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1、 Harbin University of Science and Technology 电路计算机辅助设计 OrCAD Harbin University of Science and Technology OrCAD 第三章 数字电路仿真分析 数字模拟的基本含义：根据给定的数数字模拟的基本含义：根据给定的数 字电路拓扑关系以及电路内部数字器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，由计算机软件件的功能和延迟特性，由计算机软件 分析计算整个电路的功能和特性。分析计算整个电路的功能和特性。 Harbin University of Science and Technology Or
2、CAD 一.逻辑模拟基本步骤 1.1.逻辑模拟及其作用逻辑模拟及其作用 （1 1）分析数字电路）分析数字电路输出与输入输出与输入间逻辑关系；间逻辑关系； （2 2）模拟分析数字电路）模拟分析数字电路延迟特性延迟特性； （3 3）模拟数模混合电路，同时显示模拟信号和）模拟数模混合电路，同时显示模拟信号和 数字信号波形分析结果；数字信号波形分析结果； （4 4）最坏情况逻辑模拟；）最坏情况逻辑模拟； （5 5）检查是否存在）检查是否存在时序异常和冒险竞争时序异常和冒险竞争。 Harbin University of Science and Technology OrCAD 2.电路节点分类 （1
3、1）模拟型节点）模拟型节点 （2 2）数字型节点）数字型节点 （3 3）接口型节点）接口型节点 Harbin University of Science and Technology OrCAD 3.数字型节点逻辑状态 1 1）0 0：低电平、假、否定、断：低电平、假、否定、断 2 2）1 1：高电平、真、是、通：高电平、真、是、通 3 3）R R：逻辑状态从：逻辑状态从0 0到到1 1的变化过程的变化过程 4 4）F F：逻辑状态从：逻辑状态从1 1到到0 0的变化过程的变化过程 5 5）X X：不确定状态：不确定状态 6 6）Z Z：高阻状态：高阻状态 Harbin University
4、of Science and Technology OrCAD Probe中显示的逻辑状态 uu模拟电路中，模拟电路中，PSpicePSpice模拟计算各个模拟计算各个 节点电压信号波形节点电压信号波形； uu数字电路中，数字电路中，PSpicePSpice模拟计算每一模拟计算每一 个节点的个节点的逻辑状态随时间的变化逻辑状态随时间的变化。 Harbin University of Science and Technology OrCAD 4.逻辑强度 不同强度数字信号作用于同一个节点时，该不同强度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数字信号决定。若作节点的逻辑状态由强度
5、最强的数字信号决定。若作 用于某一节点的几个数字信号逻辑状态不同，强度用于某一节点的几个数字信号逻辑状态不同，强度 相同，该节点逻辑状态为相同，该节点逻辑状态为X X，即不确定。，即不确定。 PspicePspice逻辑强度分逻辑强度分6464级别：级别：0 0。6363 最强：外加激励信号最强：外加激励信号 最弱：最弱：Z Z（高阻）如禁止状态的三态门（高阻）如禁止状态的三态门 Harbin University of Science and Technology OrCAD 5.传输延迟 对不同逻辑单元，描述其传输延迟特性的对不同逻辑单元，描述其传输延迟特性的 延迟时间参数名称和个数不完全
6、相同。为符合延迟时间参数名称和个数不完全相同。为符合 实际情况，在数字电路特性数据库中，对每一实际情况，在数字电路特性数据库中，对每一 个延迟时间参数均给出个延迟时间参数均给出最小延迟时间最小延迟时间、典型延典型延 迟时间和最大延迟时间迟时间和最大延迟时间。 Harbin University of Science and Technology OrCAD 6.激励信号 进行数字逻辑模拟必须在输入端输入逻辑信 号，pspice逻辑信号源有三类： （1 1）时钟信号（）时钟信号（Clock StimulusClock Stimulus） （2 2）一般激励信号（）一般激励信号（Digital S
7、ignal StimulusDigital Signal Stimulus） （3 3）总线激励信号（）总线激励信号（Digital Bus StimulusDigital Bus Stimulus）：）：2 2位、位、4 4位位 、8 8位、位、1616位和位和3232位位 Harbin University of Science and Technology OrCAD 7.逻辑模拟的基本步骤 （1 1）逻辑电路原理图生成）逻辑电路原理图生成 新建设计项目、绘制逻辑电路原理图和设置输入信号波形。新建设计项目、绘制逻辑电路原理图和设置输入信号波形。 （2 2）逻辑模拟）逻辑模拟 确定分析类型
8、和指定仿真时间、启动逻辑仿真进程。如果不希确定分析类型和指定仿真时间、启动逻辑仿真进程。如果不希 望采用默认值还需要设置任选项参数。望采用默认值还需要设置任选项参数。 （3 3）逻辑模拟结果分析）逻辑模拟结果分析 在在pspiceApspiceA/D/D的的ProbeProbe窗口中显示结果波形，分析逻辑仿真功能窗口中显示结果波形，分析逻辑仿真功能 关系，确定各种延迟参数。如果出现异常还应该分析异常原因。关系，确定各种延迟参数。如果出现异常还应该分析异常原因。 Harbin University of Science and Technology OrCAD 二.数字电路原理图生成 1.1.数
