Multisim中仪器仪表的使用.ppt

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1、学习情境三： Multisim 中仪器仪表的使用 子学习情境 3.1： 常用虚拟仪表的使用 电工电子技术 EDA 项目一：电压表、电流表的使用； 项目二：数字万用表的使用； 项目三：函数信号发生器的使用； 项目四：功率表的使用。 项目一：电压表、电流表的使用； 在指示器件库 （ Indicators） 中提供有电压 表 （ Voltmeter） 和电流表 （ Ammeter） ， 如图所示 ， 双击电压表或电流表 。 虚拟电压表和电流表，它们可通过旋转改变引出线 的方向，如图所示。虚拟电压表和电流表示一种交直流 两用数字表，在转换直流与交流测量方式时，可双击电 压表图标，在弹出的对话框中 Va

2、lue选项 Mode下，选择 直流（ DC)或交流（ AC）。当设置为交流模式时，显示 的是交流电压的有效值。 一、电压表的图标 电压表用于测量电路两点的交流或直流电压，当 测量直流电压时，电压表两个接线端有正负之分， 使用时按电路的正负极性对应相接，否则读数将为 负值。 二、电压的设置 （ 1） Label标号标签 （ 2） Display显示标签 （ 3） Value标称值标签 Resistance栏用于设置内阻， 一般为提高测量精度，电压表的内 阻要设置大一些，电流表的内阻要 设置小一些； Mode下拉列表框用于 选择交流（ AC）、直流（ DC）工作 方式。 （ 4） Fault故障标

3、签 三、电压表的连接 两个接线端使用时要与被测电路并联连接， 并注意按电路的正负极性对应相接。 电压探测器、灯泡、条形光柱的使用 电压探测器相当于一个发光二极管，但它是一个单端元件， 当其端电压大于设定值时，探测器被点亮。 灯泡的额定电压对交流信号而言是指其最大值，当加在灯泡 两端的电压在额定电压的 50% 100%时，灯泡一边亮；当在额定 电压的 100% 150%时，灯泡两边亮；当大于额定电压的 150%时， 灯泡被烧毁。对于直流而言，灯泡发出稳定的灯光；对于交流而 言，灯泡将一闪一闪地发光。 条形光柱类似于几个 LED发光二极管的串联，当电压超过某 个电压值时，相应的 LED之下的数个

4、LED全部点亮，它可以指示当 前的电平状态。 数码管的使用 七段数码管的每一段与引脚之间有唯一的对应关系，在某一 引脚上加高电平，其对应的数码段就发光显示，如果要用七段数 码管显示十进制数，需加上一个译码电路。 带译码的 8421数码管有 4个引脚线，从左到右分别对应 4位二 进制数的高位至低位，可显示 0 F之间的 16个数。 一、电流表的图标 二、电流表的使用 （ 1） Label标号标签 （ 2） Value标称值标签 （ 3）对话框中的另外两个标签 三、电流表的连接 一、数字万用表图标和面板 数字万用表面板上有一个数字显示窗口，可显示 5位数字。 面板中有 7个按钮，分别为电流、电压、

5、电阻、电平、交流、 直流、设置，根据万用表测量信号的需要可进行相应的转换。 项目二：数字万用表的使用； 二、数字万用表的内部参数设置 按面板图中的 Set（设置）按钮时，会弹出下图所示的一个 对话框，可进行万用表的内部参数设置。可设置数字万用表 的内部参数：电流表内阻、电压表内阻、欧姆表内阻。 Ammeter resistance(R)：设置 电流挡的内阻 (越小越好 )，其大小 影响电流的测量精度； Voltmeter resistance(R)：设 置电压挡的内阻 (越大越好 ) ，其大 小影响电压的测量精度； Ohmmeter current(I)：设置用 欧姆挡测量时，流过欧姆表的电

