数字电路的软件仿真Multisim_10的应用

1、10.1 概述 10.2 基本操作方法 本章小结本章小结 10.3 实验电路生成方法 10.4 数字电路仿真 10.5 仿真模式设置 10.6 模拟电路仿真 学习目标学习目标 了解EDA软件的功能 了解构建仿真电路的基本过程 了解虚拟设备与仿真 Multisim10具有以下主要特点：具有以下主要特点： 1集成化、一体化的人性设计环境集成化、一体化的人性设计环境 2界面友好、操作简单界面友好、操作简单 3真实的仿真平台真实的仿真平台 4分析方法多而强分析方法多而强 5. 可以跨平台作业可以跨平台作业 10.1.1 功能与特点功能与特点 10.1 概述 10.1.2 运行环境要求运行环境要求 如果

2、计算机系统配置较低，则Multisim10启动较慢，但运行以后就正常了， 但如果内存偏小，图形仿真时要经常清理Grapher View中Pages（缓存）， 否则计算机很容易Down机的。 10.1.3 汉化方法汉化方法 Multisim10 目前没有官方的汉化版本，有一目前没有官方的汉化版本，有一 些不是很专业的汉化软件，由于汉化软件并些不是很专业的汉化软件，由于汉化软件并 非专业，翻译的内容不是很准确，因此汉化非专业，翻译的内容不是很准确，因此汉化 后软件菜单与实际内容会有一定的差异，建后软件菜单与实际内容会有一定的差异，建 议用原版软件，同时安装一个可以在线翻译议用原版软件，同时安装一个

3、可以在线翻译 的程序，借助于在线翻译软件，可以大致了的程序，借助于在线翻译软件，可以大致了 解专业词汇，还可以熟悉一下专业英语。解专业词汇，还可以熟悉一下专业英语。 10.2 基本操作方法 10.2.1 工作界面构成工作界面构成 10.2.2 软件菜单软件菜单 10.2.1 工作界面 电路描述框 元器件菜单 基本工具栏 主菜单 图形注解工具 仿真仪表栏 “在用器件”列表 在用电路列表 器件列表察看 电路窗口 运行开关 运行状态栏 运行时间 状态 10.2.2 软件菜单软件菜单 1. 主菜单：主菜单： 包含软件所有操作和功能包含软件所有操作和功能 菜单项目及功能菜单项目及功能 2. 主元器件菜单

4、：主元器件菜单：(Components) 元器件放置菜单元器件放置菜单 电源 基本元件 二极管 三极管 模拟器件 混合器件 显示器件 TTL CMOS 多种数字器件 电源器件 外围设备 RF器件 MCU 总线 其它器件 电机 子电路 主元器件每一项菜单都是个类别，其中 有许多同类型器件可供选择。 3. 仪器仪表菜单：(Instruments)虚拟仪器汇总 VI AB G T ABCD G T INOUT 123 CQT 1 F RT X O X X O O 016 1531 A B Tektronix 1234T G P Agilent Agilent P1P2 TIN THD Agilent

5、 万用表万用表 信号发生器信号发生器 双踪示波器双踪示波器 四踪示波器四踪示波器 波特仪波特仪 频率计频率计 字符信号发生器字符信号发生器 逻辑分析仪逻辑分析仪 阶梯仪阶梯仪 逻辑转换仪逻辑转换仪 失真分析仪失真分析仪 频谱分析仪频谱分析仪 网络分析仪网络分析仪 安捷伦信安捷伦信 号发生器号发生器 安捷伦万用表安捷伦万用表 信号测量探头信号测量探头 安捷伦示波器安捷伦示波器 LabVIEW 仪器仪器 TEKTEK示波器 示波器 电电 流流 互互 感感 器器 功率表功率表 10-5 仪器仪表菜单介绍仪器仪表菜单介绍 4. 主菜单各栏目主菜单各栏目 文件管理文件管理 文件管理主要是 对软件新建、调

6、 用等软件基本工 作项目的管理。 与大多软件一样，程序内部有许多仿真 样例可供参考，建议首次使用者，首先 调用样例进行参考模拟。 这样将会事半功倍。 打开示范文件打开示范文件 文件编辑文件编辑 排序 旋转 电路电路(元件元件) 属性查看修改属性查看修改 电路(元件) 属性 印制板 （PCB） 电路图幅 连接线 字体 可视性 放置元器件放置元器件 放置放置(子子)电路电路 放置图形放置图形 放置注解放置注解 剪切剪切 复制复制 粘贴粘贴 删除删除 选择所有选择所有 标注无连接标注无连接 清除错误标志清除错误标志 以子电路粘贴以子电路粘贴 以分层块替代以分层块替代 以子电路替代以子电路替代 字体字

