, например, в первой строке при комбинации входных сигналов 0000 (см. рис. 3.10) нужно на выходе получить не 0, а 1. Для этого ставим курсор мыши на первую строку в столбце OUT, производим щелчок и на клавиатуре вводим 1. Дальнейшие перемещения с целью редактирования остальных строк столбца OUT удобнее производить с помощью клавиш управления курсором. При этом данные в столбцах А, В, С и D редактирования не требуют, поскольку в этих столбцах уже имеются все возможные комбинации.

Рис. 3.10. Лицевая панель логического преобразователя

Далее выполняем команды из п. 1, начиная с пп. 1.2. 3. Синтез логического устройства по булеву выражению. 3.1. Булево выражение заносится в экран-строку, предварительно активизируя там мышью курсор. Используются символы А. Н, при инверсии — А\..Н\

3.2. Нажимая кнопку , получаем таблицу истинности.

Для использования этого инструмента щелкните кнопку Logic Converter на панели Instruments и щелкните в месте, где следует расположить иконку в рабочей области. Иконка используется для подключения прибора к схеме. Двойной щелчок по иконке открывает панель инструмента, которая используется для настройки и просмотра результатов измерений.

Логический конвертер способен выполнить отдельные преобразования представления схемы или цифровых сигналов. Это полезный инструмент при анализе цифровых схем, но он не имеет реального двойника. Прибор может подключаться к схеме для получения таблиц истинности или Булевых выражений реализации схемы, или при построении схемы из таблиц истинности или Булевых выражений.

Щелкните по кружочкам или надписям под ними для отображения входа на этом выводе.

Примечание: Если вы не знакомы с подключением и настройкой приборов, см. «Добавление инструментов к схеме» и «Использование инструментов» перед использованием инструментов.

8.11.1 Установки логического конвертера

Получение таблицы истинности из схемы

► Для получения таблицы истинности из схемы:

1. Подключите входные выводы логического конвертера к узлам (до восьми) схемы.

2. Соедините единственный выход схемы с выходным выводом иконки логического конвертера.

3. Щелкните по кнопке Circuit to Truth Table . Появится таблица истинности для схемы на дисплее логического конвертера.

National Instruments Corporation

Multisim User Guide

Ввод и преобразование таблицы истинности

► Для построения таблицы истинности:

1. Щелкните по входным каналам, которые нужны от A до H, в верхней части прибора. Область дисплея ниже заполнится необходимыми комбинациями единиц и нулей выполняя входные условия. Значения в колонке выхода на правой стороне первоначально установлены в «?».

2. Отредактируйте выходную колонку для задания нужного выхода для каждого входного условия. Для изменения выходного значения щелкните по нему, переключаясь между тремя возможными установками: «0», «1» и «X» («X» показывает, что возможно как 1, так и 0).

► Для преобразования таблицы истинности в Булево выражение щелкните кнопке Truth Table to Boolean Expression . Булево выражение отобразится в нижней части логического конвертера.

► Для преобразования таблицы истинности в упрощенное Булево выражение, или для упрощения существующего Булева выражения щелкните кнопку

Упрощение построено на методе Quine-McCluskey, хотя больше знакома техника Karnaugh mapping (карты Карно). Karnaugh mapping работает только с небольшим числом переменных и требует вмешательства человека, тогда как метод Quine-McCluskey поддерживает работу с любым количеством переменных, но очень громоздкий при ручном вычислении.

Примечание: Упрощение Булевых выражений требует много памяти. Если памяти не хватает, Multisim может оказаться не способен завершить эту операцию.

Ввод и преобразование Булева выражения

Булево выражение может быть введено в область в нижней части логического конвертера с использованием sum-of-products (сумма произведений) или product-of-sums (произведение сумм) нотации.

► Для преобразования Булева выражения в таблицу истинности щелкните по кнопке Boolean Expression to Truth Table .

► Для преобразования Булева выражения в схему щелкните по кнопке Boolean Expression to Circuit .

