EDA实验.docx

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EDA实验

实验一Multisim软件中基本仪器的使用

一、实验目的

1.熟悉Multisim软件绘制电路原理图的方法；

2.熟悉Mulitisim软件基本仪器仪表的操作方法；

3.学习使用Multisim软件对电路仿真的基本方法。

二、实验仪器

硬件：

X86型兼容计算机；软件：

Multisim电路仿真软件

三、实验步骤

1.新建电路图：

点击菜单File-->NewSchematic或点击图标新建一个电路原理图文件。

2.原理图参数设定：

a）.点击菜单Options-->GlobalPreferences，在选项卡Parts中选择SymbolStandard为DIN；在元件库Source中选择VCC，在元件库Basic中选择Resistor，在元件库TTL中选择74LS00，放置于原理图上；

b）.点击菜单Options-->GlobalPreferences，在选项卡Parts中选择SymbolStandard为ANSI；在元件库Source中选择VCC，在元件库Basic中选择Resistor，在元件库TTL中选择74LS00，放置于原理图上；

c）.对比两种标准下电路符号的异同，绘制于实验报告上。

d）.点击菜单Options-->SheetProperties，设置Circuit、Workspace、Wiring、Font等电路属性。

3.

绘制电路原理图：

a）.点击PlaceSource图标放置交流电源和地，点击PlaceBasic图标放置电阻Resistor、电容Capacitor、电感Inductor；

b）.用鼠标左键选取元件，将各元件放置到合适的位置，在元件上点击右键可旋转或镜像元件；。

c）.

双击元件修改元件参数；

d）.绘制导线，连接电路。

4.测量元件参数：

a）.经预习计算得UR1=，UC1=，IR1=，IC1=，IL1=，使用万用表Multimeter进行仿真测量，自拟表格记录并对比理论值和测量值；

b）.练习使用元件库Indicators中的Voltmeter和Ammeter测量电压电流；

c）.练习使用测量工具栏中的MeasurementProbe测量电压电流；

d）.经预习计算得电路的有功功率为P=，使用瓦特表Wattmeter测量电路的功率，注意功率因数的作用；

e）.练习使用2通道示波器Oscilloscope观察电路波形，使用Grapher观察电压的最大值、相位等信息。

5.三相交流电路研究：

a）.绘制三相交流电路星形接法和三角形接法的电路图；

b）.使用万用表Multimeter研究相电压和线电压并记录，验证理论值的正确性；

c）.使用4通道示波器4ChannelOscilloscope观察三相电压波形，绘图并记录。

6.二阶电路的响应研究：

a）.绘制二阶RLC电路，其中单刀双掷开关J1在元件库BasicSwitch中；

b）.启动仿真，当开关处于在下方时为RLC电路的零输入响应，开关切换至上方时为RLC电路的阶跃响应，使用示波器Oscilloscope观察响应的电压波形；

c）.当

时，电路系统为过阻尼系统，观察并绘制响应波形，使用Grapher工具测量超调量和稳态值等参数；

d）.当

时，电路系统为临界阻尼系统，观察并绘制响应波形，使用Grapher工具测量超调量和稳态值等参数；

e）.当

时，电路系统为欠阻尼系统，观察并绘制响应波形，使用Grapher工具测量超调量和稳态值等参数；

f）.当

时，电路系统响应出现什么现象？

分型并仿真绘制图形。

四、扩展内容

1.下图中L取何值时，电路发生谐振现象，设计实验验证电路的串联谐振和并联现象；

2.自行设计电路并利用仿真验证戴维南定理的正确性，绘制电路并记录结果。

五、思考内容

1.元件库中的虚拟元件Virtual和真实元件Real在使用上有什么不同？

2.元件库PowerSource中的AC_Power、SignalVoltage中的AC_Voltage和FunctionGenerator都可以输出电压，这三种元件使用上要注意什么问题？

3.示波器在使用过程中接地如何处理较为简便？

如何改变示波器波形的颜色使观察更方便？

六、实验报告要求

1.做好预习工作，实验过程中有的放矢；

2.认真记录实验数据，与理论计算数据相对比，分析产生差异的原因；

3.认真绘制实验过程中显示的图形，学会从图形分析电路特性的能力。

实验二Multisim软件在模拟电路中的应用

一、实验目的

1.进一步学习Multisim软件的使用方法；

2.掌握Multisim软件在模拟电路中的应用方法；

3.学习使用Multisim软件对模拟电路进行仿真和设计的方法。

二、实验仪器

硬件：

X86型兼容计算机；软件：

Multisim电路仿真软件

三、实验步骤

1.单管共射放大电路仿真：

a）.