7、体 属性属性 鼠鼠 标标 右右 键键 菜菜 单单 电路查看电路查看 工工 具具 栏栏 栏栏 目目 内内 容容 查看图形仿真结果：Grapher View 图形记录仪记录下的示波器仿真图形图形记录仪记录下的示波器仿真图形 元器件元器件 (PLACE)放置菜单放置菜单 元器件放置有几种方法：元器件放置有几种方法： 从器件放置菜单中选择对应项后再选从器件放置菜单中选择对应项后再选 定器件型号；定器件型号； 从软件快捷项（工具栏中共有从软件快捷项（工具栏中共有12项与项与 元器件有关项）中直接选取。元器件有关项）中直接选取。 节点节点 从从Place菜单项放置器件、节点、连接线菜单项放置器件、节点、连

8、接线 从从Components等快捷菜单选取、放置器件等快捷菜单选取、放置器件 各类元器件汇总各类元器件汇总 MCU 绘图工具绘图工具 虚拟器件虚拟器件电源器件电源器件晶体管晶体管 信号源信号源 测量元件测量元件 混合器件混合器件基本器件基本器件 特定器件特定器件 二极管二极管 模拟模拟 器件器件 MCU编辑菜单编辑菜单 无MCU元器件 MCU格式编译 MCU窗口 显示行号 跳转to 超越到 跳出 到光标 设置断点 取消断点 暂停 MCU选取菜单选取菜单 电路仿真运行菜单电路仿真运行菜单 后处理后处理 分析仪器缺省初始值分析仪器缺省初始值 初始条件初始条件 分析手段分析手段 ( (仿真仿真)

9、)开始时间开始时间 ( (仿真仿真) )结束时间结束时间 设置最大时间步长设置最大时间步长 最大时间步长最大时间步长 自动调整时间步长自动调整时间步长 其它选项其它选项 设置初始时间步长设置初始时间步长 初始时间步长初始时间步长 估算最大时间步长估算最大时间步长 分析选项设为缺省值分析选项设为缺省值电路仿真菜单设置 电路转换电路转换 转换到转换到Ultiboard 10 转换到转换到Ultiboard 9 输出至输出至PCB 注释到注释到Ultiboard 10 注释到注释到Ultiboard 9及以前版本及以前版本 从从Ultiboard 写回注释写回注释 高亮高亮Ultiboard 选项选

10、项 输出电路网络表输出电路网络表 转换转换 工具箱工具箱 电路参数列表电路参数列表 网络清单网络清单 参数设置选项参数设置选项 新建窗口新建窗口 关闭窗口关闭窗口 关闭所有关闭所有 层叠窗口层叠窗口 水平排列水平排列 垂直排列垂直排列 在线电路名称在线电路名称 窗口设置菜单窗口设置菜单 帮助菜单帮助菜单 10.3 实验电路生成方法实验电路生成方法 10.3.1 选择元器件：（选择元器件：（Select a Component） 元器件搜索菜单元器件搜索菜单 器件搜索 器件详情 器件模型 数据库类型元器件名称 元器件符号 操作方式 元 器 件 组 别 元 器 件 系 列 10.3.2 设置电源、

11、信号源、接地端设置电源、信号源、接地端 Miltisim10有多种电源、信号源、受控信号源， 接地有模拟地 、数字地 ，如果一个 仿真电路中没有一个参考的接地端（0节点）， 电路将无法进入模拟、仿真运行状态。连接 在接地端的网络（Net Name）缺省值都是0 （节点）。 10.3.3 元器件之间连接元器件之间连接 U1 74S134D OC 15 A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 F 6 G 7 H 10 I 11 J 12 K 13 L 14 VCC 16 GND 8 Y 9 U2 74S134D OC 15 A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 F 6 G 7 H 10 I 11

12、 J 12 K 13 L 14 VCC 16 GND 8 Y 9 5V U3 74S134D OC 15 A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 F 6 G 7 H 10 I 11 J 12 K 13 L 14 VCC 16 GND 8 Y 9 U4 74S134D OC 15 A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 F 6 G 7 H 10 I 11 J 12 K 13 L 14 VCC 16 GND 8 Y 9 5V Multisim10元器件引脚连接线是自动产生的，当鼠标箭头在 器件引脚(或某一节点)的上方附近时，会自动出现一个小十 字节点标记，按动鼠标左键连接线就产生了，将引线拖至另

