利用LabVIEW工具包實(shí)現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LabVIEW的工具包VI，您可以創(chuàng )建獲取電路仿真數據的應用。
在該篇白皮書(shū)中，您將學(xué)習關(guān)于Multisim自動(dòng)化的使用技巧和該工具包的有關(guān)知識。
目錄
引言
傳統的電路設計與測試領(lǐng)域，因為不同的工具和缺少一個(gè)便于傳輸設計和測試數據的通用接口，而繼續被分割。設計的初始分析和系統原型性能驗證之間的這一分割，長(cháng)時(shí)間以來(lái)導致了錯誤和多次重復構造設計原型。
將仿真作為設計流程的一個(gè)環(huán)節，我們可以動(dòng)態(tài)評估電路的性能并盡早發(fā)現錯誤。利用改進(jìn)后的驗證，以及原型系統性能的基準評估，可以更為恰當地評判該設計的整體成功與否。
NI Multisim與NI LabVIEW，作為集成化平臺的一部分，在傳輸仿真和實(shí)測數據的能力方面具有獨特之處。通過(guò)這樣的集成，測試環(huán)境（LabVIEW）不僅能夠采集原型測量數據，還能夠采集仿真的輸出結果。這兩組數據通過(guò)一個(gè)接口，可以方便地進(jìn)行比較和相關(guān)處理。利用一組擴展的分析函數，LabVIEW可以進(jìn)一步分析該原型系統與期望結果（仿真結果）的偏差。
在該篇簡(jiǎn)介性的白皮書(shū)中，您將學(xué)習如何利用LabVIEW Multisim連接工具包（?版）采集LabVIEW環(huán)境中的仿真數據。利用這一組VI您可以進(jìn)行可編程控制及實(shí)現Multisim仿真的自動(dòng)化。Multisim 10.1支持與COM-aware編程語(yǔ)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)現可視化的Multisim仿真測量。通過(guò)這一采集過(guò)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計流程。傳統的電路設計流程由三個(gè)主要階段組成：
- 必須輸入設計拓撲，并通過(guò)仿真驗證設計決策
- 驗證后的設計必須通過(guò)布局和布線(xiàn)過(guò)程構造原型系統
- 必須驗證原型系統的性能
最后，當我們根據原型系統的驗證結果改善設計時(shí)，我們便進(jìn)入到了重復循環(huán)的狀態(tài)。
輸入與仿真、布局與布線(xiàn)、測試與驗證
然而，該設計流程在此階段的一個(gè)主要問(wèn)題便是，沒(méi)有實(shí)現傳統的設計領(lǐng)域與測試驗證領(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據和測量的難度。由于沒(méi)有對設計性能和設計規范(即仿真結果)比較的準確把握，準備的評估設計的性能變得愈加困難。這可能意味著(zhù)錯誤在設計流程中重復發(fā)生并進(jìn)入到制造階段。
這便是所謂的“磚墻鴻溝”。對于可預見(jiàn)的、統一的且不斷改進(jìn)的從設計規范到原型系統驗證的設計流程的一個(gè)障礙。
為了克服這一磚墻鴻溝，我們需要一個(gè)同時(shí)集成了設計與驗證功能的平臺?，F在，Multisim的圖形化設計與LabVIEW的驗證能夠無(wú)縫結合，以便克服這一障礙并幫助實(shí)現改進(jìn)的驗證方案。
Multisim與LabVIEW
Multisim是一款針對模擬與數字電路的原理圖輸入和交互式仿真環(huán)境。通過(guò)將SPICE仿真的功能封裝在一個(gè)圖形化界面內，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)現電路的原型系統。
LabVIEW是一種專(zhuān)為快速開(kāi)發(fā)應用而設計的圖形化編程語(yǔ)言。它可以使工程師們快速連接硬件并進(jìn)行實(shí)際的測量。利用LabVIEW，工程師們可以以圖形化的方式確定算法，以分析與應用需求相關(guān)的測量數據。
正是通過(guò)整合這兩個(gè)環(huán)境才使得實(shí)際測量結果和仿真測量結果可以進(jìn)行比較和分析，從而改善實(shí)際電路的驗證。該整合工作可以通過(guò)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)現的Multisim仿真的自動(dòng)化和數據采集。該API允許您編程控制Multisim仿真，而無(wú)須察看Multisim。利用COM-aware語(yǔ)言編寫(xiě)的客戶(hù)端(如NI LabVIEW)，可以通過(guò)這一接口訪(fǎng)問(wèn)Multisim，并利用該仿真引擎采集仿真測量結果。
通過(guò)該API，您可以：
- 打開(kāi)與關(guān)閉已有電路。
- 可選地接入一個(gè)信號以替代現有的電壓或電流源。
- 啟動(dòng)、停止和暫停仿真。
- 從現有的靜態(tài)探針讀出仿真結果。
- 列舉原理圖中的組件。
- 利用數據庫中的組件替代在用組件。
- 獲取和設置電阻、電容和電感組件的標稱(chēng)值。
- 枚舉變量。
- 獲取和設置仿真中的有源變量。
- 生成關(guān)于原理圖的報告，包括BOM表和netlist報告
- 生成該電路的圖像文件。
- 該API可以改變和替換設計中的頂層組件；子電路中的組件和層次結構中的組件不可以改變。
設置輸入
為了設置針對自動(dòng)化的Multisim仿真，需要定義某些元素以供最終輪詢(xún)原理圖確定輸入與輸出數值。
利用該API，您能夠設置一個(gè)信號源的數值。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能夠調整或設置輸入數值的任意位置，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” 的對話(huà)框中選中主數據庫。
- 在“組”字段，選中“信號源”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”作為信號源。
設置輸出
輸出用布置在需要進(jìn)行分析處理的節點(diǎn)上的探針表示。這些探針及其所采用的名稱(chēng)指定了相應的自動(dòng)化應用——將從原理圖中采集仿真數據的節點(diǎn)。
放置和識別探針的步驟包括：
