【文章內容簡介】 交流分析、瞬 態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、噪聲系數分析、失真分析、直流掃描分析、靈敏度分析、參數掃描分析、溫度掃描分析、極點 零點分析、傳輸函數分析、最壞情況分析、蒙特卡羅分析、布線寬度、批處理分析、用戶自定義分析、噪聲指數分析等。這些分析方法基本能滿足一般電子電路的分析設計要求。 （ 5）超強的仿真能力 可以分別對模擬或數字電路進行仿真，也可以將數字元件和模擬元件連接在一起進行仿真分析。分析結果以數值或波形直觀地顯示出來，仿真失敗時會顯示出錯信息，提示可能出錯的原因，并且仿真結果可隨時存儲和打印。 Multisim支持 遠程控制能力，不僅可以將 Multisim軟件的界面共享給其他人，使得其他人在自己的計算機上看到控制者的操作情況，而且可以將控制權交給其他人，讓其操作該軟件，這樣可以實現交互式教學，是進行電子電路教學的理想工具 。 Multisim 2020軟件的操作界面： Multisim 2020 可以在 Windows98/2020/xp 環(huán)境下工作。啟動 Multisim 2020 后，它的界面顯示出功能強大的 Windows 統(tǒng)一風格的菜單欄。 Multisim 2020 模仿了一個實際的電子實驗臺。主窗口中最大的區(qū)域是電路工作區(qū)，在 這里可以進行電路的連接和測試。在電路工作區(qū)的下方是闡述區(qū)。可用來對電路進行注釋和說明。工作區(qū)的上面是菜單欄、工具欄，左邊是元器件庫欄，右邊是儀表工具欄。從菜單欄可以選擇電路連接、實驗所需的各種命令。工具欄包含了常用的操作命令按鈕。元器件庫欄包含了電路實驗所需的各種元器件。儀表工具欄包括各種測試儀器。通過鼠標器操作即可方便地使用各種命令和實驗設備。按下 “啟動 /停止 ”開關或 “暫停 /恢復 ”按鈕可以方便地控制實驗的進程，在沈陽理工大學學士學位論文 8 多媒體教學中，只要按此按鈕，就可以對相關的電路進行仿真。 Multisim 2020軟件的電路 圖輸入方式及元器件、儀器儀表的使用方法： Multisim 2020軟件采用圖形化的電路圖輸入方式，界面友好，操作便捷。各類元器件的模型都置于各自的元器件盒內，就如實驗室的備件箱。只要打開相應的元件箱，拿出該元件拖到工作臺上，然后用連接線正確連接即可；刪除元器件時，只需將元器件放回盒中即可。在元器件上雙擊鼠標，便可以改變元器件的參數。 Multisim 2020軟件元器件也可以改變方向，操作時只需按工具欄的旋轉按鈕圖標。就能進行相應的調整。對于儀器儀表，只要將其拖到工作臺上，就像在實驗室那樣連接線路，構成柔性 測試系統(tǒng)。若要調整元器件的參數，只要雙擊鼠標來改變數值即可。 Multisim 2020軟件還具有自動布線功能，在電路圖上布線非?？旖?。只要按著鼠標從連線起點拉到終點后放開。就會進行自動布線。 Multisim 仿真軟件是一種專門用于電子電路設計與仿真的 EDA 工具軟件，它改變了以往以變量估算和電路實驗為基礎的電路設計方法，能完成從電路的仿真設計到電路版圖生成的全過程，從而為電子系統(tǒng)的設計、電子產品的開發(fā)和電子系統(tǒng)工程提供了一種全新的手段和便捷的途徑。它界面形象，采用圖形方式創(chuàng)建電路。對元器件既提供了理想模型。又 可以進行不同的故障仿真，所用的測試儀器外形及操作方法與實際儀器很相似，因此非常適合電工電子類課程的教學和實驗。作為電工電子類相關課程的輔助教學和實訓手段，它不僅可以彌補實驗儀器、元器件缺乏帶來的不足，降低原材料消耗和減少儀器損壞，還可以幫助學生更快、更好地掌握課堂講述的內容。加深對概念、原理的理解。 Multisim軟件進行仿真教學的學科多，幾乎包含電類專業(yè)的所有學科。例如：電工基礎電路、低頻電路、高頻電路、脈沖與數字電路、電視機電路、音響電路、電子測量電路、射頻電路以及機電電路等。特別是當它對模數電路的混 合仿真功能毫不遜色，幾乎能夠 100％ 地仿真出真實電路的效果，正因為如此 ， Multisim深受廣大電路設計者的喜愛，特別是在教育領域得到了更廣泛的應用。 