9、字电路原理图数字电路原理图 逻辑模拟前，新建设计项目和生成逻辑电路原理图的方逻辑模拟前，新建设计项目和生成逻辑电路原理图的方 法与一般模拟电路情况相同。数字电路原理图中元器件符法与一般模拟电路情况相同。数字电路原理图中元器件符 号类型包括：号类型包括： （1 1）基本数字电路单元、）基本数字电路单元、 （2 2）激励信号）激励信号 （3 3）端口符号，元器件互连只涉及互连线（）端口符号，元器件互连只涉及互连线（WireWire）和总线）和总线 （BusBus）。）。 逻辑模拟的逻辑模拟的基本问题是如何基本问题是如何 根据模拟要求，设置好激励根据模拟要求，设置好激励 信号波形。信号波形。 Har
10、bin University of Science and Technology OrCAD （1 1）激励信号源符号）激励信号源符号 3 3种激励波形：种激励波形： 时钟信号、一般信号、总线信号时钟信号、一般信号、总线信号 4 4类逻辑激励信号源符号：（共类逻辑激励信号源符号：（共1717种）种） DIGCLOCK DIGCLOCK STIMnSTIMn FILESTIMnFILESTIMn DIGSTIMnDIGSTIMn 2.2.逻辑模拟中的激励信号逻辑模拟中的激励信号 Harbin University of Science and Technology OrCAD (2)(2)激励信
11、号源符号特点：激励信号源符号特点： （a a）元器件编号采用）元器件编号采用DSTMDSTM。对不同信号源，。对不同信号源，DSTMDSTM后的数字序号不后的数字序号不 同。同。 （b b）除）除DigClockDigClock只用于产生时钟信号，其他信号源均可产生总线只用于产生时钟信号，其他信号源均可产生总线 激励信号。如激励信号。如STIM4 STIM 8STIM4 STIM 8分别用于产生分别用于产生4 4位、位、8 8位总线信号。位总线信号。 （c c）对产生）对产生1 1位信号的信号源，信号源引出线为细线状的互连线。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，为总线
12、。对总线信号源，为总线。 （d d）DIGSTIMnDIGSTIMn调用调用StmEdStmEd产生，产生，FILESTMnFILESTMn由波形描述文件数据产生由波形描述文件数据产生 ，其它两类信号波形都采用修改有关元器件参数值确定，其它两类信号波形都采用修改有关元器件参数值确定 Harbin University of Science and Technology OrCAD 三.时钟信号DIGCLOCK波形设置 1.1.时钟信号波形设置特点时钟信号波形设置特点 （1 1）高电平状态（）高电平状态（OPPVALOPPVAL） （2 2）初值（）初值（STARTVALSTARTVAL） （3
13、 3）低电平时间（）低电平时间（OFFTIMEOFFTIME） （4 4）高电平时间（）高电平时间（ONTIMEONTIME） （5 5）延迟时间（）延迟时间（DELAYDELAY） 时钟信号是数字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，需确定5个参数。 Harbin University of Science and Technology OrCAD 2.DIGCLOCK波形设置 （1 1）波形设置）波形设置 设置设置5 5个参数值完成个参数值完成 （2 2）驱动能力强度设置）驱动能力强度设置 digio.libdigio.lib模型库中模型库中IO_
14、STMIO_STM强度最高强度最高 （3 3）数）数/ /模接口子电路类别的设置模接口子电路类别的设置 接口转换子电路接口转换子电路 Harbin University of Science and Technology OrCAD Harbin University of Science and Technology OrCAD 四四. .STIMnSTIMn类信号源波形设置类信号源波形设置 STIMn信号源主要用于产生总线信号。由于总线信号波形变化 复杂，而且总线信号总含有多位信号，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 的参数较为复杂。 Ha
15、rbin University of Science and Technology OrCAD 1.1.总线激励信号波形设置特点总线激励信号波形设置特点 （1 1）时间表示方法）时间表示方法 （2 2）逻辑电平值）逻辑电平值 （3 3）高低电平的）高低电平的2 2、8 8、1616进制表示方法进制表示方法 （4 4）波形变化的循环表示方法）波形变化的循环表示方法 2.STIMn2.STIMn类信号源波形的设置类信号源波形的设置 （1 1）WIDTHWIDTH：指定信号位数：指定信号位数 （2 2）FORMATFORMAT：描述总线信号逻辑电平采用的进制数：描述总线信号逻辑电平采用的进制数 （3
16、 3）TIMESTEPTIMESTEP：决定实际时间步长值：决定实际时间步长值 （4 4）COMMANDCOMMAND：设置不同时刻的波形变化：设置不同时刻的波形变化 Harbin University of Science and Technology OrCAD 信号要求：描述一个初值0，周期10ns, 脉宽5ns的周期信号 Harbin University of Science and Technology OrCAD 8位信号举例： 信号要求：用2个16进制数描述一个8位总线激励信号。 Harbin University of Science and Technology OrCAD （1 1）WIDTHWIDTH：8 8 指定信号位数指定信号位数 （2 2）FORMATFORMAT：4444描述总线信号逻辑电平