13、外一个引脚处出现同样一个小十字节点标记时，再次按动鼠 标左键就可以连接上了。如果要得到折线，就必须在连接线 直角处拖动引线产生折线，如下图所示圆圈处为拖动点。 拖动前拖动前拖动后拖动后 在空白处，快速点击鼠标左键两次就是节点；在空白处，快速点击鼠标左键两次就是节点； 用快捷键用快捷键Ctrl+J，然后点击鼠标左键一次，也，然后点击鼠标左键一次，也 可放置一节点；可放置一节点； 用用Ctrl+T，可以在空白处添加文字；，可以在空白处添加文字； 用用Ctrl+T，可以打开元器件放置菜单；，可以打开元器件放置菜单； 用用Ctrl+R，可旋转器件；，可旋转器件； 用用Alt+X， 可依水平翻转器件；可

14、依水平翻转器件； 用用Alt+Y， 可以垂直翻转器件可以垂直翻转器件 快捷键的使用 10.3.4修改器件属性和参数 采用原理图设置 显示标签 显示器件值 显示初始值 显示误差 显示参考名称 显示属性 显示管脚号 显示管脚名 显示变量 按系统显示管脚名 按系统显示管脚号 重置文本 位置信息 标签 显示 值 故障 管脚 变量 用户区域 Q2 MJE13005 Q2 MJE13005 所属器件所属器件 原来位置原来位置 移动后位置移动后位置 器件型号器件型号 器件参数显示数值调整过程器件参数显示数值调整过程 移动过程移动过程 移动后移动后 移动前移动前 元器件参数数值显示位置的修改是为了图面 个性化

15、显示的需要，也为了图面清晰整洁。 提取器件逻辑符号，提取器件逻辑符号， 获取器件方法简要说明获取器件方法简要说明4017BP_5V O0 3 O1 2 O2 4 O3 7 CP1 13 MR 15 CP0 14 O4 10 O5 1 O6 5 O7 6 O8 9 O9 11 O5-9 12 所所 有有 器器 件件 功功 能能 表表 功功 能能 表表 说说 明明 本本 器器 件件 10.3.5 电路规则检查 错错 误误 标标 记记 点点 错错 误误 提提 示示 如果程序运行出现故障，可以在如果程序运行出现故障，可以在Tools菜单项中运菜单项中运 行行Electrical Rules Check

16、，得到错误标记和提示。，得到错误标记和提示。 10.3.6 选择测试仪器仪表 万 用 表 信 号 源 功 率 表 二 踪 示 波 器 四 踪 示 波 器 波 特 仪 频 率 计 字 符 发 生 器 逻 辑 分 析 仪 逻 辑 转 换 仪 阶 梯 仪 失 真 分 析 仪 频 谱 仪 网 络 分 析 仪 安 捷 伦 信 号 源 安 捷 伦 万 用 表 安 捷 伦 示 波 器 泰 克 示 波 器 测 量 探 头 LabView 仪 表 电 流 探 头 要取得电路仿真结果，就需要选择合适的测试仪器仪 表，以获取仿真的结果，从仪器仪表中得到的仿真的结果 基本与实际测试结果一致。 如：TEK示波器、安捷伦

17、仪器都是仿照实际设备设计的， 如果想熟练掌握、运用这些仪器设备，最好找一本相关设 备的说明书，在运用中才能得心应手。 10.4 数字电路仿真 10.4.1数字电路仿真的基本要求 （1）要熟悉器件 使用Multisim10对数字逻辑电路进行分析与设 计，必须要掌握几点： 对已知器件可以直接调用，再按照原理图搭 建电路后再进行分析和设计； 对不熟悉的器件应该从帮助菜单或器件属性 修改界面的“Info”选项进入，查找器件的功能和 使用方法，参照图10-31，或查找其它相关资料。 （2）选择、设置合适的信号源）选择、设置合适的信号源 V1 BIPOLAR_VOLTAGE V2 1kHz 5 V V3