應用 Multisim軟件進行仿真教學的操作簡單、直觀、方便，易懂，對某一具體電路仿真步驟如下： 沈陽理工大學學士學位論文 9 結合具體的教學內容，在理論教學過程中穿插進行。參看實驗電路的原理圖，運用Multisim進行電子電路仿真，同時又可運用儀器進行在線測量 。根據實驗要求，更改元件參數，觀測實驗現象的變化。最后對測量實驗結果進行分析，與理論計算結果進行比較。如果結論正確，填寫實驗報告，實驗結束。如果結論有誤，分析原因，更改相關元件參數，觀察所得的變化。再與理論計算進行對照分析。直至與理論結果相符。 沈陽理工大學學士學位論文 10 3 均勻量化和編碼系統(tǒng)的設計與實現 均勻量化和編碼系統(tǒng) 原理 模擬信號的數字傳輸 數字化 3步驟 如圖 ： 抽樣 、 量化 和 編碼 圖 數字化 3 步驟 模擬信 號的抽樣 低通模擬信號的抽樣定理 ： 抽樣定理 ：設一個連續(xù)模擬信號 m(t)中的最高頻率 fH，則以間隔時間為 T ? 1/2fH的周期性沖激脈沖對它抽樣時， m(t)將被這些抽樣值所完全確定。 設有一個最高頻率小于 Hf 的信號 m(t) 。將這個信號和周期性單位沖激脈沖 ?T(t)相乘，其重復周期為 T，重復頻率為 fs = 1/T。乘積就是抽樣信號，它是一系列間隔為 T 秒的強度不等的沖激脈沖。這些沖激脈沖的強度等于相應時刻上信號的抽樣值?，F用ms(t) = ?m(kT)表示此 抽樣信號序列。故有 (): () 用波形圖示出如下 圖 ： 抽樣信號 量化信號 t 011 011 011 100 100 100 100 編碼信號 )()()( ttmtm Ts ??沈陽理工大學學士學位論文 11 圖 抽樣過程 令 M(f)、 ??(f)和 Ms(f)分別表示 m(t)、 ?T(t)和 ms(t)的頻譜。按照頻率卷積定理，m(t)?T(t)的傅里葉變換等于 M(f)和 ??(f)的卷積。因此， ms(t)的傅里葉變換 Ms(f)可以寫為 （ ） ： （ ） 而 ??(f)是周期性單位沖激脈沖的頻譜，它可以求出等于 （ ） ： （ ） 式中 將上式代入 Ms(f)的卷積 式，得到 （ ）： （ ） 上式中的卷積，可以利用卷積公式 （ ） ： Tfs /1?(a) m(t) (e) ms(t) (c) ?T(t) 0 3T 2T T T 2T 3T )()()( ffMfM s ?????????? ??? n snffTf )(1)( ??????? ??? ?????n ss nfffMTfM )()(1)( ?沈陽理工大學學士學位論文 12 （ ） 進行計算，得到 （ ）： （ ） 上式表明，由于 M(f nfs)是信號頻譜 M(f)在頻率軸上平移了 nfs的結果，所以抽樣信號的頻譜 Ms(f)是無數間隔頻率為 fs的原信號頻譜 M(f)相疊加而成。 用頻譜圖示出如下 圖 ： 圖 頻譜圖 因為已經假設信號 m(t)的最高頻率小于 fH，所以若頻率間隔 fs ? 2fH，則 Ms(f)中包含的每個原信號頻譜 M(f)之間互不重疊，如上圖所示。這樣就能夠從 Ms(f)中用一個低通濾波器分離出信號 m(t)的頻譜 M(f)，也就是能從抽樣信號中恢復原信號。 這里，恢復原信號的條件是 （ ） ： （ ） 即 抽樣頻率 fs應不小于 fH的兩倍。這一最低抽樣速率 2fH稱為 奈奎斯特速率 。與此相應的最小抽樣時間間隔稱為 奈奎斯特間隔 。 ???? ???? )()()()()( tfdtfttf ??????? ??????? ???????? ??? )(1)()(1)( sn ss nffMTnfffMTfM ?fs 1/T 2/T 0 1/T 2/T ?? (f)f fH fH 0 fs |Ms(f)| fH fH f |M(f)| Hs ff 2?沈陽理工大學學士學位論文 13 恢復原信號的方法：從上圖可以看出，當 fs ? 2fH時，用一個截止頻率為 fH的理想低通濾波器就能夠從抽樣信號中分離出原信號。