6、流值 (越小越好 ) 。 三、数字万用表的使用方法 1、数字万用表测量交、直流电压（并联） 2、数字万用表测量交、直流电流（串联） 3、数字万用表测量电阻（并联） 为测量准确，应注意做到以下几点： （ 1）被测对象是一个不含源的器件或器件网络； （ 2）电路中必须有一个接地点，否则无法测出电阻阻值； （ 3）数字万用表要设置为直流工作方式，即测量的电路中不能 存在交直流信号源，否则测量结果不准确； （ 4）保证没有与器件或器件网络相并联的其他电路。 （ 5) 万用表电阻挡无法判断二极管、三极管的好坏。 4、用数字万用表测量电平 例：用数字万用表电压挡测量如图所示电 路得分压值。 解：由于 R1

7、=R2=10k，所以理论 R2的上分压 值应为 6.000V。 当电压挡的内阻用其默认值 1G时，测的电压为 6.000V，与理论相符； 若将内阻设置为 1M时，测的电压为 5.970V。 可见，电压挡的内阻对电压的测量结果有影 响。 由于数字万用表测量的是有效值，而交流电 压源的电压为最大值，两者之间为 0.707倍的关系， 所以测出的输入交流电压为 14.142V，测出的输出 直流电压为 18.722V。 项目三：函数信号发生器的使用； 一、函数信号发生器的图标及面板 如图所示为函数信号发生器的图标和面板，它主要用来产 生正弦波、方波和三角波信号。对于三角波和方波可以设置其占 空比（ Du

8、ty cycle）的大小，还可以将正弦波、方波和三角波信 号叠加到设置的电压偏置（ Offset）上。 二、面板操作 在进行电路模拟仿真的同时可以同步进行调节信号发生器的 有关参数，直接观察输出数据波形的变化现象，这些信号 的频率调节范围很宽，可从音频调到射频。 函数信号发生器的输出信号参数范围如表所示。 三 、连 接 单极性连接方式（一般用于普通电路 ） （ 1）连接 和 Common端子，输出信号为正极性信号，峰 峰值等于 2倍幅值。 （ 2）连接 Common和端子，输出信号为负极性信号，峰 峰值等于 2倍幅值。 双极性连接方式（一般用于信号发生器与差分电 路相连，如 差动放大器、运算放

9、大器等。 ） （ 1）连接 和端子，输出信号峰 峰值等于 4倍幅值。 （ 2）同时连接 、 Common和端子，且把 Common端子 与公共地符号相连，则输出两个幅度相等、极性相反的信 号。 应用举例 下图所示为函数信号发生器的两种连接方式，两个 信号发生器的参数设置相同，均为输出频率 1kHz，幅 度 2V的正弦波，它们分别接到示波器的 A、 B通道，示 波器的两通道参数设置也相同，从输出波形看，双极性 连接方式输出信号的幅度为单极性连接方式输出信号幅 度的 2倍。 项目四：功率表的使用。 功率计用于测量电路中的平均功率和功率因子 ， 在进行电路连接时 ， 标 V两个端子为电压输入端口 ，

10、 与 测试电路并联；标 I的两个端子为电流输入端口 ， 与测 试电路串联 。 如图所示为纯电阻负载和感性负载电路的平均功率和 功率因数的测试 ， 其中电压源输出为峰值电压 。 从图中可 得知纯电阻负载电路的功率为 99.998W， 功率因子为 1；感 性负载电路的功率为 71.729W， 功率因子为 0.847。 （ 功率因子 这个数值通常介于 0与 1之间 ， 而且其数值绝对不能 大于 1， 它是 W(实功率 )与 VA(虚功率 )值之间的比数 ， 而比数的高与 低 ， 比数越高则电器本身的效能越好 ， 反之比数越低 ， 则表示电器 本身所消耗的能源越大 ， 也就越耗电 。 ） 教科书 10