18、-1 V 1 V 0.5msec 1msec I1 BIPOLAR_CURRENT I2 1kHz 1 A I3 -1 A 1 A 0.5msec 1msec 脉 冲 电 压 源 脉 冲 电 流 源 图 10-35 脉 冲 信 号 源 用信号源、振荡电路均可产生连续的数字信号，也可用 开关、或对信号源、振荡电路设置产生控制脉冲信号。频率、 占空比等动态参数设置对于仿真结果起很大的作用。 正负脉冲信号源设置界面 正脉冲幅值 负脉冲幅值 偏移电压 占空比 频率/周期 上升时间 下降时间 延时/延时率 有效占空比 替换 XFG1XFG2 Agilent XLV1 三种综合信号发生器 虚拟综合信号发生

19、器 安捷伦信号发生器 LabView信号发生器 (3)获取仿真结果形式： A B C D E F G H A B C D E F G H CK 5V Out1 5V DA 5 DB 3 DC 2 DD 4 OA 9 OD 12 OE 13 OF 15 OC 11 OB 10 OG 14 LD 1 BI 7 PH 6 QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 A B C D E F G CK 1 2 3 4 5 6 7 8 直流工作点 电路参数值 图形有数码和波形两种 谐波分析 数

20、据以文字方式为主 数据、图形 数字脉冲专用测试仪频率计， 包含脉冲的许多参数指标。 TEK四通道示波器。与实际示波器 使用方法相似，可以参阅TEK同类 型任意一款数字示波器的使用说明 书，就可以大致了解TEK示波器使 用方法了。 Tektronix 1 2 3 4T G P Agilent示波器。使用方法与TEK 示波器大同小异，唯一的区别是： Agilent示波器是MSO数模混用 示波器。有16个逻辑通道，2个模 拟通道。 Agilent TEK示波器 Agilent示波器 10.4.2 组合逻辑电路的仿真 （1）逻辑函数的化简 前面章节我们学过逻辑函数的化简，公式法和卡 诺图法。公式法可以

21、对任意变量函数化简，但是化简 难度较大，卡诺图则对 4 变量以下逻辑函数的化简比 较方便，但是 4 变量以上的逻辑函数的化简则难度加 大了。在Multiism 10 中，逻辑函数的的化简就显得非 常的轻松，因为它有一个很实用的逻辑转换仪。 逻辑转换仪可以实现逻辑函数的化简，以及函数 几种表达式之间相互的转换。 下面介绍逻辑转换仪的使用： 逻辑转换仪 图10-45 逻辑转换仪界面 逻辑函数表达式输入逻辑函数表达式输入/或化简后输出或化简后输出 输入变量 输出变量 逻辑图真值表 真值表最小项表达式 真值表最简表达式 表达式真值表 表达式逻辑图 表达式与非逻辑图 () () FACADB CBDAB

22、CC DA D A CD 逻辑函数化简过程公式法 逻辑变量输入端逻辑变量输入端 输入逻辑函数输入逻辑函数 A+C+D 先点击先点击A|B10|1 再点击再点击10|1 A|B 最终化简结果 化 简 在此“ ”表示逻辑非 ABCD A B 逻辑函数化简过程逻辑图函数式 点击点击 A|B，就可以得到化简的逻辑函数，就可以得到化简的逻辑函数 分别将逻辑图中 输入 输出 接在逻辑转换仪上； Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 A 1 B 2 C 3 G1 6 G2A 4 G2B 5 GND 8 VCC 16 1 2 4 5 6 1 2 4 5 6

23、 1 0 0 A B C i i i-1 S C i i 5V 74HC138 A B 集成组合逻辑器件也可以用集成组合逻辑器件也可以用 逻辑转换仪得到函数表达式逻辑转换仪得到函数表达式 变量输出 变量输入 （3）真值表函数表达式 直接将真值表填入逻辑转换仪，表示约束项 （4）组合逻辑电路的分析与设计 ABCD ABCD 已知函数表达式，逻辑转换仪可以直接给出逻辑图 任意门实现 与非门实现 74LS148D A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 74LS138D Y0 15 Y1

24、14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 A 1 B 2 C 3 G1 6 G2A 4 G2B 5 5V DCD_HEXDCD_HEX Bus1 RT X O X X O O 016 1531 CQT 1 F Bus1 Bus1 Bus2 Bus2 Bus2 组合逻辑电路逻辑测试“总线”应用 BUS1 74LS138输入波形 BUS1 74LS148输出波形 BUS2 74LS148输出波形 在组合逻辑测试电路中，为了简化逻辑图，在图中设 立了BUS1、BUS2两个总线，将相关的测试点接入总 线，这样逻辑图中就减少了逻辑连线。总线上可以挂 接任意连接点。 仿真电