三极管放大倍数估测：

使用仪表IV-Analysis观察估测NPN型三极管（Transistors）2N2222A的输出特性曲线，估算直流放大倍数

。

b）.单管共射放大电路静态工作点的测量：

构建如图所示的单管共射放大电路，则估算其静态工作点为：

，

，

。

将电路的输入信号和输出信号断开，使用万用表Multimeter或MeasurementProbe测量电路的静态工作点，与上述理论值相对照，分析误差产生的原因。

c）.单管共射放大电路动态特性的仿真：

理论计算该放大电路的动态特性为

，

，

，

。

将电路输入和输出连接上，使用万用表Multimeter测量放大倍数

，

（输入电压/输入电流），将电路中负载开路，测得

，则

。

对比测量值和理论计算值，分析误差产生的原因。

d）.单管共射放大电路输出波形的观察：

将电路的输出端接上示波器Oscilloscope，观察并绘制输出信号波形，注意放大倍数计算公式中负号如何体现在输出波形中。

将电阻Rb调整为400kΩ，观察波形出现了失真（顶部、底部），属于失真（饱和、截止）；将输入信号电压调整为25mV，电阻Rb调整1MΩ，观察波形出现了失真（顶部、底部），属于失真（饱和、截止），绘制失真的波形图，分析是什么原因造成了失真。

2.二阶滤波电路的仿真：

构建如图所示的二阶带通滤波电路，计算其理论下限频率为

Hz，上限频率

Hz。

通过波特图仪BodePlotter观察电路的波特图，使用Grapher工具在幅频特性上测量最大电压增益K=dB，放大倍数

，测量下限频率

，上限频率

，与理论值相比较，分析误差。

使用万用表Multimeter，调节电压信号源的频率，测量放大倍数，寻找下限频率

和上限频率

，测量最大电压放大倍数

。

3.正弦波发生电路的仿真：

构建如图所示的文氏电桥正弦波发生电路，计算其振荡频率为

，为满足起振条件，要求

。

通过示波器Oscilloscope观察并记录振荡产生的波形，估算振荡产生的正弦波的频率。

注意记录Rf调节至多少时电路开始起振，起振后为何出现波形失真，此时应将Rf调节至多少才能保持正弦波形，若Rf调节过小，将会出现什么现象，如何解释？

四、扩展内容

仿真直流电源电路，验证理论分析的正确性，观察并记录整流、滤波和稳压后的电压波形。

五、思考内容

1.单管共射放大电路中对电压的测量要注意哪些问题，使用万用表和示波器测量电压有何差异？

2.二阶滤波电路中品质因数Q的含义是什么，如何改变Q，对电路性能有什么影响？

3.正弦波发生电路中，要产生正弦波应如何调节Rf，若要使得输出信号易于稳定，应采取什么措施？

六、实验报告要求

1.做好预习工作，实验过程中有的放矢；

2.认真记录实验数据，与理论计算数据相对比，分析产生差异的原因；

3.认真绘制实验过程中的图形，学习从图形分析电路特性的能力。

实验三Multisim软件在数字电路中的应用

一、实验目的

1.进一步学习Multisim软件的使用方法；

2.掌握Multisim软件在数字电路设计中的应用；

3.学习使用Multisim软件对数字电路进行设计和仿真的方法。

二、实验仪器

硬件：

X86型兼容计算机；软件：

Multisim电路仿真软件

三、实验步骤

1.使用Multisim设计组合逻辑电路：

设计一个电灯控制电路，安装在三个不同地方的开关A、B、C能独立的将灯打开或熄灭。

a）.使用逻辑转换仪LogicConverter输入上述问题的真值表；

b）.点击按键

得到逻辑表达式；

c）.点击按键

得到最简逻辑表达式；

d）.

点击按键

得到由与、或、非门构成的电路；

e）.点击按键

得到由与非门构成的电路；

f）.设置输入输出端口，点击菜单Place->Connectors->HB/SCConnector，与电路的输入和输出端口相连；

g）.

