利用LabVIEW工具包實(shí)現(xiàn)Multisim自動(dòng)化
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該文檔介紹了LabVIEW Multisim連接工具包（?版）。該工具包可從ni.com/labs獲得，它是Multisim自動(dòng)化API的一個(gè)封裝程序。利用這一組針對(duì)LabVIEW的工具包VI，您可以創(chuàng)建獲取電路仿真數(shù)據(jù)的應(yīng)用。
在該篇白皮書中，您將學(xué)習(xí)關(guān)于Multisim自動(dòng)化的使用技巧和該工具包的有關(guān)知識(shí)。
目錄
引言
傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)與測(cè)試領(lǐng)域，因?yàn)椴煌墓ぞ吆腿鄙僖粋€(gè)便于傳輸設(shè)計(jì)和測(cè)試數(shù)據(jù)的通用接口，而繼續(xù)被分割。設(shè)計(jì)的初始分析和系統(tǒng)原型性能驗(yàn)證之間的這一分割，長(zhǎng)時(shí)間以來導(dǎo)致了錯(cuò)誤和多次重復(fù)構(gòu)造設(shè)計(jì)原型。
將仿真作為設(shè)計(jì)流程的一個(gè)環(huán)節(jié)，我們可以動(dòng)態(tài)評(píng)估電路的性能并盡早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。利用改進(jìn)后的驗(yàn)證，以及原型系統(tǒng)性能的基準(zhǔn)評(píng)估，可以更為恰當(dāng)?shù)卦u(píng)判該設(shè)計(jì)的整體成功與否。
NI Multisim與NI LabVIEW，作為集成化平臺(tái)的一部分，在傳輸仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的能力方面具有獨(dú)特之處。通過這樣的集成，測(cè)試環(huán)境（LabVIEW）不僅能夠采集原型測(cè)量數(shù)據(jù)，還能夠采集仿真的輸出結(jié)果。這兩組數(shù)據(jù)通過一個(gè)接口，可以方便地進(jìn)行比較和相關(guān)處理。利用一組擴(kuò)展的分析函數(shù)，LabVIEW可以進(jìn)一步分析該原型系統(tǒng)與期望結(jié)果（仿真結(jié)果）的偏差。
在該篇簡(jiǎn)介性的白皮書中，您將學(xué)習(xí)如何利用LabVIEW Multisim連接工具包（?版）采集LabVIEW環(huán)境中的仿真數(shù)據(jù)。利用這一組VI您可以進(jìn)行可編程控制及實(shí)現(xiàn)Multisim仿真的自動(dòng)化。Multisim 10.1支持與COM-aware編程語言連接的自動(dòng)化功能特性。LabVIEW Multisim連接工具包是該自動(dòng)化功能特性的一個(gè)封裝程序，從而支持與LabVIEW的連接及實(shí)現(xiàn)可視化的Multisim仿真測(cè)量。通過這一采集過程，您獲得了一種改進(jìn)的驗(yàn)證方法。
改進(jìn)驗(yàn)證的必要性
為了理解改進(jìn)驗(yàn)證的必要性，我們必須首先了解設(shè)計(jì)流程。傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)流程由三個(gè)主要階段組成：
- 必須輸入設(shè)計(jì)拓?fù)?，并通過仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)決策
- 驗(yàn)證后的設(shè)計(jì)必須通過布局和布線過程構(gòu)造原型系統(tǒng)
- 必須驗(yàn)證原型系統(tǒng)的性能
最后，當(dāng)我們根據(jù)原型系統(tǒng)的驗(yàn)證結(jié)果改善設(shè)計(jì)時(shí)，我們便進(jìn)入到了重復(fù)循環(huán)的狀態(tài)。
輸入與仿真、布局與布線、測(cè)試與驗(yàn)證
然而，該設(shè)計(jì)流程在此階段的一個(gè)主要問題便是，沒有實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域與測(cè)試驗(yàn)證領(lǐng)域之間的集成。這兩個(gè)領(lǐng)域之間的連通性的缺乏，增加了工程師們傳輸數(shù)據(jù)和測(cè)量的難度。由于沒有對(duì)設(shè)計(jì)性能和設(shè)計(jì)規(guī)范(即仿真結(jié)果)比較的準(zhǔn)確把握，準(zhǔn)備的評(píng)估設(shè)計(jì)的性能變得愈加困難。這可能意味著錯(cuò)誤在設(shè)計(jì)流程中重復(fù)發(fā)生并進(jìn)入到制造階段。
這便是所謂的“磚墻鴻溝”。對(duì)于可預(yù)見的、統(tǒng)一的且不斷改進(jìn)的從設(shè)計(jì)規(guī)范到原型系統(tǒng)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)流程的一個(gè)障礙。
