數(shù)字電子技術(shù) 課件 項(xiàng)目9 Multisim 14仿真軟件及應(yīng)用

1Multisim14軟件界面

3仿真電路實(shí)例

2Multisim14軟件的應(yīng)用項(xiàng)目九

Multisim14仿真軟件及應(yīng)用項(xiàng)目九

Multisim14仿真軟件及應(yīng)用引言

EDA（ElectronicDesignAutomation）技術(shù)已經(jīng)在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。一臺(tái)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，從概念的確立，到包括電路原理、PCB版圖、單片機(jī)程序、機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)、FPGA的構(gòu)建及仿真、外觀界面、熱穩(wěn)定分析、電磁兼容分析在內(nèi)的物理級(jí)設(shè)計(jì)，再到PCB鉆孔圖、自動(dòng)貼片、焊膏漏印、元器件清單、總裝配圖等生產(chǎn)所需資料等等全部在計(jì)算機(jī)上完成。EDA技術(shù)借助計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量大、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，可對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行人工難以完成的模擬評(píng)估、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理等工作。EDA已經(jīng)成為集成電路、印制電路板、電子整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)手段。

圖示是Multisim14的用戶界面，包括標(biāo)題欄、菜單欄、系統(tǒng)工具欄、主工具欄、元器件工具欄、儀器工具欄、仿真按鈕、狀態(tài)欄、電路圖編輯區(qū)等組成部分。任務(wù)1Multisim14軟件界面一、主窗口其中，Multisim14提供兩套電氣元器件符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：ANSI：美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，默認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)，本章采用默認(rèn)設(shè)置；DIN：德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)，歐洲標(biāo)準(zhǔn)，與中國(guó)符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)一致。工具欄是標(biāo)準(zhǔn)的Windows應(yīng)用程序風(fēng)格。

如圖示。Multisim14菜單欄與Windows應(yīng)用程序相似，菜單欄中包含12個(gè)主菜單，分別是文件（File）菜單、編輯（Edit）菜單、視圖（View）菜單、繪制（Place）菜單、MCU（M）菜單、仿真（Simulate）菜單、轉(zhuǎn)移（n）菜單、工具（Tools）菜單、報(bào)告（Report）菜單、選項(xiàng)（Options）菜單、窗口（Window）菜單和幫助（Help）菜單。在每個(gè)主菜單下都有一個(gè)下拉菜單，用戶可以從中找到電路文件的存取、SPICE文件的輸入和輸出、電路圖的編輯、電路的仿真與分析以及在線幫助等各功能的命令。二、菜單欄任務(wù)1Multisim14軟件界面

（a）文件菜單

（b）編輯菜單（c）視圖菜單（d）繪制菜單任務(wù)1Multisim14軟件界面

任務(wù)1Multisim14軟件界面如圖示為常用的系統(tǒng)工具欄，包含一些如文件新建、打開、保存、剪切、復(fù)制、粘貼、撤銷、重復(fù)基本功能，與Windows應(yīng)用軟件的基本功能相同。下圖是主工具欄及按鈕名稱。左側(cè)的七項(xiàng)從左到右依次是設(shè)計(jì)工具箱、電子表格視圖、SPICE網(wǎng)表查看器、圖示儀、后處理器、母電路圖、元器件向?qū)?、?shù)據(jù)庫(kù)管理器。右側(cè)的兩項(xiàng)是查找范例和Multisim幫助。三、系統(tǒng)工具欄任務(wù)1圖中，左側(cè)的三個(gè)按鈕分別是仿真運(yùn)行、暫停和停止按鈕。點(diǎn)擊Interactive互動(dòng)按鈕可以進(jìn)入分析和仿真設(shè)置界面。右邊的選項(xiàng)可以在仿真時(shí)放置電壓探頭、電流探頭、功率探頭等用來實(shí)時(shí)檢測(cè)線路的參數(shù)。

圖示是元器件工具欄及按鈕名稱，從左到右分別為∶信號(hào)及電源庫(kù)、基本元器件庫(kù)、二極管庫(kù)、晶體管庫(kù)、模擬集成元器件庫(kù)、TTL元器件庫(kù)、CMOS元器件庫(kù)、其他數(shù)字元器件庫(kù)、混合芯片庫(kù)、顯示元器件庫(kù)、功率元器件庫(kù)、其他元器件庫(kù)、高級(jí)外設(shè)庫(kù)、控制部件庫(kù)、射頻元器件庫(kù)和機(jī)電類元器件庫(kù)NI、連接器件庫(kù)、微控制器元器件庫(kù)、創(chuàng)建分層電路、放置總線等。任務(wù)1四、元器件工具欄選擇元器件的界面任務(wù)1

圖示是虛擬儀器工具欄及儀器名稱。

該工具欄含有十幾種用來對(duì)電路工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試的儀器儀表，習(xí)慣上放置于電路工作區(qū)的右邊，這里為了方便，將其橫向排列。

儀器工具欄分別有∶數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)發(fā)生器、雙通道示波器、波特圖儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、瓦特表、邏輯轉(zhuǎn)換儀、失真分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀和頻譜分析儀等。

比較常用的有數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)發(fā)生器、雙通道示波器等。五、儀器工具欄任務(wù)1

1.數(shù)字萬(wàn)用表(Multimeter)是一種可以用來測(cè)量交(直)流電壓、交(直)流電流、電阻及電路中兩點(diǎn)之間的分貝損耗，自動(dòng)調(diào)整量程的數(shù)字顯示的萬(wàn)用表。2.函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器(FunctionGenerator)是模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)最常用的測(cè)試信號(hào)源，可提供正弦波、三角波、方波三種不同波形信號(hào)。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的圖標(biāo)和面板如圖所示。任務(wù)13.

