1、电子电路计算机仿真技术,ORCAD PSPICE,数字电路分析,1、逻辑模拟的基本含义是: 根据给定的数字电路拓扑关系以及电路内部数字器件的功能和延迟特性，由计算机软件分析计算整个数字电路的功能和特性。2、PSpice软件包中逻辑模拟模块的功能包括:(1)模拟分析数字电路输出与输入之间的逻辑关系(2)模拟分析数字电路的延迟特性。(3)对同时包括有模拟元器件和数字单元的电路进行数模混合模拟，可同时显示出电路内部的模拟信号和数字信号波形分析结果。(4)最坏情况逻辑模拟。(5)检查数字电路中是否存在时序异常和冒险竞争现象。,3. 电路节点分类(根据与节点相连的元器件类型 ) 模拟型节点(均为模拟元件
2、 ) 数字型节点(均为数字元件 ) 借口型节点(有模拟和数字元件 ) 4. 数字型节点的逻辑状态6类：0 Low/false/no/off1 High/true/yes/onR Rising (0-1)F Falling (1-0 ),X 不确定Z 高阻,5.逻辑强度： 共分64级在逻辑模拟过程中，除要考虑数字信号的逻辑状态外，对每一种逻辑状态还要考虑其“强度“。当不同强度的数字信号作用于同一个节点时，该节点的逻辑状态由强度最强的 那个数字信号决定。如果作用于某一节点的几个数字信号的逻辑状态不同，但强度相同，则该节点的逻辑状态为X, 即不确定。 最强是外加激励信号源, 最弱是高阻状态.,6 传
3、输延迟（ Propagation Delay）除逻辑功能外，传输延迟是一个逻辑单元的重要特性参数。对不同的逻辑单元，描述其传输延迟特性的延迟时间参数名称和个数不完全相同。但从逻辑模拟角度考虑，为了使模拟结果更符合实际情沉，在数字电路特性数据库中，对每一个延迟时间参数均给出最小延迟时间、典型延迟时间和最大延迟时间3个数据。在逻辑模拟过程中，用户可根据需要，选用不同的延迟时间数值。,7 激励信号 (Stimulus)为了进行逻辑模拟，必须在数字电路输入端施加激励信号。Pspice A/D进行逻辑模拟时采用的激励信号有3类:（1）时钟信号(Clock Stimulus): 是一种规则的一位周期信号，
4、 因此产生方法最简单。（2）一般激励信号(Digital Signal Stimulus): 也是一种位信号，但其波形变化不像时钟信号那样简单。（3）总线激励信号（Digital Bus Stimulus）: 又分2位、4位、8位、16位和32位共5种。,逻辑模拟的基本步骤 主要包括新建设项目，绘制逻辑电路图，设置输入信号激励波形。 主要包括确定分析类型和指定模拟时间，设置逻辑模拟分析参数，启动逻辑分析过程。 主要包括在PROBE窗口显示结果波形，分析逻辑模拟功能关系，确定各延迟参数。,逻辑模拟激励信号源介绍,激励信号源符号特点： 元器件编号名采用DSTM。对电路中不同信号源，DSTM后的数字
5、序号不同。 除DigClock只用于产生时钟信号外，其他信号源均可产生总线激励信号。如：STIM4、STIM8则分别用于产生4位、8位总线信号。 对产生1位信号的信号源，信号源引出线为细线状的“互连线”。对总线信号源，信号源引出线为粗线状的“总线”。,时钟信号源(DIGCLOCK)波形设置,时钟信号是逻辑模拟中使用最频繁的信号，也是波形最简单的一种脉冲信号。要完整描述一个时钟信号，需要确定5个参数：,高电平状态,低电平时间,延迟时间,高电平时间,初值,DIGSTIMn类信号波形设置,DIGSTIM激励信号源可产生时钟信号、一般信号和总线信号，其波形由StmEd程序设置。,操作步骤：,在电路图中
6、放置DIGSTIM符号,使其处于选中状态,执行Edit/Pspice Stimulus,元件名=Digstim1,STIMn类信号源波形设置,STIMn类信号源主要用于产生总线信号。由于总线信号波形变化情况不象时钟信号那样简单，而且总线信号中含有多位信号，在设置时要同时确定这几位信号波形随时间变化的情况，因此总线信号波形设置过程和需要确定的参数均比时钟信号的设置复杂得多。,一位信号设置举例： 元件名= STIM1,Command参数波形描述格式:,a. 波形变化的循环表示法1:REPEAT TIMESENDREPEAT,b. 波形变化的循环表示法2:LABEL=GOTO ,注意: 其中为重复次
