利用LabVIEW Multisim連接工具包實現(xiàn)可視化的Multisim仿真測量

引言

傳統(tǒng)的電路設(shè)計與測試領(lǐng)域，因為不同的工具和缺少一個便于傳輸設(shè)計和測試數(shù)據(jù)的通用接口，而繼續(xù)被分割。設(shè)計的初始分析和系統(tǒng)原型性能驗證之間的這一分割，長時間以來導(dǎo)致了錯誤和多次重復(fù)構(gòu)造設(shè)計原型。

將仿真作為設(shè)計流程的一個環(huán)節(jié)，我們可以動態(tài)評估電路的性能并盡早發(fā)現(xiàn)錯誤。利用改進(jìn)后的驗證，以及原型系統(tǒng)性能的基準(zhǔn)評估，可以更為恰當(dāng)?shù)卦u判該設(shè)計的整體成功與否。

NI Multisim與NI LabVIEW，作為集成化平臺的一部分，在傳輸仿真和實測數(shù)據(jù)的能力方面具有獨特之處。通過這樣的集成，測試環(huán)境（LabVIEW）不僅能夠采集原型測量數(shù)據(jù)，還能夠采集仿真的輸出結(jié)果。這兩組數(shù)據(jù)通過一個接口，可以方便地進(jìn)行比較和相關(guān)處理。利用一組擴展的分析函數(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)行可編程控制及實現(xiàn)Multisim仿真的自動化。Multisim 10.1支持與COM-aware編程語言連接的自動化功能特性。LabVIEW Multisim連接工具包是該自動化功能特性的一個封裝程序，從而支持與LabVIEW的連接及實現(xiàn)可視化的Multisim仿真測量。通過這一采集過程，您獲得了一種改進(jìn)的驗證方法。

改進(jìn)驗證的必要性

為了理解改進(jìn)驗證的必要性，我們必須首先了解設(shè)計流程。傳統(tǒng)的電路設(shè)計流程由三個主要階段組成：

1. 必須輸入設(shè)計拓?fù)?，并通過仿真驗證設(shè)計決策

2. 驗證后的設(shè)計必須通過布局和布線過程構(gòu)造原型系統(tǒng)

3. 必須驗證原型系統(tǒng)的性能

最后，當(dāng)我們根據(jù)原型系統(tǒng)的驗證結(jié)果改善設(shè)計時，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、測試與驗證

然而，該設(shè)計流程在此階段的一個主要問題便是，沒有實現(xiàn)傳統(tǒng)的設(shè)計領(lǐng)域與測試驗證領(lǐng)域之間的集成。這兩個領(lǐng)域之間的連通性的缺乏，增加了工程師們傳輸數(shù)據(jù)和測量的難度。由于沒有對設(shè)計性能和設(shè)計規(guī)范（即仿真結(jié)果）比較的準(zhǔn)確把握，準(zhǔn)備的評估設(shè)計的性能變得愈加困難。這可能意味著錯誤在設(shè)計流程中重復(fù)發(fā)生并進(jìn)入到制造階段。

這便是所謂的“磚墻鴻溝”。對于可預(yù)見的、統(tǒng)一的且不斷改進(jìn)的從設(shè)計規(guī)范到原型系統(tǒng)驗證的設(shè)計流程的一個障礙。

為了克服這一磚墻鴻溝，我們需要一個同時集成了設(shè)計與驗證功能的平臺。現(xiàn)在，Multisim的圖形化設(shè)計與LabVIEW的驗證能夠無縫結(jié)合，以便克服這一障礙并幫助實現(xiàn)改進(jìn)的驗證方案。

Multisim與LabVIEW

Multisim是一款針對模擬與數(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)行實際的測量。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)的測量數(shù)據(jù)。

正是通過整合這兩個環(huán)境才使得實際測量結(jié)果和仿真測量結(jié)果可以進(jìn)行比較和分析，從而改善實際電路的驗證。該整合工作可以通過Multisim自動化API完成。

仿真的自動化

Multisim自動化API支持基于COM接口實現(xiàn)的Multisim仿真的自動化和數(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量結(jié)果。

通過該API，您可以：

1. 打開與關(guān)閉已有電路。

2. 可選地接入一個信號以替代現(xiàn)有的電壓或電流源。

3. 啟動、停止和暫停仿真。

4. 從現(xiàn)有的靜態(tài)探針讀出仿真結(jié)果。

5. 列舉原理圖中的組件。

6. 利用數(shù)據(jù)庫中的組件替代在用組件。

7. 獲取和設(shè)置電阻、電容和電感組件的標(biāo)稱值。

8. 枚舉變量。

9. 獲取和設(shè)置仿真中的有源變量。

10. 生成關(guān)于原理圖的報告，包括BOM表和netlist報告

11. 生成該電路的圖像文件。

12. 該API可以改變和替換設(shè)計中的頂層組件；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)置針對自動化的Multisim仿真，需要定義某些元素以供最終輪詢原理圖確定輸入與輸出數(shù)值。