從時域中看，當用抽樣脈沖序列沖激此理想低通濾波器 時，濾波器的輸出就是一系列沖激響應之和，如下圖 。這些沖激響應之和就構成了原信號。 圖 原信號的恢復 抽樣信號的量化 設模擬信號的抽樣值為 m(kT)，其中 T 是抽樣周期， k 是整數。此抽樣值仍然是一個取值連續(xù)的變量。若僅用 N 個不同的二進制數字碼元來代表此抽樣值的大小，則 N個不同的二進制碼元只能代表 M = 2N個不同的抽樣值。因此，必須將抽樣值的范圍劃分成 M 個區(qū)間，每個區(qū)間用一個電平表示。這樣，共有 M 個離散電平，它們稱為 量化電平 。用這 M 個量化電平表示連續(xù)抽樣值的方法稱 為 量化 。 量化過程圖 如圖 ： 圖 量化過程圖 t 沈陽理工大學學士學位論文 14 M 個抽樣值區(qū)間是等間隔劃分的，稱為均勻量化。 M 個抽樣值區(qū)間也可以不均勻劃分，稱為非均勻量化。 量化一般公式 ： 設： m(kT)表示模擬信號抽樣值， mq(kT)表示量化后的量化信號值， q1, q2,…, qi, …, q6是量化后信號的 6個可能輸出電平， m1, m2, …, mi, …, m5為量化區(qū)間的端點。 則可以寫出一般公式 （ ） ： （ ） 按照上式作變換，就把模擬抽樣信號 m(kT)變換成了量化后的 離散抽樣信號，即量化信號。 量化器在原理上，量化過程可以認為是在一個量化器中完成的。量化器的輸入信號為 m(kT)，輸出信號為 mq(kT) ，如下圖 ： 圖 量化器原理 在實際中，量化過程常是和后續(xù)的編碼過程結合在一起完成的，不一定存在獨立的量化器。 均勻量化的表示式 ： 設模擬抽樣信號的取值范圍在 a和 b之間，量化電平數為 M，則在均勻量化時的量化間隔為 （ ）： （ ） 若量化輸出電平 qi 取為量化間隔的中點，則 （ ）： （ ） 顯然，量 化輸出電平和量化前信號的抽樣值一般不同，即量化輸出電平有誤差。這個誤差常稱為量化噪聲，并用信號功率與量化噪聲之比衡量其對信號影響的大小。 iiiq mkTmmqkTm ??? ? )(,)( 1當量化器 m(kT) mq(kT) Mabv ???Mimmq iii ,...,2,1,2 1 ??? ?沈陽理工大學學士學位論文 15 均勻量化的平均信號量噪比 ： 在均勻量化時，量化噪聲功率的平均值 Nq 可以用下式表示 （ ）： （ ） 式中 ， mk 為模擬信號的抽樣值，即 m(kT)； mq 為量化信號值，即 mq(kT)； f(mk)為信號抽樣值 mk 的概率密度； E表示求統(tǒng)計平均值； M 為量化電平數； 信號 mk 的平均功率可以表示為 （ ）： （ ） 若已知 信號 mk 的功率密度函數，則由上兩式可以計算出平均信號量噪比。 電路設計 在自動控制與信息處理技術中往往需要把模擬量轉換為數字量，這個過程稱為模 / 數轉換，完成模 / 數轉換的電路稱為 A / D轉換器，簡稱 ADC。實現 A／ D轉換，一般需要通過 抽樣 、量化、編碼 三 個步驟。 抽樣 保持電路在保持階段輸出的離散模擬量是一個電平信號。要把這個電平數值轉換為二進制的數字量，首先確定最小量化單位，以最小量化單位的整數倍確定量化區(qū)段，用二進制數表示每個量化區(qū)段的上限值和下限值，并且根據滿量程數值的大小確定二進制 數的位數。根據 抽樣 保持電路輸出的電平信號落在的量化區(qū)段，取該量化區(qū)段的上限值或者下限值的二進制數，來表示采樣保持電路輸出的電平信號的近似值，這個過程叫量化。所取的最小數字單位稱為量化單位，用 Δ表示。把量化的結果用代碼（二進制或者其他進制）表示出來，這一過程稱之為編碼。 在 Multisim 2020 仿真軟件中只有一種 A/D轉換電路，是將輸入的模擬信號轉換成8位的數字信號輸出，其中： VIN——模擬電壓輸入端子。 VREF+——參考電壓 “+”端子，要接直流參考源的正端，其大小視用戶對量化精度的要求而定。由于輸出 是 8位，若 VREF為 5V，則輸入信號對應的量化離散電平為（ ）： （ ） ? ? ?? ? ?????? ba Mi mm