选中生成的电路所有元件和线路，点击菜单Place->ReplacebySubcircuit，生成子电路，输入生成子电路名称；

h）.使用字信号发生器WordGenerator产生输入信号，使用元件库Indicators中的Probe显示输出，测试所设计的电路，字信号发生器设置如下。

2.研究组合逻辑电路中的竞争冒险现象：

构建如图所示的电路，输出信号Y=AB+A’C，当B=C=1时，Y=A+A’=1，当A从1变为0时，在门U3A的输入端发生竞争，输出将出现干扰脉冲，该现象称之为为竞争冒险。

若要消除竞争冒险，可以在表达式中增加冗余项BC，将函数改写为Y=AB+A’C+BC，试设计该电路，验证是否消除了竞争冒险现象。

3.使用Multisim设计时序逻辑电路：

使用TTL逻辑门74LS192设计十进制可逆计数器并用数码管显示计数结果。

a）.按图连线，观察输出结果，数码管在Indicator->HEX_DISPLAY中；

b）.若将计数器改成逆计数器，电路应如何修改；

c）.研究74LS192的清零端和置数端的作用，设计电路验证该功能；

d）.若将显示单元改为无译码功能的数码管，电路应如何修改？

四、扩展内容

1.使用TTL逻辑门74LS192，使用清零法或置数法构成N（N自选）进制计数器；

2.使用TTL逻辑门74LS194，构成双向移位寄存器。

实验四Multisim软件的高级仿真分析方法

一、实验目的

1.进一步学习Multisim软件的使用方法；

2.掌握Multisim软件的高级分析方法；

3.学习使用Multisim软件的高级分析方法改进电路设计。

二、实验仪器

硬件：

X86型兼容计算机；软件：

Multisim电路仿真软件

三、实验步骤

点击菜单Options->SheetProperties，将Circuit标签中的Netnames选择Showall。

1.

直流工作点分析：

直流工作点分析用来计算电路的静态工作点。

构建如图所示的电路，点击菜单Simulate->Analyses->DCOperationPointAnalysis，输出选择测量Ib、Ic、Ub、Uc，点击Simulate，分析输出结果。

2.交流分析：

交流分析用来分析线性电路的小信号频率响应。

点击菜单Simulate->Analyses->ACAnalysis，输出Output选择V4，Verticalscale选择Linear（线性）或Decibel（分贝），点击Simulate，观察电路的频率响应。

3.傅里叶分析

傅里叶分析用来分析时域信号的直流分量、基频分量和谐波分量。

点击菜单Simulate->Analyses->FourierAnalysis，输出Output选择V4，点击Simulate，观察输出信号的频谱。

4.直流扫描分析：

直流扫描分析用来分析电路节点直流工作点随电路中直流电源变化的情况。

点击菜单Simulate->Analyses->DCSweepAnalysis，输出Output选择V3，设置Source1的Stopvalue为12V，Increment为0.1点击Simulate，观察静态工作点随电源变化的情况。

5.

温度扫描分析：

温度扫描分析用来分析温度变化对电路性能的影响。

点击菜单Simulate->Analyses->TemperatureSweepAnalysis，温度扫描设置如图所示，选择不同的仿真方式，分析不同温度条件下电路的性能。

6.参数扫描分析：

参数扫描分析通过电路中某些元件的参数在一定范围内变化时对电路的直流工作点、瞬态特性和交流频率特性所产生的影响进行分析，以便对电路性能进行优化。

点击菜单Simulate->Analyses->ParameterSweepAnalysis，选择扫描元件为Rb，设置如左图所示，选择扫描方式为DCOperatingPoint，输出Output选择V3、Ib、Ic，点击Simulate，观察Rb变化时静态工作点如何变化。

点击菜单Simulate->Analyses->ParameterSweepAnalysis，选择扫描元件为RL，设置如右图所示，选择扫描方式为ACAnalysis，输出Output选择V4，点击Simulate，观察RL变化时电路放大倍数如何变化。

7.瞬态分析：

瞬态分析用来分析电路节点的时域响应。

a）.