雙通道示波器雙通道示波器(Oscilloscope)是用來顯示電壓信號(hào)波形的形狀、大小和頻率等參數(shù)的儀器，雙通道示波器圖標(biāo)如圖所示。A、B表示兩個(gè)輸入通道，T為外觸發(fā)信號(hào)輸入端，當(dāng)需要外部信號(hào)觸發(fā)示波器采樣時(shí)才需要，使用外觸發(fā)信號(hào)時(shí)示波器一般需要設(shè)置為Single或Normal觸發(fā)模式，G是接地端，使用時(shí)需接地，如果電路有其他接地點(diǎn)則也可不接地。任務(wù)1

1.基本分析和仿真設(shè)置

點(diǎn)擊Interactive按鈕可以進(jìn)入分析和仿真設(shè)置界面。在該界面，可選擇要進(jìn)行的分析，包括直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析、噪聲分析、失真分析、直流掃描分析、靈敏度分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、零極點(diǎn)分析、傳遞函數(shù)分析、最壞情況分析、蒙特卡分析、批處理分析、用戶自定義分析、射頻電路特性分析（使用網(wǎng)絡(luò)分析儀）等。在InteractiveSimulation里，可以在Endtime里設(shè)置仿真的時(shí)間長(zhǎng)短，還可以在Maximumtimesetp里設(shè)置仿真的步長(zhǎng)。任務(wù)1

六、Multisim

14軟件環(huán)境設(shè)置

2.圖紙?jiān)O(shè)置

選擇菜單欄的option(選項(xiàng))，再選擇sheetpropertise(電路圖屬性)，進(jìn)入sheetpropertise對(duì)話框，如圖所示?？梢栽趙orkplace（工作區(qū)）菜單欄下找到sheetsize（電路圖頁(yè)面大?。x擇圖紙的大小，或者在customsize（自定義大?。┳远x圖紙的大小，點(diǎn)擊ok完成設(shè)置。我們還可以在電路圖屬性對(duì)話框里設(shè)置圖紙的顏色和字體。任務(wù)1

Multisim14仿真的基本操作步驟為：(1)建立電路文件；(2)放置元器件和儀表；(3)元器件編輯；(4)連線和進(jìn)一步調(diào)整；(5)電路仿真；(6)輸出分析結(jié)果。任務(wù)2Multisim14軟件的應(yīng)用

具體建立電路文件的方法有：（1）打開Multisim14時(shí)自動(dòng)打開空白電路文件Circuit1，保存時(shí)可以重新命名；（2）菜單File/New；（3）工具欄New按鈕；（4）快捷鍵Ctrl+N；

首先我們?cè)谧烂嫘陆ㄒ粋€(gè)文件夾，文件夾名以自己的學(xué)號(hào)命名，然后任選一種方法。建立multisim文件，對(duì)multisim文件重新命為diode，保存在文件夾里。如圖示。任務(wù)2

一、建立電路文件

放置元器件的方法有：（1）菜單PlaceComponent，即選擇菜單→繪制選項(xiàng)，在彈出來的對(duì)話框中選擇元器件。（2）元件工具欄：Place/Component，即在元器件工具欄中選擇對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目，然后放置元器件。（3）在繪圖區(qū)右擊，利用彈出菜單放置元器件（4）快捷鍵Ctrl+W，彈出對(duì)話框。放置儀表可以點(diǎn)擊虛擬儀器工具欄相應(yīng)按鈕，或者使用菜單方式。

以放置+12V電源為例，點(diǎn)擊元器件工具欄放置電源按鈕（PlaceSource），雙擊已放置的VCC，即可修改電源電壓值。

用同樣的方法可以放置其他元器件。任務(wù)2

二、放置元器件和儀表任務(wù)2

三、電路原理圖繪制與仿真的步驟1.編輯元器件（1）元器件參數(shù)設(shè)置

雙擊元器件，彈出相關(guān)對(duì)話框，選項(xiàng)卡包括：Label：標(biāo)簽，Refdes編號(hào)，由系統(tǒng)自動(dòng)分配，可以修改，但須保證編號(hào)唯一性Display：顯示Value：數(shù)值Fault：故障設(shè)置，Leakage漏電；Short短路；Open開路；None無(wú)故障（默認(rèn)）Pins：引腳，各引腳編號(hào)、類型、電氣狀態(tài)

