Multisim 软件学习指导.docx
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Multisim软件学习指导
Multisim2001软件学习指导
导言
随着计算机技术的快速发展,利用计算机软件进行的虚拟测试技术已经广泛应用到数字电子技术的辅助教学与实践教学中中。
采用计算机虚拟测试技术具有以下优点:
(1)不受实训设备和实训时间的限制;
(2)可随时随地灵活地应用到课堂教学中,及时将实验现象直观地演示给学生。
(3)可祢补实训设备不全造成的影响,节约经费,且有一些功能是实际仪器所不具备的。
可用于数字电子技术仿真教学的软件较多,其中Multisim2001软件以其界面形象直观、操作方便、虚拟元件仪器丰富、仿真功能强大而倍受欢迎。
一、Multisim2001软件介绍
Multisim2001是加拿大交互图像技术有限公司(IIT公司)推出的最新版本,其前身是EWB5.0(电子工作平台)。
(一)Multisim2001基本界面
启动Multisim2001软件后的用户界面如图1所示。
电路窗口
图1Multisim2001的基本界面
Multisim2001的界面基本上模拟了一个电子实验工作平台的环境,主要包括:
(1)电路窗口:
用来绘制电路图及添加各种测量仪器。
(2)元器件工具:
装有各种电子元器件,可供选择、添加。
(3)虚拟仪器工具:
装有各种虚拟电子测量仪器,可供选择、添加。
(二)常用工具条
1.系统工具条
图2所示为Multisim2001的系统工具条,可以看出,其风格与Windows软件是一致的。
系统工具条中各个按钮的名称及功能如下所示。
帮助
图2系统工具条
2.设计工具条
Multisim2001的设计工具条如图3所示,它是Multisim的核心工具。
使用它可以进行电路的建立、仿真分析,并最终输出设计数据等。
虽然利用菜单也可以执行这些设计功能,但利用设计工具条会更加方便快捷。
设计工具条中各个按钮的名称及功能如下所示。
导出
图3设计工具条
3.元件工具条
Multisim2001提供了丰富的元器件库,给电路仿真带来了极大的方便。
使用时单击元器件工具条的某一个图标即可打开该元器件库。
图4所示给出了14个元器件库的按钮图标及其含义。
通常这个元器件工具条放在窗口的左边,但也可任意移动这一工具条,将其横向放置。
机电类元件
图4元件工具条
图4所示列出了该软件提供的两种符号标准:
即DIN标准和ANSI(美国国家标准组织)标准,其中DIN标准与中国现行电路符号风格基本一致,所以本书以DIN标准为主。
执行菜单命令:
Options/Preferences/ComponentBin打开对话框,即可设置选择DIN标准或ANSI标准。
两种标准的常用元件符号对照如表8.1所示。
表8.1常用元件的DIN和ANSI符号对照
各类元器件工具的用途如下:
(1)信号源库(Sources):
提供了模拟地、数字地、直流电压电流源、交流电压电流源等29个系列的信号源。
不过,这些都是虚拟信号源,可通过设置对话框对其进行重新设置。
这些信号源可以满足电路基础、模拟电路、数字电路及通信技术等课程的实验仿真需要。
(2)基本元件库(Basic):
提供了电阻、电容、电感、电位器、可变电容、可变电感、开关、继电器等共22种常用的电子元件。
(3)二极管(Diodes):
提供了普通二极管、虚拟二极管、稳压二极管、发光二极管、单向可控硅、双向可控硅、双向触发二极管、整流桥和变容二极管等9个二极管系列。
(4)晶体管(Transistors):
包括NPN、PNP双极型三极管(BJT)、结型场效应管(JFET)、和金属氧化物绝缘栅型场效应管(MOSFET)等半导体元件。
(5)模拟集成电路(AnalogICs):