11、5页 5 4、 5 7 项目一：示波器的属性设置及使用方法； 项目二：扫频仪的属性设置及使用方法 ； 项目三：字信号发生器的属性设置及使用 方法 ； 项目四：逻辑分析仪的属性设置及使用方 法 。 项目一：示波器的属性设置及使用方法； 示波器 （ Oscilloscope） 是电子测量中使用最为频繁的重要仪 器之一 ， 可用来观测信号的波形并可测量测量信号的幅度 、 频率 、 周期和相位差等参数 。 Multisim 2001提供了数字式存储示波器 ， 借助它用户可以看到通常在实验室无法看到的瞬间变化的波形 ， 并加以存储保留 。 示波器的图标和面板如图所示 。 一、连接 A通道接线端和 B通道

12、接线端分别与电路的测试节点相连接， G接地端与电路的地相接，但当电路中已有接地符号，也可不接。 二、面板操作 1、 Timebase区：用来设置 X轴方向时间基线扫描时间。 2、 Channel A区：用来设置 Y轴方向 A通道输入信号的标度。 3、 Channel B区：用来设置 Y轴方向 B通道输入信号的标度。 4、 Trigger区：用来设置示波器触发方式。 5、波形显示区：用来显示被测试波形。 6、测量数据的显示区：用来显示读数指针测量的数据。 输入耦合方式中有三种 ， “ AC”表示交流耦合； “ 0”表示接 地 ， 可用于确定零电平在屏幕上的基准位置； “ DC”表示直流耦合 。

13、其中 B通道中的 按钮在单独使用时，显示 B通道的反相波形， 若与时基调节中的 Add一起使用，则显示 A、 B通道 A-B迭加波形。 三 、 触发方式设置 示波器的触发方式设置面板如图所示 ， 其中： Edge用于选择上升沿触发或下降沿触发 。 Level用于选择触发电平的大小 。 触发方式有六种选择 ， 一般情况下使用 “ Auto”方式 。 项目二：扫频仪的属性设置及使用方法 ； 扫频仪又称为波特图示仪 (Bode Plotter),是用来分析电路 的频率响应，可以测试电路的幅频特性和相频特性，与实验室中 的扫频仪相似。使用时，必须在电路的输入端接入 AC（交流）信 号源但对其频率的设定

14、并无特殊的要求。 一、连接电路 波特图示仪有 IN和 OUT两个端口， IN端口的 +端连接电路输 入端， OUT端口的 +端连接电路输出端，而 -极与模拟地相连。 二、面板操作： 波特图示仪测量幅频特性和相频 特性时，单击 【 Magnitude】 按钮 显示幅频特性曲线；单击 【 Phase】 按钮显示相频特性曲线；单击 【 Save】 按钮保存测量结果；单击 【 Set】 按钮设置扫描的分辨率，数 值越大精度越高。 Vertical（垂直坐标）和 Horizontal（水平坐标）可以选择 的类型有 Log（对数）和 Lin（线 性）， I和 F分别是用来设置坐标起 点值和坐标终点值。水平

15、坐标表示 测量信号的频率，垂直坐标表示测 量信号的增益或者相位。 应用举例 下图所示为一个 RC低通滤波器 ， 观测 3dB带宽 。 搭接电路 。 由于波特图示仪在测量时必须在输入端 外加一个交流电压源的激励信号 ， 故电路中加入了一个 交流电压源 。 打开仿真开关，观察电路的频率特性曲线，拖动 读数指针至 3dB处。 从面板中读出当前值为：增益为 -2.992dB，频率 为 158.489Hz，即其带宽约为 158Hz。 讨论现实示波器与虚拟示波器 的区别。 问题 : 做一个倒计时器，显示屏采 用七段数码显示管。如何使七 段数码显示管输出字信号 9 0？ 项目三：字信号发生器的属性设置及使用

16、方法 ； 一、字信号发生器图标和面板 字信号发生器 (Word Generator)是一种能够产生 32路同步 逻辑信号的仪器。 可以用来对数字逻辑电路进行测试，实际上 是一个数字激励源编辑器，其图标和面板图如图所示。 二 、 设置字信号地址 面板图中的 Address区用于设置字信号地址 ， 如图所示 ， 其中： Edit栏显示当前编辑的字信号地址 。 Current栏显示当前输出的字信号地址 。 Initial栏和 Final栏分别用于设定输出字信号的首地址 和末地址 。 字信号的输出方式分为 3种： Step表示单步输出； Burst 表示字信号是从首地址开始至末地 址连续逐条单循环的输