為了克服這一磚墻鴻溝，我們需要一個(gè)同時(shí)集成了設(shè)計(jì)與驗(yàn)證功能的平臺(tái)?，F(xiàn)在，Multisim的圖形化設(shè)計(jì)與LabVIEW的驗(yàn)證能夠無縫結(jié)合，以便克服這一障礙并幫助實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的驗(yàn)證方案。
Multisim與LabVIEW
Multisim是一款針對(duì)模擬與數(shù)字電路的原理圖輸入和交互式仿真環(huán)境。通過將SPICE仿真的功能封裝在一個(gè)圖形化界面內(nèi)，使得電路仿真更為方便和快捷。Multisim含有多個(gè)不同的分析功能，其范圍覆蓋從瞬態(tài)到AC的分析和從蒙特卡羅到最劣分析。Multisim與布局工具(如Ultiboard和Mentor Graphics)連接，以具體實(shí)現(xiàn)電路的原型系統(tǒng)。
LabVIEW是一種專為快速開發(fā)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的圖形化編程語言。它可以使工程師們快速連接硬件并進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量。利用LabVIEW，工程師們可以以圖形化的方式確定算法，以分析與應(yīng)用需求相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
正是通過整合這兩個(gè)環(huán)境才使得實(shí)際測(cè)量結(jié)果和仿真測(cè)量結(jié)果可以進(jìn)行比較和分析，從而改善實(shí)際電路的驗(yàn)證。該整合工作可以通過Multisim自動(dòng)化API完成。
仿真的自動(dòng)化
Multisim自動(dòng)化API支持基于COM接口實(shí)現(xiàn)的Multisim仿真的自動(dòng)化和數(shù)據(jù)采集。該API允許您編程控制Multisim仿真，而無須察看Multisim。利用COM-aware語言編寫的客戶端(如NI LabVIEW)，可以通過這一接口訪問Multisim，并利用該仿真引擎采集仿真測(cè)量結(jié)果。
通過該API，您可以：
- 打開與關(guān)閉已有電路。
- 可選地接入一個(gè)信號(hào)以替代現(xiàn)有的電壓或電流源。
- 啟動(dòng)、停止和暫停仿真。
- 從現(xiàn)有的靜態(tài)探針讀出仿真結(jié)果。
- 列舉原理圖中的組件。
- 利用數(shù)據(jù)庫中的組件替代在用組件。
- 獲取和設(shè)置電阻、電容和電感組件的標(biāo)稱值。
- 枚舉變量。
- 獲取和設(shè)置仿真中的有源變量。
- 生成關(guān)于原理圖的報(bào)告，包括BOM表和netlist報(bào)告
- 生成該電路的圖像文件。
- 該API可以改變和替換設(shè)計(jì)中的頂層組件；子電路中的組件和層次結(jié)構(gòu)中的組件不可以改變。
設(shè)置輸入
為了設(shè)置針對(duì)自動(dòng)化的Multisim仿真，需要定義某些元素以供最終輪詢?cè)韴D確定輸入與輸出數(shù)值。
利用該API，您能夠設(shè)置一個(gè)信號(hào)源的數(shù)值。在下面的原理圖中，輸入值是電流源與電壓源(如V2)。在Multisim原理圖中，在您將需要該自動(dòng)化API能夠調(diào)整或設(shè)置輸入數(shù)值的任意位置，放置一個(gè)DC或AC電源。該DC或AC電源創(chuàng)建了Multisim仿真引擎與自動(dòng)化程序之間的連接。
放置一個(gè)DC或AC電源的步驟包括：
- 選中放置>>組件。
- 在“選擇一個(gè)組件” 的對(duì)話框中選中主數(shù)據(jù)庫。
- 在“組”字段，選中“信號(hào)源”組。
- 在“族”字段，選中“電源”族。
- 這里，您可以選擇“交流電源”或“直流電源”作為信號(hào)源。
設(shè)置輸出
輸出用布置在需要進(jìn)行分析處理的節(jié)點(diǎn)上的探針表示。這些探針及其所采用的名稱指定了相應(yīng)的自動(dòng)化應(yīng)用——將從原理圖中采集仿真數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)。
放置和識(shí)別探針的步驟包括：
- 選擇仿真>>儀器>>測(cè)量探針。
- 將該探針與電路中感興趣的節(jié)點(diǎn)相連接(如下面的輸出所示)。
- 雙擊該探針。
- 選中顯示鍵。
- 在RefDes部分，鍵入該探針的名稱。對(duì)電路的輸出而言，output通常是一個(gè)合適的名稱。
自動(dòng)化
完成電路設(shè)置后，就該開始實(shí)現(xiàn)該仿真的自動(dòng)化了。自動(dòng)化是基于Active-X實(shí)現(xiàn)的，而且，這些Active-X控件支持您與C、Visual Basic和LabVIEW等編程語言連接，并從Multisim原理圖或Multisim仿真采集數(shù)據(jù)。
下面我們看到的LabVIEW中的一小部分代碼是基于Active-X實(shí)現(xiàn)與Multisim的連接。
LabVIEW Multisim連接工具包
LabVIEW Multisim連接工具包(β版)是一組面向Multisim自動(dòng)化API的封裝程序。各種函數(shù)，如打開、關(guān)閉和查看電路的函數(shù)，以及運(yùn)行、暫停和停止仿真的函數(shù)，均已包含在VI中。這就意味著可以利用標(biāo)準(zhǔn)的LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而不是必須訪問Active-X控件(如上所示)。