Логические вентили, которые реализуют Булево выражение, появятся в окне схемы.

► Чтобы увидеть схему, соответствующую условиям Булева выражения, используя только вентили И-НЕ, щелкните по кнопке Boolean Expression to NAND .

Примечание: Ширина соединений в полученной схеме определяется установками Wire Width на закладке Wiring диалогового окна Sheet Properties .

Принцип работы всех инструментов Multisim (подключение к схеме и использование) идентичен принципу работы реальных аналогов этих приборов. Для того чтобы добавить виртуальный прибор в рабочее поле программы, необходимо нажать на его пиктограмму на панели «Приборы» и разместить его с помощью мыши в необходимом месте на схеме. Для того чтобы отобразить лицевую панель прибора, следует дважды щелкнуть левой кнопкой мыши на пиктограмме прибора на схеме. После того как панель откроется, введите необходимые настройки подобно тому, как бы вы это сделали на панели реального прибора. Принцип соединения виртуальных инструментов с элементами схемы такой же, как и для других компонентов схемы.

Рассмотрим подробно работу с каждым из виртуальных инструментов в Multisim.

Ваттметр

Ваттметр является специальным прибором для измерения активной мощности. Результат измерения отображается в ваттах. Помимо этого, ваттметр показывает коэффициент мощности, вычисляемый по сдвигу между напряжением и током и их произведению. Коэффициент мощности равен косинусу фазового угла между напряжением и током.

Рис. 1. Лицевая панель ваттметра, его пиктограмма на схеме и пример подключения этого прибора к схеме

Работа с этим прибором проста. Для того чтобы определить мощность на нагрузке, необходимо первые две входные клеммы ваттметра включить параллельно нагрузке, а следующие две — последовательно. Результат отобразится в окне «Результаты измерений». Пример на рис. 1 демонстрирует определение мощности, рассеиваемой на резисторе R8 схемы.

Функциональный генератор

Функциональный генератор представляет собой инструмент для генерации тестовых сигналов синусоидальной, треугольной или прямоугольной формы и может использоваться для подачи этих сигналов в моделируемую схему. Для подключения к схеме функциональный генератор имеет три вывода: положительный, отрицательный, общий (нейтральный). На рис. 2 показаны лицевая панель рассматриваемого прибора и его пиктограмма на схеме, а также пример его подключения к схеме.

Рис. 2. Лицевая панель функционального генератора, его пиктограмма на схеме и пример подключения этого прибора к схеме

Лицевая панель функционального генератора используется для ввода установок прибора. В ее верхней части расположено поле «Форма сигнала», в котором находятся кнопки выбора одного из трех типов сигналов. Кнопки не имеют названий, но их функции интуитивно понятны, так как на каждой кнопке визуально отображена форма генерируемого с ее помощью выходного сигнала.

В поле «Параметры сигнала» можно задать путем ввода с клавиатуры такие значения генерируемого сигнала:

частоту;
длительность;
амплитуду;
смещение.

При выборе кнопки генерации прямо-угольных сигналов в нижней части лицевой панели генератора становится активной кнопка «Фронт/Спад», после нажатия на которую открывается окно «Установка времени фронта/спада» (рис. 3). В этом окне в поле «Время фронта/спада» можно с клавиатуры ввести необходимое значение времени в нс или мкс.

Рис. 3. Окно «Установка времени фронта/спада»

Логический преобразователь

Логический преобразователь изменяет представление схемы и цифровых сигналов и используется для анализа цифровых схем. Реального аналога этот прибор не имеет. На рис. 4 представлены лицевая панель этого виртуального прибора и его пиктограмма на схеме, а также пример его подключения к схеме.

