Компоненты и проведение экспериментов

В библиотеки компонентов программы входят:

пассивные элементы;

транзисторы;

управляемые источники;

управляемые ключи;

гибридные элементы;

индикаторы;

логические элементы;

триггерные устройства;

цифровые и аналоговые элементы;

специальные комбинационные и последовательные схемы.

Активные элементы могут быть представлены моделями как идеальных, так и реальных элементов.

Возможно также создание своих моделей элементов и добавление их в библиотеки элементов.

В программе используется большой набор приборов для проведения измерений (показать): амперметр, вольтметр, осциллограф, мультиметр, Боде-плоттер (графопостроитель частотных характеристик схем), функциональный генератор, генератор слов, логический анализатор и логический преобразователь.

Анализ схем

Multisim может проводить анализ схем на постоянном и переменном токах.

При анализе на постоянном токе определяется рабочая точка схемы в установившемся режиме работы. Результаты этого анализа не отражаются на приборах, они используются для дальнейшего анализа схемы.

Анализ на переменном токе использует результаты анализа на постоянном токе для получения линеаризованных моделей нелинейных компонентов.

Анализ схем в режиме АС может проводиться как во временной, так и в частотной областях.

Программа также позволяет производить анализ цифро-аналоговых и цифровых схем.

В Multisim можно исследовать переходные процессы при воздействии на схемы входных сигналов различной формы.

Операции, выполняемые при анализе.

Multisim позволяет строить схемы различной степени сложности при помощи следующих операций:

выбор элементов и приборов из библиотек;

перемещение элементов и схем в любое место рабочего поля;

поворот элементов и групп элементов на углы, кратные 90 градусам;

копирование, вставка или удаление элементов, групп элементов; фрагментов схем и целых схем;

изменение цвета проводников;

выделение цветом контуров схем для более удобного восприятия;

одновременное подключение нескольких измерительных приборов и наблюдение их показаний на экране монитора;

присваивание элементу условного обозначения;

изменение параметров элементов в широком диапазоне.

Все операции производятся при помощи мыши и клавиатуры. Управление только с клавиатуры невозможно.

Путем настройки приборов можно:

изменять шкалы приборов в зависимости от диапазона измерений;

задавать режим работы прибора;

задавать вид входных воздействий на схему (постоянные и гармонические токи и напряжения, треугольные и прямоугольные импульсы).

Графические возможности программы позволяют:

одновременно наблюдать несколько кривых на графике;

отображать кривые на графиках различными цветами;

измерять координаты точек на графике;

импортировать данные в графический редактор, что позволяет произвести необходимые преобразования рисунка и вывод его на принтер.

Multisim позволяет использовать результаты, полученные в программах P-SPICE, РСВ, а также передавать результаты из Multisim в эти программы. Можно вставить схему или её фрагмент в текстовый редактор и напечатать в нем пояснения или замечания по работе схемы [9].

MicroCAP.

MicroCAP-8 — это универсальный пакет программ схемотехнического анализа, предназначенный для решения широкого круга задач.

Характерной особенностью этого пакета является наличие удобного и дружественного графического интерфейса, что делает его особенно привлекательным для непрофессиональной студенческой аудитории.

Несмотря на достаточно скромные требования к программно-аппаратным средствам ПК, его возможности достаточно велики.

С его помощью можно анализировать не только аналоговые, но и цифровые устройства.

Возможно также и смешанное моделирования аналого-цифровых электронных устройств, реализуемое в полной мере опытным пользователем пакета, способным в нестандартной ситуации создавать собственные макромодели, облегчающие имитационное моделирование без потери существенной информации о поведении системы.

Следует отметить, что MicroCAP является весьма привлекательным для моделирования электронных устройств средней степени сложности.

Однако авторы компетентно утверждают, что без использования дополнительной справочной литературы существенно снижаются области применения MicroCAP.

Пакет программ Orcad.

Пакет программ Orcad фирмы Cadence обеспечивает полный цикл проектирования многослойных печатных плат с размещением элементов в интерактивном режиме и использованием сервисных средств.

Пакеты программ LabVIEW.

Этот программный продукт ориентирован, в основном, на использование в системах автоматизации лабораторного эксперимента и испытаний.