构建如图所示电路，其中信号源设定占空比DutyCycle为100%，模拟阶跃信号源，点击菜单Simulate->Analyses->TransientAnalysis，输出Output选择V3，Endtime选择0.03秒，点击Simulate，观察电路的阶跃响应，改变电阻R1为5kΩ，再次观察电路的阶跃响应。

b）.将信号源频率Frequency改为20Hz，占空比DutyCycle改为1%，模拟冲激信号源，点击菜单Simulate->Analyses->TransientAnalysis，输出Output选择V3，Endtime选择0.1秒，点击Simulate，观察电路的冲激响应，改变电阻R1为5kΩ，再次观察电路的冲激响应。

四、扩展内容

1.使用参数扫描分析电容C1或三极管Q1参数改变时对电路性能的影响；

2.自行练习其他的电路高级分析方法。

五、思考内容

1.如何使用电路高级分析方法提高电路分析的效率？

2.电路高级分析方法的使用取决于使用者对各类电路分析的掌握程度。

六、实验报告要求

1.做好预习工作，实验过程中有的放矢；

2.认真记录实验数据，并与理论计算数据相对比，分析产生差异的原因；

3.认真绘制实验过程中的图形，学习从图形分析电路特性的能力。

实验五Protel软件的模拟电路原理图绘制

一、实验目的

1.学习印刷线路板PCB的相关知识；

2.掌握使用Protel软件绘制电路原理图的方法；

3.掌握Protel软件元件库的使用方法。

二、实验仪器

硬件：

X86型兼容计算机；软件：

ProtelDXP软件

三、实验步骤

1.使用Protel软件设计电路原理图的通用步骤：

a）.在硬盘上新建一个文件夹，以进行设计的电路项目名称命名，并启动Protel软件；

b）.点击菜单File->New->PCBProject，新建一个电路PCB项目，点击菜单File->SaveProject，输入项目名称并保存到新建的目录下；

c）.点击菜单File->New->Schematic，新建一张电路原理图，点击菜单File->Save或图标

，输入电路原理图名称并保存到相应的目录下；

d）.点击菜单Design->DocumentOptions可以对电路原理图的工作环境进行设置，无特殊要求可以取默认值；

e）.点击原理图下方或右侧的标签Libraries，弹出元器件库面板，选择元器件库MiscellaneousDevices.IntLib；

f）.在Devices库中选择需要的元件，双击鼠标以选中元件并将其放置到原理图中，可以按TAB键直接修改元件参数；

g）.快捷键PageUp放大原理图显示比例，PageDown缩小原理图显示比例，Ctrl+PageDown显示全图，按住鼠标右键移动鼠标可移动原理图显示范围；

h）.元件放置完毕后，用鼠标左键选中元件，按键Delete可删除元件；用鼠标左键按住元件，按键Space可90°旋转元件，按键X可左右翻转元件，按键Y可上下翻转元件；移动元件，确定元件的布局；

i）.用鼠标双击元件以修改元件参数，主要修改元件标号Designator和参数值Value，注释Comment无特殊需求可不显示；

j）.元件布局确定后，点击菜单Place->Wire或图标

，进入绘制电路连接导线状态，光标变为十字，移动到元件管脚处出现红色米字型电气捕捉符号，开始绘制连接导线，完毕后按Esc或鼠标右键结束本段导线，注意连接点Junction的使用，注意Wire和Line的区别；

k）.元件和连接导线可进行剪切Cut、复制Copy、粘贴Paste和移动Move的操作，选中元件后按住Ctrl移动元件为带连接导线移动，否则为元件单独移动；

l）.点击下方或右侧的标签Libraries，选择元件库MiscellaneousConnectors.IntLib，放置连接件；

m）.点击菜单Place->PowerPort或图标

，或点击菜单View->Toolbars->PowerObjects，打开电源工具栏，在电路中放置电源VCC和地GND标记，并修改电源属性至符合要求；

n）.点击菜单Place->NetLabel或图标

，在电路的输入输出端口或连接件的管脚上放置相应的网络标号，并输入网络标号的名称；

o）.点击菜单Place->TextString或图标

，可放置文字，说明电路图内容，也可在标题栏中输入文件信息；

p）.电路图绘制完成后，点击菜单File->SaveAll保存项目中所有文件；

q）.点击菜单Project->CompilePCBProject，对电路原理图进行编译，点击电路图下方标签Message，打开信息面板观察电路错误信息，双击该信息进行修正电路；

