基于M ultisim软件的可编程波形发生器设计＊

徐 刚

(南昌大学,江西 南昌 330031)

M ultisim是美国国家仪器有限公司推出的以Window s为基础的电子电路仿真软件,它适用于模拟电路、数字电路、模拟/数字混合电路、射频电路以及部分微机接口电路的仿真。它为用户提供了一个集成化的虚拟设计实验环境,包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式。通过M ultisim软件和虚拟仪器技术,使用者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程,仿真结果与实验情况非常接近,满足使用者从参数到产品的设计要求。

运用M ultisim软件设计电路,比传统的电路设计具有明显优势。例如keil c51仅能对单片机的I/O进行仿真,不能对整个电路的运行状态进行分析。又如p roteus能够很好的仿真单片机电路,但没有M ultisim分析复杂数字电路的能力。M ultisim软件集模拟仿真、电路设计、状态分析于一体,能够实现设计与实验同步,边设计边实验,修改调试方便;仿真实验中不消耗实际的元器件和测试仪器,实验成本低,实验直观,实验速度快;仿真实验成功的电路模型还可以直接运用到实际生产中;克服实验环境、实验条件下的限制,利用自己的计算机就能模拟课后习题的输出值及波形。

本文以可编程波形发生器为例,介绍M ultisim软件用于单片机电路的软硬件设计和仿真实验方法。

1 硬件电路设计

图1 可编程波形发生器电路

图1中可编程波形发生器电路主体采用8051单片机,IDAC8作为数模转换器,为用户输出需要的波形。IDAC8是8位的数模转换器,它能将数字电压信号转化为模拟量输出,用于驱动元件。它的原理由D7-D0接受数字信号,转换公式为

由于输入的电压Iref+为5v,所以,当D7-D0都输入1时,输出的电压近似5v;都输入0时,输出电压0v。直接输出,电压不连续,得到的曲线不光滑,所以在输出端接一个c1=10pf的电容,可得到较好的结果。

2 软件设计与仿真结果

在M ultisim软件中,选择8051作为中心处理器,提供8位二进制数,在p roject type中,选择“use external hex file”即可从已有的hex文件中选择。电路图连接无误后,进行仿真。

2.1 锯齿波的输出

通过P0口的依次递加,来增加电压值。到达最高点后,从0继续开始,即可得到锯齿波的波形。程序设计如下:

运行上述程序,仿真结果如图2所示。

图2 锯齿波的波形图

图3 三角波的波形图

2.2 三角波的输出

输出三角波的设计思路类似输出锯齿波,只需在电压最高值时,再以相同速率降低即可。程序设计如下:

运行上述程序,仿真结果如图3所示。

2.3 正弦波的输出

将正弦波360°分为256点,则每个点之间的间隔为1.4°,然后计算每个电压对应的数字量即可,最后做成正弦波。为了输出波形的准确,此时的电容应取一大值,滤去杂波信号,提高输出的信噪比,这里c1= 200nf。

程序设计如下:

运行上述程序,仿真结果如图4所示。

图4 正弦波的波形图

3 结束语

本文在M ultisim软件平台上设计的可编程波形发生器,根据仿真结果证明硬件电路设计和软件编程是正确的,能够达到预期的设计目的。通过可编程波形发生器实例看出,M ultisim软件应用于电路设计方便快捷,可以有效提高设计的质量和效率,这种设计手段具有一定的推广价值。

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