提供了运算放大器、电流差分运放、比较器、宽带放大器和特殊功能模块等5种类型模拟器件。
(6)TTL集成电路(TTL):
提供了74和74LS两个系列的TTL集成电路的仿真库,包括了大部分74系列型号。
(7)CMOS集成电路(CMOS):
将CMOS数字集成电路分为6大类,实际上是4×××系列和74HC系列,其中4×××系列电源电压在3V~18V之间,而74HC系列在2V~6V之间。
注意:
74HC系列和74系列集成电路,当序号相同时其逻辑功能也相同,但由于电源电压和对输入端的处理不同,故尽管功能一样也不可以直接替换。
(8)数字元件(DigitalICs):
提供了TIL、VHDL、Verilog这3大类元件。
其中TIL为单逻辑单元,一般是仅有一个逻辑单元或一些实际元件没有的逻辑单元。
(9)混合芯片(MixedChips):
混合芯片元件是指输入/输出中既有数字信号又有模拟信号的元件。
主要包括:
ADC/DAC、555定时器、单稳态电路、模拟开关和锁相环。
(10)指示元件(Indicators):
包括电压表头、电流表头、电压控制器、灯泡、七段数码管、条式指示器和蜂鸣器等7类元件。
(11)杂合元件(Miscellaneous):
杂合器件是一些使用较广,但又不好分类的元件。
主要有:
石英晶体、熔断器、光电耦合器、三端稳压器、电子管、直流马达等。
(12)控制元件(Controls):
包括乘法器、除法器、传输函数模块、电压增益器、微分电路、积分器、电压磁滞模块等12种功能模块。
(13)射频元件(RF):
Multisim提供了一些专门用于进行射频分析的元件模型,主要有:
RF电容、RF电感、RF三极管、RF二极管和微带线等RF元件。
(14)机电类元件(Electromechanical):
机电类元件指一些电工类的开关元件,包括定时开关、瞬时开关、联动开关、线性变压器、线圈及继电器、敏感开关、保护器件、输出器件等8类。
4.仪器工具条
该工具条含有11种用来对电路状态进行测试的虚拟仪器,图5所示给出了这11种仪器的按钮图标及其含义。
示波器
图5仪器工具条
各种虚拟仪器的设置及使用方法将在后面作以详细介绍。
(三)其它功能
1.电路窗口
电路窗口是界面中最大的一个区域,相当于一个实际设备的操作平台,电路的绘制编辑、仿真分析及数据波形显示等都在此窗口完成。
2.仿真开关
启动/停止
仿真开关用来控制仿真的进程,共有“启动/停止”和“暂停/恢复”两个按钮。
如图6所示。
注意:
仿真开关只有在电路加上信号源和虚拟仪器后以后才可
进入运行状态。
3.使用中的元件清单(InUseList)图6仿真开关
使用中的元件清单列出了当前电路所使用的全部元件,用以进行检查或重复调用。
4.状态栏
位于主窗口的最下面,用来显示有关当前操作及鼠标所指条目的有关信息。
二、Multisim2001的操作使用方法
(一)电路的创建
电路主要有元件和导线组成,要创建一个电路,必须掌握元件的操作和导线的连接方法。
1.元件的操作
(1)元件的选用选用元件主要由两种方法:
①用元件工具条进行选用;②使用菜单命令PlaceComponent来选用。
一般以第一种方法为主。
首先在元件工具条中单击该元件的图标,打开该元件库,然后从元件库中将其拖曳至电路工作区。
(2)元件的选中在连接电路时,常常要对元件进行移动、旋转、删除、设置参数等一些必要的操作,这就需要选中该元件。
要选中某个元件,只需用鼠标单击它即可。
如果要一次选中多个元件时,须按住鼠标左键将这些元件一起框起来,此时,这些元件均处于选中状态。
在单击一次鼠标,即可撤销选中状态。
(3)元件的移动要移动一个元件,只需选中拖曳该元件即可。
要移动一组元件,先选中这元件,然后用鼠标左键拖曳其中任意一个元件,就会一起移动了。