如欲下載和安裝該連接工具包，敬請(qǐng)?jiān)L問ni.com/labs按照相關(guān)說明下載。
如果成功安裝，您可以在連接函數(shù)選板(如下所示)內(nèi)看到LabVIEW Multisim連接工具包，并可以通過函數(shù)>>連接>>Multisim選中該工具包。
工具包函數(shù)
下表描述了工具包中所有的各種子選板、其相關(guān)的VI及其一般用途或功能特性。
連接函數(shù) | 功能特性 | 描述 |
| Multisim連接
| 這些連接VI支持您連接Multisim仿真引擎或者斷開該連接。 |
| I/O配置與控制
| 自動(dòng)化仿真包括各種I/O單元。這些I/O函數(shù)支持您獲取、設(shè)置或清除仿真的輸入與輸出。 |
| 仿真控制
| 通過這些控制函數(shù)完成對(duì)仿真的實(shí)際控制（包括運(yùn)行、停止、暫停、重新開始等）。 |
| 文件管理
| 這些標(biāo)準(zhǔn)VI支持您打開、保存、關(guān)閉和命名通過該工具包查看的原理圖。 |
| 電路配置
| 正如前面提及的，該工具包支持您使用該API功能在設(shè)計(jì)中改變?nèi)≈?組件的功能特性。 |
| 錯(cuò)誤與例程
| 這些標(biāo)準(zhǔn)的VI支持您處理錯(cuò)誤以及其他與使用該自動(dòng)化API相對(duì)應(yīng)的例程。 |
多態(tài)函數(shù)
為了更為方便地設(shè)計(jì)，許多LabVIEW函數(shù)是多態(tài)函數(shù)，這意味著單個(gè)組塊根據(jù)“個(gè)性化”設(shè)置不同具有多項(xiàng)功能。例如，如果我們查看下面的記錄文件函數(shù)，它具有三種特性：
- 獲取記錄文件路徑
- 設(shè)置錄入文件路徑
- 禁止錄入文件路徑
下表展現(xiàn)了所有各種可用的多態(tài)函數(shù)及其相關(guān)特性：
函數(shù) | 特性 |
枚舉輸入 |
|
枚舉輸出 |
|
設(shè)置輸入數(shù)據(jù) |
|
清除輸入 |
|
清除輸出 |
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AC掃描 |
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保存 |
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枚舉組件 |
|
有源變量 |
|
RLC數(shù)值 |
|
上一條錯(cuò)誤的信息 |
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報(bào)告 |
|
錄入文件 |
|
Multisim路徑 |
|
該工具包的應(yīng)用
下面我們可以看到關(guān)于如何設(shè)置AC分析的一個(gè)小型范例。其代碼幾乎完全是基于上面提到的LabVIEW Multisim連接工具包VI。您將注意到LabVIEW實(shí)現(xiàn)編碼的方式是基于從一個(gè)函數(shù)到另一個(gè)函數(shù)的“數(shù)據(jù)流”的。通過僅選擇一些基本的連接VI，您就可以采集仿真數(shù)據(jù)。
該代碼的基本流圖從左至右，執(zhí)行下列功能：
- 連接至Multisim自動(dòng)化API(Multisim連接選板)
- 基于“文件路徑輸入”數(shù)據(jù)打開一個(gè)Multisim文件(文件管理選板)
- 枚舉電路內(nèi)的各種輸入與輸出(I/O配置與控制選板)
- 執(zhí)行AC分析(仿真控制選板)
- 等待AC分析的結(jié)束(仿真控制選板)
- 獲取分析的輸出數(shù)據(jù)(I/O配置與控制選板)
- 顯示仿真數(shù)據(jù)
- 關(guān)閉與Multisim自動(dòng)化API的連接(Multisim連接選板)
利用LabVIEW連接工具包的Multisim自動(dòng)化的用例
現(xiàn)有三個(gè)主要的針對(duì)仿真自動(dòng)化與LabVIEW Multisim連接工具包的用例：
- 單個(gè)環(huán)境中的仿真與驗(yàn)證的自動(dòng)化
- 執(zhí)行復(fù)雜的多仿真分析
- 利用LabVIEW的網(wǎng)頁功能特性實(shí)現(xiàn)在線仿真
仿真與驗(yàn)證
憑借LabVIEW所提供的與硬件的直接連接，可以方便地在單個(gè)環(huán)境中采集真實(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)和仿真測(cè)量數(shù)據(jù)。兩組測(cè)量數(shù)據(jù)利用同一個(gè)接口，LabVIEW可以用于比較仿真測(cè)量數(shù)據(jù)和真實(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證一個(gè)物理原型系統(tǒng)相對(duì)于仿真結(jié)果的性能。
這體現(xiàn)了一種非常簡(jiǎn)單卻很強(qiáng)大的基于最初設(shè)計(jì)規(guī)范來標(biāo)定原型系統(tǒng)的性能的方式。這就是所謂的集成設(shè)計(jì)與測(cè)試。
評(píng)論