Рис. 4. Лицевая панель логического преобразователя, его пиктограмма на схеме и пример подключения этого прибора к схеме

Прибор имеет восемь входов и один выход. В левой части панели находится окно таблицы истинности исследуемой схемы. Столбцы таблицы соответствуют входам логического преобразователя (A, B, C, D, E, F, G, H). Над каждым столбцом таблицы расположен кружок, который отображается белым цветом в случае, когда вход преобразователя используется, и серым — когда вход свободен. Последний столбец таблицы истинности соответствует выходу логического преобразователя. Значения этого столбца можно изменять для каждого входного условия, для чего необходимо щелкнуть по нему левой кнопкой мыши, переключаясь между тремя возможными установками: «лог. 0», «лог. 1», значение Х.

В нижней части лицевой панели находится строка функций, в которой отображается логическое выражение, соответствующее исследуемой схеме. Логическое выражение в это поле можно ввести и вручную в том случае, когда есть необходимость построить таблицу истинности согласно заданной функции либо произвести синтез схемы, реализующей функцию, описываемую введенным логическим выражением.

В правой части лицевой панели прибора расположено шесть кнопок выбора преобразования:

«Построение таблицы истинности исследуемой схемы»;
«Построение логического выражения согласно с таблицей истинности»;
«Построение логического выражения в упрощенной форме согласно с таблицей истинности»;
«Построение таблицы истинности согласно с логическим выражением»;
«Построение схемы на логических вентилях согласно с логическим выражением»;
«Построение схемы на логических вентилях в базисе И‑НЕ согласно с логическим выражением».

Для того чтобы получить таблицу истинности исследуемой схемы, необходимо подключить входы логического преобразователя к входам исследуемой схемы, а выход логического преобразователя соединить с выходом схемы, после чего нажать на кнопку «Построение таблицы истинности исследуемой схемы». В результате окно таблицы истинности будет заполнено значениями логических нулей и единиц.

Для построения логического выражения согласно с таблицей истинности необходимо составить таблицу истинности в соответствующем окне лицевой панели логического преобразователя. Для того чтобы заполнить это окно, нужно воспользоваться кнопками-кружками в верхней части лицевой панели. Так же устанавливаются и выходные значения таблицы истинности. После того как таблица составлена, следует нажать на кнопку «Построение логического выражения согласно с таблицей истинности» или «Построение логического выражения в упрощенной форме согласно с таблицей истинности» в случае, когда необходимо получить выражение в дизъюнктивной нормальной форме.

Построение таблицы истинности согласно с логическим выражением производится путем ввода логического выражения в строку функций и последующего нажатия на соответствующую кнопку.

Ввод выражения производится в соответствии со следующими правилами:

В выражении могут использоваться только значения букв, совпадающие с названиями входов логического преобразователя (то есть A, B, C, D, E, F, G, H).
Логическая операция сложения обозначается знаком «+».
Логическая операция умножения не обозначается.
Инверсия обозначается знаком «′».
При составлении выражения при необходимости могут использоваться скобки «()».

Построение схемы, которая реализует логическое выражение, производится путем ввода в строке функций этого выражения и последующего нажатия на кнопку «Построение схемы на логических вентилях согласно с логическим выражением». В результате чего логический преобразователь выведет на рабочее поле программы схему, которая реализует функцию, описывающую введенное в строке функций выражение. Пример данного преобразования представлен на рис. 5.

Рис. 5. Построение схемы, реализующей заданную функцию, при помощи логического преобразователя

Построение схемы в базисе И‑НЕ, которая реализует заданное логическое выражение, производится путем ввода в строке функций этого выражения и последующего нажатия на кнопку «Построение схемы на логических вентилях в базисе И‑НЕ согласно с логическим выражением». В результате чего будет выведена на рабочее поле программы схема, соответствующая условиям заданной функции, реализованная только на вентилях И‑НЕ. Пример такого преобразования представлен на рис. 6.

Рис. 6. Построение схемы в базисе И НЕ при помощи логического преобразователя

Двухканальный осциллограф

Осциллограф позволяет измерять следующие параметры электрического сигнала: напряжение, ток, частоту, угол сдвига фаз. Этот прибор предоставляет возможность наблюдать за формой сигнала во времени. Двухканальный осциллограф имеет два входа (канал А и В) и может отображать осциллограммы двух сигналов одновременно. Пиктограмма двухканального осциллографа на схеме и его лицевая панель представлены на рис. 7.