- 選擇仿真>>儀器>>測量探針。
- 將該探針與電路中感興趣的節點(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(chēng)。對電路的輸出而言，output通常是一個(gè)合適的名稱(chēng)。
自動(dòng)化
完成電路設置后，就該開(kāi)始實(shí)現該仿真的自動(dòng)化了。自動(dòng)化是基于A(yíng)ctive-X實(shí)現的，而且，這些Active-X控件支持您與C、Visual Basic和LabVIEW等編程語(yǔ)言連接，并從Multisim原理圖或Multisim仿真采集數據。
下面我們看到的LabVIEW中的一小部分代碼是基于A(yíng)ctive-X實(shí)現與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，如打開(kāi)、關(guān)閉和查看電路的函數，以及運行、暫停和停止仿真的函數，均已包含在VI中。這就意味著(zhù)可以利用標準的LabVIEW編程實(shí)現自動(dòng)化，而不是必須訪(fǎng)問(wèn)Active-X控件(如上所示)。
如欲下載和安裝該連接工具包，敬請訪(fǎng)問(wèn)ni.com/labs按照相關(guān)說(shuō)明下載。
如果成功安裝，您可以在連接函數選板(如下所示)內看到LabVIEW Multisim連接工具包，并可以通過(guò)函數>>連接>>Multisim選中該工具包。
工具包函數
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 | 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(kāi)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函數支持您獲取、設置或清除仿真的輸入與輸出。 |
| 仿真控制
| 通過(guò)這些控制函數完成對仿真的實(shí)際控制（包括運行、停止、暫停、重新開(kāi)始等）。 |
| 文件管理
| 這些標準VI支持您打開(kāi)、保存、關(guān)閉和命名通過(guò)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功能在設計中改變取值/組件的功能特性。 |
| 錯誤與例程
| 這些標準的VI支持您處理錯誤以及其他與使用該自動(dòng)化API相對應的例程。 |
多態(tài)函數
為了更為方便地設計，許多LabVIEW函數是多態(tài)函數，這意味著(zhù)單個(gè)組塊根據“個(gè)性化”設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，它具有三種特性：
- 獲取記錄文件路徑
- 設置錄入文件路徑
- 禁止錄入文件路徑
下表展現了所有各種可用的多態(tài)函數及其相關(guān)特性：
函數 | 特性 |
枚舉輸入 |
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枚舉輸出 |
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設置輸入數據 |
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清除輸入 |
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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 |
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有源變量 |
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RLC數值 |
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上一條錯誤的信息 |
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報告 |
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錄入文件 |
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Multisim路徑 |
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該工具包的應用
下面我們可以看到關(guān)于如何設置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)現編碼的方式是基于從一個(gè)函數到另一個(gè)函數的“數據流”的。通過(guò)僅選擇一些基本的連接VI，您就可以采集仿真數據。
該代碼的基本流圖從左至右，執行下列功能：
- 連接至Multisim自動(dòng)化API(Multisim連接選板)
- 基于“文件路徑輸入”數據打開(kāi)一個(gè)Multisim文件(文件管理選板)
- 枚舉電路內的各種輸入與輸出(I/O配置與控制選板)
- 執行AC分析(仿真控制選板)
- 等待AC分析的結束(仿真控制選板)
- 獲取分析的輸出數據(I/O配置與控制選板)
- 顯示仿真數據
- 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
現有三個(gè)主要的針對仿真自動(dòng)化與LabVIEW Multisim連接工具包的用例：
- 單個(gè)環(huán)境中的仿真與驗證的自動(dòng)化
- 執行復雜的多仿真分析
- 利用LabVIEW的網(wǎng)頁(yè)功能特性實(shí)現在線(xiàn)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(gè)環(huán)境中采集真實(shí)測量數據和仿真測量數據。兩組測量數據利用同一個(gè)接口，LabVIEW可以用于比較仿真測量數據和真實(shí)測量數據，以驗證一個(gè)物理原型系統相對于仿真結果的性能。
這體現了一種非常簡(jiǎn)單卻很強大的基于最初設計規范來(lái)標定原型系統的性能的方式。這就是所謂的集成設計與測試。
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