По способу программирования этот пакет относится к графическим функционально-ориентированным, использующим функционально-логический принцип конструирования (рисования) и графического представления алгоритмов программ. Графические пакеты легко осваиваются не только программистами-профессионалами, но и пользователями, не имеющими опыта программирования. С одной стороны современные графические системы позволяют создавать программы, практически не уступающие по эффективности программам, написанным в текстовых пакетах. С другой стороны в большинстве случаев графические программы более наглядны, легче модифицируются и отлаживаются, быстрее разрабатываются [9].

Несомненным достоинством графических систем программирования является то, что разработчиком приложения может быть сам постановщик задачи — инженер, технолог.

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench).

позволяет разрабатывать прикладное программное обеспечение для организации взаимодействия с измерительной и управляющей аппаратурой, сбора, обработки и отображения информации и результатов расчетов, а также моделирования как отдельных объектов, так и автоматизированных систем в целом.

Разработчиком LabVIEW является американская компания National Instruments.

В отличие от текстовых языков, таких как C, Pascal и др., где программы составляются в виде строк текста, в LabVIEW программы создаются в виде графических диаграмм, подобных обычным блок-схемам. Иногда можно создать приложение, вообще не прикасаясь к клавиатуре компьютера.

LabVIEW является открытой системой программирования и имеет встроенную поддержку всех применяемых в настоящее время программных интерфейсов, таких как Win32 DLL, COM, .NET, DDE, сетевых протоколов на базе IP, DataSocket и др.

В состав LabVIEW входят библиотеки управления различными аппаратными средствами и интерфейсами, такими как PCI, CompactPCI/PXI, VME, VXI, GPIB (КОП), PLC, VISA, системами технического зрения и др.

Программные продукты, созданные с использованием LabVIEW, могут быть дополнены фрагментами, разработанными на традиционных языках программирования, например C/С++, Pascal, Basic, FORTRAN. И наоборот можно использовать модули, разработанные в LabVIEW в проектах, создаваемых в других системах программирования.

Таким образом, LabVIEW позволяет разрабатывать практически любые приложения, взаимодействующие с любыми видами аппаратных средств, поддерживаемых операционной системой компьютера.

Используя технологию виртуальных приборов, разработчик может превратить стандартный персональный компьютер и набор произвольного контрольно-измерительного оборудования в многофункциональный измерительно-вычислительный комплекс.

Несомненным достоинством LabVIEW является то, что разработчику и пользователю доступны функционально идентичные системы программирования для различных операционных систем, таких как Microsoft Windows 95/98/NT/2000/XP, Linux, MacOS. Например программа, разработанная под Windows будет почти без изменений работать на компьютере с Linux.

При установке соответствующих дополнительных модулей можно использовать LabVIEW как среду разработки программ для различных целевых систем и операционных систем (ОС).

В основе технологии использования LabVIEW лежит комбинированное моделирование систем на ЭВМ, включающее аналитическое, имитационное и натурное.

Для аналитического моделирования характерно то, что алгоритм функционирования системы записывается в виде некоторых аналитических соотношений (алгебраических, интегро-дифференциальных, конечно-разностных и т. п.) или логических условий.

При имитационном моделировании алгоритм функционирования системы воспроизводится во времени с сохранением логической структуры и последовательности протекания элементарных явлений, составляющих процесс. В настоящее время имитационное моделирование — наиболее эффективный метод исследования систем, а часто и единственный практически доступный метод получения информации о поведении системы, особенно на этапе ее проектирования.

Натурным моделированием называют проведение исследования на реальном объекте с возможностью вмешательства человека в процесс проведения эксперимента и последующей обработки результатов эксперимента на вычислительной технике. Отличие модельного эксперимента от реального заключается в том, что в модельном эксперименте могут быть реализованы любые ситуации, в том числе «невозможные» и аварийные, что в силу разных причин бывает недопустимо при работе с реальными объектами. Все представленные виды моделирования могут быть реализованы с использованием системы программирования LabVIEW.

LabVIEW может успешно применяться в образовательных и научных целях, при промышленной автоматизации, в проектных и коммерческих структурах, связанных с тестированием и измерением каких-либо параметров, их анализом, визуализацией результатов, созданием баз данных, использованием компьютерных сетей.