放置后的元件都按照默認(rèn)的擺放情況被放置在編輯窗口中。例如電阻是默認(rèn)橫著擺放的，但實(shí)際在繪制電路過程中，各種元件的擺放情況是不一樣的，比如我們想把電阻變成豎直擺放，可以將鼠標(biāo)放在電阻上，然后右鍵點(diǎn)擊，這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，在對(duì)話框中可以選擇讓元件順時(shí)針或者逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。

如果元件擺放的位置不合適，想移動(dòng)一下元件的擺放位置，則將鼠標(biāo)放在元件上，按住鼠標(biāo)左鍵，即可拖動(dòng)元件到合適位置。（2）元器件向?qū)?/p>

對(duì)特殊要求，可以用元器件向?qū)Ь庉嬜约旱脑骷?，一般是在已有元器件基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯和修改。方法是：菜單Tools/ComponentWizard，按照規(guī)定步驟編輯，用元器件向?qū)Ь庉嬌傻脑骷胖迷赨serDatabase（用戶數(shù)據(jù)庫(kù)）中。任務(wù)2Multisim14軟件的應(yīng)用2.連線

（1）自動(dòng)連線：?jiǎn)螕羝鹗家_，鼠標(biāo)指針變?yōu)椤笆弊中?，移?dòng)鼠標(biāo)至目標(biāo)引腳或?qū)Ь€，單擊，則連線完成，當(dāng)導(dǎo)線連接后呈現(xiàn)丁字交叉時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)在交叉點(diǎn)放節(jié)點(diǎn)（Junction）；

（2）手動(dòng)連線：?jiǎn)螕羝鹗家_，鼠標(biāo)指針變?yōu)椤笆弊中魏螅谛枰諒澨巻螕?，可以固定連線的拐彎點(diǎn)，從而設(shè)定連線路徑；

（3）關(guān)于交叉點(diǎn)，Multisim14默認(rèn)丁字交叉為導(dǎo)通，十字交叉為不導(dǎo)通，對(duì)于十字交叉而希望導(dǎo)通的情況，可以分段連線，即先連接起點(diǎn)到交叉點(diǎn)，然后連接交叉點(diǎn)到終點(diǎn)；也可以在已有連線上增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)（Junction），從該節(jié)點(diǎn)引出新的連線，添加節(jié)點(diǎn)可以使用菜單Place/Junction，或者使用快捷鍵Ctrl+J。任務(wù)2Multisim14軟件的應(yīng)用3.進(jìn)一步調(diào)整（1）調(diào)整位置：?jiǎn)螕暨x定元件，移動(dòng)至合適位置；（2）改變標(biāo)號(hào)：雙擊進(jìn)入屬性對(duì)話框更改；（3）顯示節(jié)點(diǎn)編號(hào)以方便仿真結(jié)果輸出：菜單Options/SheetProperties/Circuit/NetNames，選擇ShowAll；（4）導(dǎo)線和節(jié)點(diǎn)刪除：右擊/Delete，或者點(diǎn)擊選中，按鍵盤Delete鍵。4.電路仿真基本方法：按下仿真開關(guān)，電路開始工作，Multisim界面的狀態(tài)欄右端出現(xiàn)仿真狀態(tài)指示；雙擊虛擬儀器，進(jìn)行儀器設(shè)置，獲得仿真結(jié)果。

以二極管的特性分析為例，介紹Multisim仿真的基本操作。半導(dǎo)體二極管是由PN結(jié)構(gòu)成的一種非線性元件。典型的二極管伏安特性曲線可分為4個(gè)區(qū)：死區(qū)、正向?qū)▍^(qū)、反向截止區(qū)、反向擊穿區(qū)，二極管具有單向?qū)щ娦?、穩(wěn)壓特性，利用這些特性可以構(gòu)成整流、限幅、鉗位、穩(wěn)壓等功能電路。

在元器件庫(kù)中找到1N4007二極管、470Ω電阻、GND，對(duì)其參數(shù)設(shè)置并修改擺放位置后，放在合適的位置。連線完成后如圖所示。任務(wù)3仿真電路實(shí)例

利用函數(shù)發(fā)生器來產(chǎn)生電路的輸入信號(hào)。仿真前應(yīng)設(shè)置好函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的幅值，頻率、占空比、偏移量以及波形型式。示波器的兩個(gè)通道一路用來檢測(cè)信號(hào)發(fā)生器波形，另一路用來監(jiān)視信號(hào)經(jīng)過二極管后的波形變化情況。

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置如圖所示。選擇頻率為1Hz,振幅為10Vp的正弦波，將其接入電路后，和1N4007二極管、470Ω電阻構(gòu)成回路。任務(wù)3仿真電路實(shí)例運(yùn)行仿真軟件，雙擊示波器查看示波器兩個(gè)通道的波形。如圖所示。

可以看到，在信號(hào)經(jīng)過二極管前，是完整的正弦波，經(jīng)過二極管后，正弦波的負(fù)半周消失了。這樣就證明了二極管的單向?qū)щ娦浴Ｈ绻研盘?hào)發(fā)生器的波形改為三角波、矩形波，然后再觀察輸出效果?？梢缘贸鐾瑯拥慕Y(jié)