7、数，n可为“FOREVER”，表示无限次重复。,信号要求：描述一个初始值为0，周期为10ns，脉宽为5ns的周期信号,Command1: 0s 0 Command2: repeat forever Command3: +5ns 1 Command4: +5ns 0 Command5: endrepeat,参数设置：,8位信号举例： 元件名=STIM8,要求：用2个16进制数描述一个8位总线激励信号。,WIDTH: 8 FORMAT: 44 TIMESTEP: 10ns COMMAND1: 0s 00 COMMAND2: LABEL=STARTLOOP COMMAND3: 1c INCR BY
8、01 COMMAND4: 2c GOTO STARTLOOP UNTIL GE AA,1(代表2进制） 2(代表8进制） 4(代表16进制）,时间步长设置，c=10ns,描述LABEL的名称,时间为10ns时，总电平加1,在时间为20ns时，如果总线电平小于AA，则转向LABEL名为STARLOOP的下一句波形描述语句。,参数设置：,8位总线信号波形:,FILESTIMn类信号源波形设置,FILESTIMn的信号波形由一个波形描述文件中的数据确定。 适用条件： 如果描述波形的数据量较大； 激励信号是另一次逻辑模拟的输出波形； 激励信号是另一个模拟软件的输出结果。激励信号波形描述文件格式 文件头
9、波形描述,波形描述文件的开始部分称为文件头，包括时间值倍乘因子定义和信号名列表两部分。其一般格式如下所示：TIMESCALE ， OCT() HEX()(1)时间倍乘因子值：任选项参数（必须单独列为一行）。波形描述部分的时间值等于设置值乘“时间倍乘因子值”。本参数内定值为1。如：TIMESCALE=10ns,文件头(Header),信号名列表,(2) 一般信号名列表： 二进制数描述的信号只需列出信号名； 不同信号名之间应该用空格或逗号等分隔符隔开； 文件头中最多允许指定255个信号名； 可以分成几行表示，但每行字符数不得超过300个； 不同行的行首不要加续行标注符。例如： ， Clock, R
10、eset, In1, In2,(3)OCT和HEX信号名组： 8进制数表示3个信号的逻辑电平值，用关键词OCT作为分组标志名，其右侧括号中必须有3个信号名合为一组。 16进制数表示4个信号的逻辑电平值。用关键词HEX作为其标志名，其右侧括号中必须有4个信号名合为一组。 OCT和HEX分组信号以及一般信号的顺序应该与文件中波形描述部分逻辑电平设置值的顺序相对应。 例如： OCT(Addr6, Addr5, Addr4) HEX(Addr3, Addr2, Addr1, Addr0),波形描述,文件头和波形描述之间至少用一个空行隔开。 波形描述部分由若干行组成，每一行格式为： 时间值 逻辑电平值
11、（用空格分开） 时间值：三种格式，单位为秒。 绝对模式(如45ns，1.2e-8等)； 相对模式(如+5ns，+1e-9等)表示； 文件头中TIMESCALE设置模式，设置值乘以时间值； TIMESCALE=10ns 2 0101 4E 1 时间为：10ns*2=20ns,(2) 逻辑电平值： 波形描述部分逻辑电平值采用的字符及其含义如下表所示。,OCT和HEX，同一个分组中的几个信号高低电平分别用一个8进制和16进制数表示，但程序运行时会自动将其转换为等价的二进制数，并按从最高位(msb)到最低位(lsb)的顺序依次将每一位二进制数分别赋给分组括号中的每一个信号。注意：如果逻辑电平值设置为X
12、、Z、R或F，则分组内的每一个信号均取该设置值；对HEX分组禁止设置“下降”逻辑状态（F是16进制数中的一个数）。 HEX(Addr3, Addr2, Addr1, Addr0)( 1 1 1 0 ) 1 110R E 0,一一对应,例：下述文件内容描述了13个信号的波形。TIMESCALE=10ns Clock, Reset, In1, In2 HEX(Addr7, Addr6, Addr5, Addr4) HEX(Addr3, Addr2, Addr1, Addr0) RW 0 0000 00 0 t=0 1 110R 4E 0 10ns 2 0101 4E 1 20ns +3 1111 4E 1 50ns (相对值）10ns*3+20ns 7 011F C3 0 70ns 8 11X0 C3 1 80ns,时间倍乘因子值,HEX分组4位,HEX分组4位,二进制数信号名,二进制数信号名,文件描述的13个信号波形如下图所示,