利用該API，您能夠設(shè)置一個信號源的數(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DC或AC電源。該DC或AC電源創(chuàng)建了Multisim仿真引擎與自動化程序之間的連接。

放置一個DC或AC電源的步驟包括：

1. 選中放置》》組件。

2. 在“選擇一個組件” 的對話框中選中主數(shù)據(jù)庫。

3. 在“組”字段，選中“信號源”組。

4. 在“族”字段，選中“電源”族。

5. 這里，您可以選擇“交流電源”或“直流電源”作為信號源。

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)的自動化應(yīng)用――將從原理圖中采集仿真數(shù)據(jù)的節(jié)點。

放置和識別探針的步驟包括：

1. 選擇仿真》》儀器》》測量探針。

2. 將該探針與電路中感興趣的節(jié)點相連接（如下面的輸出所示）。

3. 雙擊該探針。

4. 選中顯示鍵。

5. 在RefDes部分，鍵入該探針的名稱。對電路的輸出而言，output通常是一個合適的名稱。

自動化

完成電路設(shè)置后，就該開始實現(xiàn)該仿真的自動化了。自動化是基于Active-X實現(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編程實現(xiàn)自動化，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，敬請訪問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。

多態(tài)函數(shù)

為了更為方便地設(shè)計，許多LabVIEW函數(shù)是多態(tài)函數(shù)，這意味著單個組塊根據(jù)“個性化”設(shè)置不同具有多項功能。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：

1. 獲取記錄文件路徑

2. 設(shè)置錄入文件路徑

3. 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：

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實現(xiàn)編碼的方式是基于從一個函數(shù)到另一個函數(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：

1. 連接至Multisim自動化API（Multisim連接選板）

2. 基于“文件路徑輸入”數(shù)據(jù)打開一個Multisim文件（文件管理選板）

3. 枚舉電路內(nèi)的各種輸入與輸出（I/O配置與控制選板）

4. 執(zhí)行AC分析（仿真控制選板）

5. 等待AC分析的結(jié)束（仿真控制選板）

6. 獲取分析的輸出數(shù)據(jù)（I/O配置與控制選板）

7. 顯示仿真數(shù)據(jù)

8. 關(guān)閉與Multisim自動化API的連接（Multisim連接選板）

利用LabVIEW連接工具包的Multisim自動化的用例

現(xiàn)有三個主要的針對仿真自動化與LabVIEW Multisim連接工具包的用例：

1. 單個環(huán)境中的仿真與驗證的自動化

2. 執(zhí)行復(fù)雜的多仿真分析

3. 利用LabVIEW的網(wǎng)頁功能特性實現(xiàn)在線仿真

仿真與驗證

憑借LabVIEW所提供的與硬件的直接連接，可以方便地在單個環(huán)境中采集真實測量數(shù)據(jù)和仿真測量數(shù)據(jù)。兩組測量數(shù)據(jù)利用同一個接口，LabVIEW可以用于比較仿真測量數(shù)據(jù)和真實測量數(shù)據(jù)，以驗證一個物理原型系統(tǒng)相對于仿真結(jié)果的性能。

這體現(xiàn)了一種非常簡單卻很強大的基于最初設(shè)計規(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)計與測試。

了解更多信息

1. 觀看一個關(guān)于利用Multisim自動化與LabVIEW改善電路設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)播放。

2. 學(xué)習(xí)企業(yè)如何利用集成設(shè)計與測試改進(jìn)驗證

復(fù)雜的分析

自動化仿真意味著可以有效地設(shè)置復(fù)雜的分析。例如，如果希望觀察組件賦值的改變對電路設(shè)計產(chǎn)生的影響，可以通過LabVIEW自動運行Multisim，并不斷變換各種組件的賦值以繪制、觀察和分析其影響。

類似的，如果必須在不同電路上執(zhí)行多項分析，而且其各種輸出必須可供管理者使用并可供其它工程團(tuán)隊決策參考，LabVIEW也可以自動化實現(xiàn)仿真并顯示數(shù)據(jù)。

在線仿真

對于組件在線評估等應(yīng)用，SPICE仿真是一款旨在提供關(guān)于器件選擇的有力分析的強大工具。傳統(tǒng)意義上，SPICE并不能夠利用于網(wǎng)絡(luò)，但是，通過 LabVIEW的連接特性，可以利用LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)將仿真在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)。例如，模擬設(shè)備公司實現(xiàn)了在線的ADIOpAmpSim網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，該應(yīng)用利用Multisim仿真支持工程師們從300只不同的OpAmp中挑選其一并評估該OpAmp的性能。

在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)仿真這項功能是基于Multisim自動化API并以LabVIEW作為與仿真DLL連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)工具而實現(xiàn)的。