(4)元件的旋转和翻转在电路中,元件有时需要水平放置,有时又需要垂直放置。
Multisim提供了水平放置、垂直放置、顺时针旋转90°和逆时针旋转90°共4种旋转方式。
有两种操作方法:
①右键单击需要旋转的元件,就可以弹出快捷菜单,如图7所示。
②选中要旋转的元件,执行Edit菜单下的相应命令即可。
图7旋转快捷菜单
(5)元件的复制、删除先选中该元件,然后用Edit/Cut(编辑/剪切)、Edit/Copy(编辑/复制)、Edit/Paste(编辑/粘贴)等菜单命令,即可以实现元件的复制操作。
选中元件,按下
注意:
以上命令均可通过右键快捷菜单完成,熟悉快捷菜单十分重要。
2.元件参数的调整
图8真实元件的参数修改对话框
(1)虚拟元件的参数调整虚拟元件参数的修改只要用鼠标双击该元件,然后在弹出的对话框中进行修改。
(2)真实元件的参数调整真实元
件参数的修改是通过替换(Replace)和
编辑模型(EditModel)来进行的。
例如
对三极管(BJT-NPN)
参数的修改,
如图8所示。
在图8种单击EditModel按钮,
弹出如图9所示的云间模型修改窗口。
当要修改窗口中的参数时,图9中的
ChargePartModel和ChargeAllModel
按钮被激活,单击ChargePartModel按
钮进修改选中元件的参数,单击Charge
AllModel按钮则修改电路中所有与选中
元件型号一致的元件参数。
图9中的BF参数就是三极管的
值,默认值为BF=220。
若修改为BF=300,则该三极管的
值就变成300了。
(3)元件故障的设置Multisim一般对电路正常工作时的情况进行仿真分析,但有时也需要仿真某些元件损坏后的电路情况,这就需要设置元件故障的功能。
Multisim具有设置元件开路(Open)、短路(Short)和漏电(Leakage)故障的功能。
双击需要设置故障的元件,在弹出的对话框中,进入Fault选项就可以设置元件的故障。
图9元件模型修改对话框
3.元件的连线操作
(1)导线的连接将鼠标指向一个元件的引脚,这时鼠标呈十字形,单击左键,导线随鼠标移动而移动。
当导线需要拐弯时,单击左键,到达另一元件对应引脚时再单击左键,即完成了一次导线的连接。
此时,系统会自动给绘制的导线标上节点号。
如果对所画的导线不满意,可选中该线,按
(2)设置导线的颜色当复杂电路导线较多时,可以将不同的导线标上不同的颜色来加以区分。
先选中该导线,单击右键,通过弹出的快捷菜单中的Color选项来设置颜色。
注意:
导线的颜色会改变示波器等测试仪器所显示的波形的颜色。
(二)仿真操作过程举例
图10二极管闪烁电路
前面已经基本上熟悉了元件和导线的操作过程,下面以图10所示的一个具体电路来说明绘制原理图及其仿真的操作过程。
1.新建电路图文件
新建一个空白文件有以下三种方法
(1)启动Multisim软件,同时会新建一个空白的文档;
(2)在已经打开的Multisim中,单击系统工具条中的图标,这时会提示保存当前文档,并新建一个空白文档;
(3)执行菜单File/New命令后,其功能同图标。
2.放置元件及设置电路参数
绘制电路图的第二步是选用元件并对元件进行布局,并且根据电路的要求设置个元件的参数。
(1)图11所示为元件的总体布局。
应根据图中元件的种类和参数在相应的元件工具条中取出元件。
(2)设置元件参数在元件库里选取三极管2N222A的
=220,而本例中的2N222A的
=300才能符合正常的工作情况,这就需要通过修改元件的参数加以实现。
图11元件的放置和布局
3.连接各元件
在图12中,U1A的输入端到Q2集电极连接时需要将U1A的输入端1、2连在一起,加上一个连接点(可使用Edit/PlaceJcnction命令完成),否则无法绘制该连线;另外在绘制该线时,应在相应的拐点处单击鼠标,否则不能得到图12所示的效果。