17、出字信号； Cycle表示循环不断进行 Burst方式的字信 号输出。 在 Burst和 Cycle状态下可设置中断点， 通过光标选中某一地址的字信号后，单击 Breakpoint实现，设置为中断点的字信号 在显示区中以 *号显示，当运行至该地址时 输出暂停，单击 Burst或 Cycle则恢复输出。 字信号的输出方式 三、字信号输出方式设置 Clear buffer复选框： 用于设置是否清除字信号编辑 区的内容； Open复选框： 用于打开存有字信号内容的字信号文件， 其扩展名为 .dp； Save复选框： 用于保存字信号的内容，其文件的扩展 名为 .dp； 模式设置对话框 Up Count

18、er复选框： 设置输出递 增编码的字信号； Down Counter复选框： 设置输 出递减编码的字信号； Shift Right复选框： 设置输 出右移编码字信号； Shift Left复选框： 设置 输出左移编码字信号 。 字信号发生器有两种触发方式有两种触发方式： Internal（内部） 和 Externa1（外部）。当选择内部触发方式时，字信号的输出直接受输 出方式按钮（ Step、 Burst、 Cyc1e）控制。当选择外部触发方式时，必 须接入外触发脉冲信号，而且要定义 “ 上升沿 ” 或 “ 下降沿 ” 触发， 然后单击输出方式按钮，待触发脉冲到时才启动输出。 四、触发方式及输

19、出频率的设置 Frequency区用于设置字信号输出频率，在 Burst和 Cycle状 态下的输出快慢由设定的输出频率决定。为了保持同步，往往用 Data Ready端（数据准备就绪）指示。 当进行字信号编辑时，在显示区中用鼠标选择 编辑位置，当前编辑的地址可以在 Address区的 Edit 栏中看出，然后在字信号模型编辑区的 Hex栏中以 16 进制数输入数据，或者 ASCII栏以 ASCII码输入数据， 或者在 Binary栏以二进制数输入数据，显示区中相 应位置显示已设定的字信号模型。 字信号模型编辑区 五、字信号的编辑 设置字信号发生器，使之从地 址 0020 0029循环输出字信

20、号 0001 000A。 应用举例 在与非门组成的逻辑电 路中，如何验证电路输入端和 输出端之间的逻辑关系是否正 确？ 问题： 项目四：逻辑分析仪的属性设置及使用方法 。 逻 辑 分 析 仪 (Logic Analyzer) 可以 同时观察多路逻辑信号 波形 ， 适用于逻辑信号 高速采集和准确的时序 分析 ， 是分析和设计大 规模数字系统的有力工 具 。 系统提供的分析仪 可以同步记录和显示 16 路逻辑信号 ， 其图标和 面板图如图所示 。 为区别各路的波形，一般 将输入的连接导线设置为不同 的颜色。 面板下边的 Clocks/Div栏 （时基）在显示屏上单位水平 刻度显示的时钟脉冲数。当波

21、 形密集时，可将时基设置小一 点。拖动读数指针可以读取数 据，面板下部的两个方框内显 示指针处的时间读数和逻辑读 数（ 16进制数）。 一、面板输入端和逻辑波形显示 二、时钟控制设置 单击面板下部 Clock区的 【 Set】 按钮，可以对波形采集的 控制时钟进行设置。 时钟源选择 Internal，必须在内部时钟频率栏内输入相应频 率。 Clock qualifier（时钟触发电平控制）的设置决定时钟控制 输入端对时钟的控制方式，选中外部时钟（ External）时才起作 用。 Clock qualifier（时钟触发 电平控制）设置为 1(或 0)，表 示只有在时钟控制输入端输入 1(或