25、路中每一根导线都有一个网络（Net Name） 标号，只要网络的标号相同，导线就连接在一起。 10.4.3 时序逻辑电路的仿真 对时序电路的仿真，首先必须熟悉器件的功能及其 特点，功能表的使用方法见图 10-31 说明。下面以 实例说明： 【例【例10-1】用两种方式分别设计一个可以用BCD 显示器直接显示的24进制计数器。 以74290和74161为例实现 74290二-五-十进制计数器， 74161四位二进制计数器。 如果不熟悉器件，可以在器件属性信息栏（Info）上 搜寻器件的功能表及简要说明，如果说英文说明可能 理解有一点困难，但是功能表应不难理解。 功能说明 功能表 4 1 3 2

26、2 3 1 4 4 1 3 2 2 3 1 4 74LS290D QA 9 QB 5 QD 8 QC 4 INB 11 R91 1 R92 3 R01 12 INA 10 R02 13 74LS290D QA 9 QB 5 QD 8 QC 4 INB 11 R91 1 R92 3 R01 12 INA 10 R02 13 图中虚线框表示的是当计数到图中虚线框表示的是当计数到(24)D或或(00100100)B 时产生置时产生置“0”（异步复位）信号的地方。（异步复位）信号的地方。 24 脉冲输入脉冲输入 023就是 24进制 用用74LS290构成构成24进制计数器进制计数器 74LS161D

27、 QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 74LS161D QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 Bus1 Bus1 Bus2 Bus2 5V 5V 74LS161是4位二进制 计数器，计数范围为 015，我们设计目标 是BCD码显示的24进 制计数器，个位显示 09，十位显示02。 09 02 023 十位显示02 控制目标：个位显示09 整体显示023 【

28、例例10-2】 分析图10-58时序逻辑电路逻辑功能 JQ QK RESET CLK SET JQ QK RESET CLK SET JQ QK RESET CLK SET JQ QK RESET CLK SET CP 0 VCC VCCVCC VCCVCCVCC VCCVCC VCC CPCPCP VCC1 13 5 6 2 7 4 9 11 Q3 CQT 1 F Q2Q1Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 Qc Qc CP 10个CP 分析过程：先画出逻辑图，然后仿真，再读取数据。分析过程：先画出逻辑图，然后仿真，再读取数据。 十进制计数器十进制计数器 图10-59 状态变量输出波形 10.5

29、仿真模式设置 10.5.1 仿真启动与停止仿真启动与停止 启 暂 停 动 停 止 启/ 停 暂停 MCU运行、编辑操作 快捷键： F5运行/停止 带MCU控制功能仿真开关 Multisim 10 运行/停止 可以用菜单，也可以用快捷键。 普通开关 10.5.2 仿真模式仿真模式 与仿真参数设置与仿真参数设置 所有仿真模式： 1. 直流工作点分析界面直流工作点分析界面 待选节 点参数 过滤已选参数变量 增加器件/模型中参数测试 删除所选参数 仿真结束后显示所有器件参数 存储选择变量 已选节 点参数 过滤未选参数变量 设置完成后按仿真（Simulate) 电路的静态工作点 DC分析，对于模 拟电路

30、分析十分重 要，不仅电路运行 需要设置，而且可 以通过DC分析求 出电路的静态参数 数据。 静态参数指： 输入为零 电容开路、 电感短路。 内部参数设置 内部参数设置界面 内部参数设置汇总 分析结果 直流工作点设置、分析过程 2. 交流分析交流分析 分析电路在小信号作用下的频率响应。 3. 瞬态分析瞬态分析 分析电路在时域范围内某一期间的响应。 4. 傅立叶分析傅立叶分析 分析节点上信号的各次谐波含量（能量分布）。 5. 噪声分析噪声分析 分析电路中的器件或电路本身的噪声大小。 输出节点选择 分析选项 汇总 分析参数 恢复为缺省值 初始条件 分析初试值 分析起始点 时间结束点 最长时间设置 最小采样点 最大采样点 自适应采样 更多选项 设置初始采样间隔 估算最大采样间隔 运行 图10-67 交流分析运行、设置界面交流分析运行、设置界面 6. 噪声系数分析噪声系数分析 通过一个噪声系数来描述