4.通电观察仿真结果
上面的电路绘制完毕后,可通电进行观察。
按下仿真运行开关按钮或通过Simulate菜单下的Run/Stop命令,就可以改电路在通电状态下的工作状态。
如果电路元件参数设置无误、连线正确,可以观察到发光二极管在不停地闪烁,说明该电路绘制正确。
图12电路的绘制过程
三、Multisim2001软件中虚拟仪器的使用方法
在Multisim2001的仪器库中存放有11台虚拟仪器可供使用,它们是数字电压表、函数信号发生器、示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、频谱仪、功率计、失真度分析仪和网络分析仪,如图8.5所示。
这些虚拟仪器在电路中以图标的形式存在,当需要观察测试数据与波形或者重新设置仪器的参数指标时,可以通过双击打开仪器的面板,就可以看到具体的测试数据与波形。
(一)数字万用表(Multimeter)
1.面板操作
如图13所示为数字万用表的图标和面板,它可以自动调整量程,可用来测量交直流电压、电流,电阻和两个节点间的电压分贝值。
按下面板图中的Set(设置)按钮时,会弹出图13右边所示的一个对话框,可进行万用表的内部参数设置。
图13数字万用表的图标面板和参数设置
在参数设置对话框中,Ammeterresistance(R):
设置电流挡的内阻,其大小影响电流的测量精度;Voltmeterresistance(R):
设置电压挡的内阻,其大小影响电压的测量精度;Ohmmetercurrent(I):
设置用欧姆挡测量时,流过欧姆表的电流值。
2.连接方法
图标上的+、-两个端子用来连接所要测试的端点,连接方法同实际的万用表一样。
(1)测电压或电阻时,应与所要测试的端点并联。
(2)测电流时,应串入被测支路中。
图14虚拟电压表和电流表
此外,在Multisim2001的指示元件库中还放有虚拟电压表和电流表,它们可通过旋转改变引出线的方向,如图14所示。
虚拟电
压表和电流表示一种交直流两用数字表,在
转换直流与交流测量方式时,可双击电压表
图标,在弹出的对话框中Value选项的Mode
下,选择直流(DC)或交流(AC)。
当设置为
交流模式时,显示的是交流电压的有效值。
例1:
用数字万用表电压挡测量图15
所示电路得分压值。
图15数字万用表测电压
解:
由于R1=R2=10kΩ,所以理论R2的上分压值应为6.000V。
当电压挡的内阻用其默认值1GΩ时,测的电压为6.000V,与理论相符;若将内阻设置为1MΩ时,测的电压为5.970V。
可见,电压挡的内阻对电压的测量结果有影响。
(二)函数信号发生器(FunctionGenerator)
1.面板操作
如图16所示为函数信号发生器的图标和面板,它主要用来产生正弦波、方波和三角波信号。
对于三角波和方波可以设置其占空比(Dutycycle)的大小,还可以将正弦波、方波和三角波信号叠加到设置的电压偏置(Offser)上。
图16函数信号发生器的图标和面板
在进行电路模拟仿真的同时可以同步进行调节信号发生器的有关参数,直接观察输出数据波形的变化现象,这些信号的频率调节范围很宽,可从音频调到射频。
函数信号发生器的输出信号参数范围如表2所示。
2.连接方法
(1)单极性连接方式将COM端与电路的地相连,“+”端或“-”端与电路的输入端相连。
这种方式一般用于普通电路。
(2)双极性连接方式将“+”端与电路输入的“+”端相连,而“-”端与电路输入的“-”端相连。
这种方式一般用于信号发生器与差分电路相连,如差动放大器、运算放大器等。
表2函数信号发生器的输出信号参数范围
参数
单位
最小值
最大值
备注
频率(Frequency)
Hz
1
999MHz
占空比(Dutycycle)
%
1
99
方波和三角波使用
振幅(Amplitude)
V
0
999kV
“+”端对“-”端的振幅为设置值的2倍
电压偏置(Offser)
V
-999kV
999kV
指交流输出中含有的直流电压
(三)示波器(Oscilloscope)
示波器是电子测量中使用最为频繁的重要仪器之一,可用来观测信号的波形并可测量测量信号的幅度、频率、周期和相位差等参数。
Multisim2001提供了数字式存储示波器,借助它用户可以看到通常在实验室无法看到的瞬间变化的波形,并加以存储保留。
示波器的图标和面板如图17所示。
图17示波器的图标和面板图
这是一个双踪示波器,由A、B两个通道,G是接地端,T是外触发端。
该虚拟示波器与实际的示波器的连接方式稍有不同,如图18所示。
图18示波器连接示例
(1)A、B两个通道分别只需一根线与被测点相连,测量的是该点与“地”之间的波形;
(2)接地端G一般要接地,但当电路中已有接地符号,也可不接。
另外与实际示波器不同的是,它通过数值框口而不是旋钮调节参数,用户可以通过输入数字或鼠标来进行调节。
图17中示波器的波形显示窗口有两个游标,通过鼠标可以左右移动游标。
在显示窗口下面有3个数值显示窗口,分别显示游标与波形与被测波形交点的时间刻度及幅度的大小,以及两个交叉点的时间间隔及幅度差值。
例2:
观察李沙育图形,如图19所示。
解:
如果选择示波器面板Timebase区中的A/B按钮,即以A通道为纵轴(Y通道),B通道为横轴(X通道),则可得到在示波器显示的李沙育图形,如图20所示。
通过观察图20所示的李沙育图可得出如下关系:
即两个通道的频率之比为3:
2。
图19观察李沙育图形
图20示波器显示的李沙育图形
(四)扫频仪(BodePlotter)
图21扫频仪的图标和面板
扫频仪用来测量电路的幅频特性和相频特性,也叫波特图仪。
扫频仪的图标和面板如图21所示。
扫频仪有IN和OUT两对接线端口,其中IN端口的“+”端接电路输入的正端,IN端口的“-”端接电路输入的负端;OUT端口的“+”端和“-”端分别接电路输出的正端和负端。
使用时,必须在电路的输入端接入AC(交流)信号源但对其频率的设定并无特殊的要求。
通过对扫频仪面板中的Horizontal(水平坐标)频率设置区域来设置频率的初始值I(Initial)下拉框和最终值F(Final)下拉框中的数值。
如果修改了扫频仪的参数设置(如坐标范围)及其在电路中的测试点,为了确保测试曲线的完整与准确,建议修改后重新启动仿真开关。
(五)字信号发生器(WordGenerator)
图22字信号发生器的图标及面板
字信号发生器是一种向数字电路或系统发送数字信号的虚拟多路逻辑信号源,其图标及面板图如图22所示。
由图标可见其左边及右边各有16个接线柱,表示最多可以输出32路数字信号。
例3:
利用字信号发生器驱动七段译码显示器。
如图23所示。
解:
图23所示为译码器74LS47逻辑功能的测试电路,其输入端与字信号发生器输出端相连,其输出端与七段数码管相连。
通过设置字信号发生器的输出状态从0000H~000FH周期性的变化,观察数码管的显示状态,可以看到其显示从0~9,而000AH~000FH无显示,说明74LS47为一个8421BCD的译码/驱动电路。
图23字信号发生器驱动七段译码器
(六)逻辑分析仪(LogicAnalyzer)
逻辑分析仪是数据域测量的重要仪器,它最多可以同步记录和观察16路逻辑信号波形,主要用于对数字信号的高速采集和时序分析,是示波器无法替代的专用逻辑功能测试仪器,也是分析和调试数字系统不可多得的重要工具。
图24所示为逻辑分析仪的图标和面板图。
图24逻辑分析仪的图标和面板
图标左侧16个端口是逻辑分析仪的输入信号端口,从上至下依次为最低位至最高位。
图标下部还有3个端子,C是外时钟输入端,Q是时钟控制输入端,T是触发控制输入端。
双击图标可以打开逻辑分析仪的面板,其操作如下:
被采集的多路信号以方波形式显示在显示区屏幕上,通过设置输入导线的颜色可以修改相应波形的颜色,这样可用颜色区分不同的多路信号。
Stop是停止仿真按钮,单击它可以显示当前的波形;Reset是复位并清除显示波形按钮。
Clock区:
包括Clock/Div栏Set按钮。
Clock/Div:
设置在显示屏上单位水平刻度显示的时钟脉冲数。
Set按钮:
设置时钟脉冲,单击该按钮后出现如图25所示的对话框。
图.26TriggerSetting对话框
其中,ClockSource区是时钟脉冲来源,如果选取External则设置成由外部取得时钟脉冲;如果选取Internal则设置成由内部取得时钟脉冲。
ClockRata区的功能是选取时钟脉冲的频率。
SamplingSetting区的功能是设置取样方式。
Trigger区:
设置触发方式,点击Set按钮,出现如图26所示的对话框。
其中,TriggerClockEdge区的功能是设定触发方式,包括Positive(上升沿触发)、Negative(下降沿触发)、Both(升、降沿触发均可)等3个选项。
TriggerPatterns区的功能是设置触发样本,可以在PatternA、PatternB及PatternC栏中设定触发样本,也可以在Trigger
Combinations栏中选择组合的触发样本。
当所有项目选定后,点击Accept按钮即可确定。
例4:
用逻辑分析仪观察字信号发生器产生的时序逻辑信号。
图27字信号发生器与逻辑分析仪的连接
图28逻辑分析仪的面板显示
解:
按图27所示将字信号发生器的输出信号由低位至高位与逻辑分析仪的输入端对应连接。
设置字信号发生器频率为1kHz,字信号输出范围为0000~000FH。
逻辑分析仪ClockSource区选取Internal,设置成由内部取得时钟脉冲,设置ClockRata为1kHz(即Clock的周期为1ms)。
运行仿真开关,显示屏幕上的波形如图28所示,改变4根导线的颜色,则4路波形的颜色随之改变。
从图28可以看出:
一个测试周期内有8个单位水平格,Clock/Div设置为2,说明每个水平格为2个时钟脉冲(Clock)周期,共为16次Clock脉冲触发。
读数指针T1为初始时刻0.0s,读数指针T2位终止时刻16.0ms,T1-T2为两读数指针之间的时间差,为16.0ms。
时序关系按0000→0001→0010→0011→0100→0101→…→000E→000F,即为16进制关系。
(七)逻辑转换仪(LogicConverter)
逻辑转换仪是Multisim2001特有的虚拟仪器设备,实验室中并不存在这样的实际仪器。
逻辑转换仪主要功能是很方便地完成真值表、逻辑表达式和逻辑电路三者之间的相互转换。
逻辑转换仪的图标和面板如图29所示,图30所示是转换方式选择按钮的含义。
图29逻辑转换仪的图标和面板
a)逻辑转换仪图标b)逻辑转换仪面板
由电路转换为真值表的方法:
首先画出逻辑电路图,将其输入端接至逻辑转换仪的输入端,输出端接至逻辑转换仪的输出端。
然后按下“电路→真值表”按钮,在真值表区就会出现该电路的真值表。
表达式→与非电路按钮
图30转换方式选择按钮
由真值表转化为逻辑表达式:
首先根据输入信号的个数用鼠标点击逻辑转换仪顶部代表输入端的小圆圈(由A至H),选定输入信号,此时在真值表区将自动出现输入变量的所有组合,而右面的输出列的初始值全部为“?
”。
然后根据所要求的逻辑关系确定真值表的输出值(0、1或X),方法是用鼠标多次点击真值表输出列中的输出值。
最后点击“真值表→表达式”按钮,这时在面板底部逻辑表达式
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