22、0)时，逻辑分析仪才可以 进行波形采集；若设置为 X， 表示时钟总是开放，不受时钟 控制输入端限制。 单击 Trigger区的 【 Set】 按钮可以进行触发模式设置。 触发时钟沿有上升沿、下降沿和任意边沿三种选择选择。 Trigger Qualifier(触发电平限制 )对触发有控制作用，若该 位设置为“ X” ，则触发控制端不起作用；若该位设置为 0(或 1)，则仅当触发控制端输入信号为 0(或 1)时，触发字才起作用。 三、触发模式设置 触发模型有 A、 B、 C三个触发字模型和触发组合， 每个触发字有 16位，触发字的某一位设置为 “ X” 时表示该位为 “ 任意 ” (0或 1)，三

23、个触发字 的默认值均为 “ XXXXXXXXXXXXXXXX”，即表示只 要第一个输入逻辑信号到达，逻辑分析仪均被 触发开始波形采集。触发组合模型是对三个触 发字进行逻辑组合，共有 21种组合供选择。 当所有项目选定之后，单击 Accept按钮确认 选择。 应用举例 用逻辑分析仪观察字信号发生器产生的时序逻 辑信号。 按图所示将字信号发生器 的输出信号由低位至高位与 逻辑分析仪的输入端对应连 接。设置字信号发生器频率 为 1kHz，字信号输出范围为 0000 000F。逻辑分析仪 Clock Source区选取 Internal，设置成由内部取得 时钟脉冲，设置 Clock Rata 为 1k

24、Hz（即 Clock的周期为 1ms），运行仿真开关。 从图可以看出：一个测 试周期内有 8个单位水平 格， Clock/Div设置为 2， 说明每个水平格为 2个时 钟脉冲（ Clock）周期， 共为 16次 Clock脉冲触 发。读数指针 T1为初始 时刻 0.0s，读数指针 T2 位终止时刻 16.0ms， T1 T2为两读数指针之间 的时间差，为 16.0ms。 时序关系按 000000010010001101000101 000E000F ，即为 16进制关系。 项目一：逻辑转换仪的属性设置及使用方法； 项目二：失真度分析仪的属性设置及使用方 法； 项目三：频谱分析仪的的属性设置及使

25、用方 法； 项目四：网络分析仪的的属性设置及使用方 法。 如何快速完成逻辑表达式、 真值表、逻辑电路三者之间的 相互转换？ 提问： 项目一：逻辑转换仪的属性设置及使用方法； 逻辑转换仪 （ Logic Converter） 是 Multisim软件中 特有的虚拟仪器 ， 实际工作中不存在与之对应的设备 。 它 能完成逻辑表达式 、 真值表和逻辑电路三者之间的相互转 换 ， 为逻辑电路的设计与仿真带来了方便 。 一、从逻辑电路导出真值表 由电路转换为真值表的方法：首先画出逻辑电路图，将其 输入端接至逻辑转换仪的输入端，输出端接至逻辑转换仪的 输出端。然后按下“电路 真值表”按钮，在真值表区就会

26、出现该电路的真值表。 二、从真值表导出逻辑表达式 由真值表转化为逻辑表达式：首先根据输入信号的个数用鼠 标点击逻辑转换仪顶部代表输入端的小圆圈（由 A至 H），选定 输入信号，此时在真值表区将自动出现输入变量的所有组合， 而右面的输出列的初始值全部为“ ？ ”。然后根据所要求的逻 辑关系确定真值表的输出值（ 0、 1或 X），方法是用鼠标多次 点击真值表输出列中的输出值。最后点击“真值表 表达式” 按钮，这时在面板底部逻辑表达式栏会出现相应的逻辑表达式。 如果要得到简化的逻辑表达式，点击“真值表 简化表达式” 按钮即可。注意表达式中用“ ”表示逻辑变量的“非”运算。 三、其它转换 可以直接在逻