Рис. 7. Пиктограмма двухканального осциллографа на схеме и его лицевая панель

Каждый канал имеет сигнальный вход и контакт заземления. В программе Multisim осциллограф заземлен по умолчанию, поэтому контакт заземления можно не использовать.

В верхней части лицевой панели расположен графический дисплей, который предназначен для графического отображения формы сигнала, а именно для отображения напряжения по вертикальной оси и, соответственно, времени по горизонтальной оси. Также прибор оснащен двумя курсорами для проведения измерений во временной области, которые при необходимости можно перемещать при помощи левой кнопки мыши.

В нижней части находится панель управления, предназначенная для настройки отображения измеряемого сигнала. На панели управления размещено четыре окна настроек («Развертка», «Канал А», «Канал В», «Синхронизация»), кнопки «Экран» и «Сохранить», а также окно «Показания курсора», в котором расположено три поля:

«Т1» (показания курсора Т1);
«Т2» (показания курсора Т2);
«Т2‑Т1» (временной сдвиг между курсорами/разность напряжений между проверяемыми точками);
кнопки стрелок, позволяющие изменять значения показаний курсора в большую или в меньшую сторону.

Окно «Показания курсора» находится под графическим дисплеем и предназначено для отображения времени и напряжения в проверяемых точках (точках пересечения курсора с синусоидальной кривой), а также для отображения разности между показаниями курсора Т2 и Т1.

В верхней части окна «Развертка» расположено поле «Шкала», в котором задается величина деления по оси Х. Начальная точка вывода сигнала на оси Х указывается в поле «Задержка Х». Поле может принимать как положительное, так и отрицательное значение. По умолчанию значение этого поля — 0. Отображение сигнала на экране графического дисплея производится слева направо. Ввод положительного значения в это поле сдвигает начальную точку вывода сигнала вправо, соответственно, ввод отрицательного значения сдвигает начальную точку влево. Выбор режима развертки осуществляется посредством нажатия одной из четырех кнопок (Y/T, Add, B/A, A/B), расположенных в нижней части окна «Развертка». В случае выбора режима «Y/T» (сигнал по оси Y/время) на экране графического дисплея по оси Y будут отображаться сигналы каналов А и В, а ось Х будет осью времени. В режиме Add на экране графического дисплея отображается суммарный сигнал каналов А и В. Режимы B/A и A/B используются для построения передаточной характеристики исследуемой схемы, при этом в режиме B/A отображается сигнал канала В относительно канала А, а в режиме A/B — сигнал канала А относительно канала В.

В верхней части окна «Канал А» расположено поле «Шкала», в котором задается величина деления по оси Y. Начальная точка вывода сигнала на оси Y указывается в поле «Смещение Y». Поле может принимать как положительное, так и отрицательное значение. По умолчанию значение этого поля — 0. (В этом случае начальная точка Y находится на пересечении осей Y и Х.) Ввод положительного значения в это поле сдвигает начальную точку вверх по оси Y, соответственно, ввод отрицательного значения сдвигает начальную точку вниз. (Изменение значения в этом поле на 1 сдвигает исходную точку на одно деление оси Y.)

Выбор режима работы осуществляется посредством нажатия одной из трех кнопок (АС, «0», DC). В режиме АС отображается только переменная составляющая сигнала, а в режиме DC — сумма переменной и постоянной составляющих сигнала. В случае выбора кнопки «0» входной канал замыкается на «землю», а на экране графического дисплея отображается прямая линия в точке исходной установки оси Y. В правой нижней части окна «Канал А» расположен индикатор входного вывода, отображающий наличие подключения канала А к схеме.

Окно «Канал В» имеет аналогичные параметры настроек, за исключением кнопки «–», которой нет в окне «Канал А». С помощью этой кнопки можно задать инверсный режим работы осциллографа, в котором сигнал инвертируется относительно положения нуля. Этот режим применяется только для канала В.