r）.点击菜单Design->NetlistforDocument->Protel，生成电路原理图的网络表，观察网络表信息，注意网络表对于电路元件和电路网络的描述；

s）.点击菜单Reports->BillofMaterial，单击按键Report，生成该电路所用的元器件列表。

2.使用Protel软件绘制下列模拟电路的原理图：

图1单管共射工作点稳定放大电路

图2带通滤波器电路

图3直流稳压电源

四、扩展内容

1.自行设计并绘制模拟电路中的功率放大电路的电路原理图；

2.自行设计并绘制模拟电路中的正弦波振荡电路的原理图；

五、思考内容

1.电路原理图连线中的Wire和Line有什么不同？

2.电路中的电源和输入输出信号一般如何处理？

3.如何使用网络标号NetLabel简化电路连接导线？

六、实验报告要求

1.做好预习工作，实验过程中有的放矢；

2.认真记录实验数据，与理论计算数据相对比，分析产生差异的原因；

3.认真绘制实验过程中显示的图形，学会从图形分析电路特性的能力。

实验六Protel软件的数字电路原理图绘制

一、实验目的

1.学习印刷线路板PCB的相关知识；

2.掌握使用Protel软件绘制电路原理图的方法；

3.掌握Protel软件不同元件库的使用方法。

二、实验仪器

硬件：

X86型兼容计算机；软件：

ProtelDXP软件

三、实验步骤

1.使用Protel软件设计下列数字电路原理图：

a）.点击菜单File->New->PCBProject，新建一个电路PCB项目，点击菜单File->SaveProject，输入项目名称并保存到新建的目录下；

b）.点击菜单File->New->Schematic，新建一张电路原理图，点击菜单File->Save或图标

，输入电路原理图名称并保存到相应的目录下；

c）.点击原理图下方或右侧的标签Libraries，弹出元器件库面板，点击按钮

，选择标签Installed，点击按钮

，装载自定义的元器件原理图库ProtelDOSSchematicTTL.lib和封装库GeneralIC.lib；

d）.在TTL库中选择需要的元件，双击鼠标以选中元件并将其放置到原理图中，可以按TAB键直接修改元件参数，注意选择芯片的数目；

e）.点击菜单Place->NetLabel或图标

，在电路的适当位置放置相应的网络标号，并输入网络标号的名称，学习使用网络标号来简化电路连线；

f）.点击菜单Project->CompilePCBProject，对电路原理图进行编译，点击电路图下方标签Message，打开信息面板观察电路错误信息，双击该信息进行修正电路；

g）.点击菜单Design->NetlistforDocument->Protel，生成电路原理图的网络表，观察网络表信息，注意网络表对于电路元件和电路网络的描述；

h）.点击菜单Reports->BillofMaterial，单击按键Report，生成该电路所用的元器件列表。

图1三人表决电路

2.使用Protel软件设计下列数字电路的原理图，学习数码管的使用方法：

图210进制异步计数器电路

3.使用Protel软件设计下列单片机最小系统的原理图，学习总线的绘制方法：

图3单片机最小系统电路

四、扩展内容

1.自行设计并绘制数字电路中的移位寄存器电路的电路原理图；

2.自行设计并补充单片机小系统中扩展部分原理图；

五、思考内容

1.绘制数字电路原理图在放置元件时应怎样注意元件符号与芯片的对应关系？

2.数字电路中的如何使用网络标号简化电路连线？

3.数字电路中的电源若设定网络标号为+5V，则元件的隐藏引脚应如何处理？

六、实验报告要求

1.做好预习工作，实验过程中有的放矢；

2.认真记录实验数据，与理论计算数据相对比，分析产生差异的原因；

3.认真绘制实验过程中显示的图形，学会从图形分析电路特性的能力。

实验七Protel软件的PCB图绘制

一、实验目的

1.学习印刷线路板PCB的相关知识

2.掌握使用Protel软件印刷电路板的方法

3.练习并熟悉印刷线路板的技巧

二、实验仪器

硬件：

X86型兼容计算机；软件：

ProtelDXP软件

三、实验步骤

1.使用Protel软件设计印刷线路板图的步骤：

a）.点击菜单File->New->PCBProject，新建一个PCB项目并保存；

b）.点击菜单File->New->Schematic，新建电路原理图，绘制并保存电路原理图；

c）.点击菜单Project->CompilePCBPr