27、辑表达式栏中输入表达式（“与 -或”式、 “或 -与”式均可），然后按下“表达式 真值表” 按钮可得到相应的真值表；按下“表达式 电路” 按钮可得到相应的逻辑电路；按下“表达式 与非电路” 按钮可得到由与非门构成的电路。 DIY功放，设置放大电路 参数时，如何尽量减小失真情 况发生？ 提问： 项目二：失真度分析仪的属性设置及使用方法； 失真分析仪（ Distortion Analyzer）是测量电路输出 失真情况的仪器，常用于音频设备的测试，如：音频功放、 音频信号发生器等。图标上仅有一个端子（ Input）用来 连接电路的输出信号。 应用举例 共射放大电路的失真度测试电路。 该电路为音频放大

28、电路，测试的频率范围设置为 20Hz 20KHz，基频为电路输入的信号频率 1KHz。 调节电位器 Rp的阻值（通过按键 a 和 A进行调节），改变 输入信号的幅度大小，可以看出输入信号增大，失真度也越 来越大，说明失真情况更加严重。 项目三：频谱分析仪的的属性设置及使用方法； 频谱分析仪 (Spectrum Analyzer)用于测量电路中 信号幅度与频率的关系，即进行频域分析。它可以方 便地研究信号的频率结构及范围，是通信及信号系统 的重要分析仪器。频谱分析仪的图标上有两个端子， IN是输入端子，用来连接电路的输出信号， T是外触 发信号输入端。 根据信号的频率范围不同，频谱分析仪提供了

29、3种测量模式，分 别对应于仪器面板上的 Set span、 Zero Span和 Full Span按 钮。 (1)Setspan模式。该模式的频率测量范围由用户自行设置，在面板的 Frequency区中，任意定义 Start(起始频率 )、 Center(中心频率 )、 End(终止频率 )中的任意两个 (通常设置 Start和 End)，然后单击面板上 的 Enter按钮确定即可完成频率范围设置。 (2)Zero Span模式。该模式用于测量某一具体频率点的频谱幅度，该 模式只需输入中心频率。 (3)Full Span模式。该模式用于测量整个频段内信号的频谱分布情况 , 上限为 4GHz。

30、 频谱幅度设置 Lin(线性 )：表示显示的幅度为被测信号该频谱分量的峰值。 dB：表示垂直刻度是对数形式的； dBm：主要用于功率频谱的测量。 频率分辨率设置 频率分辨率是指频谱分析仪进行分析时垂直谱线间的 分辨能力，分辨率的数值越大，谱线间显示的宽度越宽。 应用举例 利用乘法器实现混频的电路。根据电路原理， 该电路的输出信号频率应为两个信号的和频和差 频，幅度为两个信号幅度（有效值）及乘法器增 益的乘积 。 图中两输入正弦信号分别为频率 1KHz、幅度 5V和频率 10KHz 、幅度 3V，由于电路中交流电 压源标注的是峰值电压，故其有效值为峰值的 0.7倍。根据以上条件可以获得乘法器的输

31、出为： 和频分量： 幅 度： 差频分量： 幅 度： 步骤： （ 1）绘制电路，连接仪器，设置参数。 （ 2）双击频谱分析仪图标，设置频谱范围： Start为 6kHz， End为 14kHz ，然后单击 Enter按钮完成设 置。 （ 3）设置 Amplitude(幅度 )刻度为 Lin，设置 Range为 1V Div。 （ 4）设置 Resolution Frequency(频率分辨率 )为 500Hz。 （ 5）启动电路，运行仿真，频谱分析仪上将看到该 电路的频谱结构。 图中频谱的中心 频率为 9KHz 和 11KHz，幅度约 为 7.5V。 项目四：网络分析仪的的属性设置及使 用方法。 Multisim的网络分析仪 (Spectrum Analyzer)用于测量电路中信号幅度与频 率的关系，即进行频域分析。它可以方便 地研究信号的频率结构及范围，是通信及 信号系统的重要分析仪器。 教科书 105页 5 9、 5 10