В нижней правой части панели управления осциллографа размещено окно «Синхронизация». В верхней части этого окна находится поле «Запуск», в котором расположены пять кнопок. Первые две кнопки позволяют осуществить выбор запуска сигнала синхронизации — по фронту или по срезу. Следующие три кнопки служат для выбора источника синхронизации: «А» (канал А), «В» (канал В), «Внеш» (внешняя синхронизация). При помощи поля «Уровень» путем ввода значения с клавиатуры можно регулировать уровень, при превышении которого происходит запуск осциллограммы.

В нижней части окна «Синхронизация» находятся кнопки выбора режима синхронизации:

«Одн» (однократный) — режим ожидания сигнала синхронизации. Он используется для регистрации однократного сигнала.
«Норм» (Обычный) — в этом режиме осциллограф обновляет изображение на экране графического дисплея каждый раз при достижении уровня переключения.
«Авто» (автоматический) — сигнал синхронизации создается автоматически. Этот режим используется в том случае, когда невозможно создать сигнал запуска в однократном или обычном режиме. Запуск осциллограммы производится автоматически при подключении осциллографа к схеме или при включении эмуляции схемы.
«Нет» (синхронизация отсутствует) — этот режим может быть использован при измерении напряжения постоянного тока.

В верхней правой части панели управления осциллографа расположены две кнопки: «Экран» и «Сохранить». Кнопка «Экран» используется для инверсии цвета фона экрана графического дисплея осциллографа: с ее помощью производится переключение между белым и черным цветом фона. Сохранить результаты измерений, полученные при помощи осциллографа, на диск вашего компьютера можно в формате .scp (осциллограмма), .lvm (текстовый файл), .tdm (двоичный файл) при помощи кнопки «Сохранить».

Амперметр

Амперметр — это измерительный прибор для определения силы постоянного и переменного тока в электрической цепи. Показания амперметра зависят от величины протекающего через него тока, в связи с чем сопротивление амперметра по сравнению с сопротивлением нагрузки должно быть как можно меньше.

В Multisim использовать амперметр для измерения протекающего в схеме тока удобнее, чем мультиметр, по причине того, что амперметр занимает меньше места на схеме. Виртуальный амперметр находится на панели инструментов «Виртуальные измерительные компоненты». Эту панель можно добавить в проект при помощи команды меню «Вид/Панель инструментов».

По умолчанию сопротивление амперметра равно 1 мОм, но при необходимости этот параметр можно изменять. Сделать это можно следующим образом. Дважды щелкните левой кнопкой мыши по пиктограмме рассматриваемого прибора и в открывшемся окне «Амперметр» на вкладке «Параметры» в поле «Внутреннее сопротивление» введите нужное значение и единицы измерения (пОм, нОм…).

В этом же окне есть возможность задать режим работы амперметра. По умолчанию установлен режим DC, при котором измеряется только постоянная составляющая сигнала. Если возникает необходимость измерять среднеквадратичное значение сигнала, установите в поле «Режим» режим работы АС. Для вступления в силу внесенных изменений необходимо нажать на кнопку «ОК», которая находится в нижней части диалогового окна.

Работа с прибором проста. К примеру, для измерения тока, протекающего через цепь в ветке между двумя узлами, необходимо включить виртуальный амперметр последовательно с цепью, как и реальный амперметр. Если есть необходимость одновременно измерить ток другого узла цепи, включите в цепь второй амперметр.

Результаты измерений отображаются в окне результатов на пиктограмме амперметра.

На рис. 8 представлен пример подключения двух амперметров к схеме, а также окно настроек этого виртуального инструмента.

Рис. 8. Пример подключения двух амперметров к схеме и окно настроек амперметра

Программа Multisim предоставляет широкий набор виртуальных инструментов, которые позволяют производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить графики. Как вы уже могли убедиться, все приборы изображаются в виде, который максимально приближен к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно.

Читайте также: