《电子产品工艺实训》课件第4章

第4章电子线路计算机辅助 设计、装配与调试训练9Multisim2001软件训练10Protel软件

思考题与练习题

训练9Multisim2001软件

Multisim2001是加拿大InteractiveImageTechnology公司于20世纪90年代末开发的一个专门用于电子线路仿真和设计的软件。它的前一个版本就是著名的ElectronicsWorkbench(简称EWB)软件。

Multisim2001具备强大的功能,将原理图创建、电路测试分析、结果的图表显示等,全部集成到同一电路窗口中,整个操作界面就像一个实验工作台,非常直观,未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件,对于电子设计者来说,是个极好的EDA工具。在众多的电路仿真软件中,Multisim是最容易上手的,成为迄今为止使用最方便、最直观的仿真模拟软件,也是目前教学中使用最多的仿真软件之一。其网址为http://。本训练介绍Multisim2001的基本界面,指导读者逐步建立一个基本电路,学习电路设计(circuit)、仿真(simulate)、分析(analysis)和产生报告(reporting)的基本功能和使用方法。

一、Multisim2001软件简介

1.Multisim2001的基本界面进入Multisim2001后,立刻出现Multisim2001的主界面,如图4-1所示。界面主要有由菜单栏(MenusIoolbar)、系统工具栏(SystemToolbar)、设计工具栏(MultisimDesignToolbar)、使用中的元件列表(InUseList)、仿真开关(SimulateSwitch)、仪表工具栏(InstrumentsToolbar)、元件工具栏ComponentToolbar)、连接EDA按钮、电路窗口(CircuitWindow)和状态栏(StatusLine)等部分组成。

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4-1Multisim2001的主界面

1)系统工具栏(SystemToolbar)系统工具栏包含常用的基本功能按钮,其名称和功能与Windows基本相同。

2)菜单栏(MenusToolbar)菜单栏包括电路仿真所需要的几乎所有的操作命令。它包含9个主菜单,如图4-2所示。从左至右分别为File(文件)、Edit(编辑)、View(窗口显示)、Place(放置)、Simulate(仿真)、Transfer(文件输出)、Tools(工具)、Options(选项)和Help(帮助)菜单等。

在每个主菜单下都有一个下拉菜单,用户可以从中找到各项操作功能的命令。

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4-2菜单栏

(1)File菜单:主要用于管理所创建的电路文件,如打开、保存和打印等,如表4-1所示。

表4-1File菜单

(2)Edit菜单:主要用于电路绘制过程中,对电路和元件进行各种技术处理,如表4-2所示。

表4-2Edit菜单

(3)View菜单:用于确定仿真界面上显示的内容以及电路图的缩放和元件的查找,如表4-3所示。

表4-3View菜单

(4)Place菜单:Place菜单提供在电路窗口内放置元件、连接点、总线和文字等命令,如表4-4所示。

表4-4Place菜单

(5)Simulate菜单:提供电路仿真设置与操作命令,如表4-5所示。

表4-5Simulate菜单

(6)Transfer菜单:提供将仿真结果传递给其他软件处理的命令,如表4-6所示。

表4-6Transfer菜单

(7)Tools菜单:主要用于编辑或管理元器件和元件库,如表4-7所示。

表4-7Tools菜单

(8)Options菜单:用于设置电路的界面和电路某些功能的设置,如表4-8所示。

表4-8Options菜单

(9)Help菜单:主要为用户提供在线技术帮助和使用指导,如表4-9所示。

表4-9Help菜单

3)设计工具栏(MultisimDesignToolbar)设计是Multisim2001的核心部分,在设计工具栏的指导下,可按部就班地进行电路的建立、仿真、分析并最终输出设计数据。虽然菜单中可以执行设计功能,但使用设计工具栏进行电路设计则更方便、

易用。

设计工具栏如图4-3所示。

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4-3设计工具栏

设计工具栏中各按钮的功能如下:元件设计按钮(Component):缺省显示,因为进行电路设计的第一个步骤是往电路窗口中放置元件。元件编辑器按钮(ComponentEditor):用以调整或增加元件,启动编辑器。仪表按钮(Instruments):用以给电路添加仪表或观察仿真结果。仿真按钮(Simulate):用以开始、

暂停或结束电路仿真。分析按钮(Analysis):用以选择要进行的分析。

后处理器按钮(Postprocessor):用以进行对仿真结果的进一步操作。

VHDL/Verilog按钮:用以使用VHDL模型进行设计(不是所有的版本都具备)。报告按钮(Reports):用以打印有关电路的报告(材料清单、元件列表和元件细节)。传输按钮(Transfer):用以与其它程序通信,比如与Ultiboard2001通信。也可以将仿真结果输出到MathCAD和Excel这样的应用程序中。

4)使用中的元件列表(InUseList)此菜单包含了当前电路所使用的全部元件,以备检查及重复调用。

5)仿真开关(SimulateSwitch)仿真开关用以控制仿真操作的进程。

6)仪表工具栏(InstrumentsToolbar)

Multisim的仪表工具栏提供了仿真电路所需要的11种测试仪器仪表,从左至右依次为:数字万用表、函数发生器、功率表、示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪,如图4-4所示。

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4-4仪表工具栏

7)连接EDA按钮通过按钮访问EDA网站,获取相关技术支持。

8)电路窗口(CircuitWindow)电路窗口是一个对电路操作的平台,在此窗口中,可进行仿真电路图的连接、测试分析及波形数据显示等操作。

9)元件工具栏(ComponentToolbar)

Multisim的元件工具栏按元件模型分门别类地放到14个器件库中,每个器件库放置同一类型的元件。如图4-5所示。图中从左至右依次为:电源库、基本元件库、二极管库、晶体管库、模拟元件库、TTL器件库、CMOS器件库、各种数字元件库、混合元件库、指示器件库、其它器件库、控制器件库、

射频元件库和机电类器件库。

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4-5元件工具栏

2.定制用户界面

定制用户界面可以方便原理图的创建、电路的仿真分析和观察。创建一个电路之前,可根据具体电路的要求和用户习惯设置一个特定的用户界面,其包括工具栏、电路颜色、页边界、缩放倍数、符号系统(ANSI或DIN)和打印设置等。用户界面的定制主要通过Preferences对话框中提供的各项选择功能来实现。启动Options菜单中的Preferences命令,即出现Preferences对话框,如图4-6所示。

Preferences对话框中有6页,每页中包含若干个选项。通过这6页可对电路界面进行较为全面的设置。

1)Circuit页Circuit页可对电路窗口内的电路图形进行设置,如图4-6所示。

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4-6Preferences对话框

(1)Show区:设置元件及连线上所要显示的文字等项目。该区左边有一个设置预览窗口,可观察设置的情况(下同)。①Showcomponentlabels:显示元件的标注。②ShowcomponentreferenceID:显示元件的序号。③Shownodenames:显示线路上的节点名称。④Showcomponentvalues:显示元件的参数值。⑤Showcomponentattribute:显示元件的属性。⑥

Adjustcomponentidentifiers:调整元件的标识符。

(2)Color区:设置编辑窗口内各元件和背景的颜色。通过左上方的选项栏可选择程序预置的几种配色方案,其中包括五个选项:①Custom:由用户设置的配色方案。②BlackBackground:程序预置的黑底配色方案。③WhiteBackground:程序预置的白底配色方案。④White&black:程序预置的白底黑白配色方案。⑤

Black&white:程序预置的黑底黑白配色方案。

在Custom设置框中,当选择“Custom”时,用户应设置:Background(编辑区的底色)、Wire(元件连线的底色)、Componentwithmodel(模型元件的颜色)、Componentwithoutmodel(非模型元件的颜色)、Virtualcomponent(虚拟元件的颜色)。可以单击所要设置颜色项目右边的按钮,打开颜色对话框,如图4-7所示,选取所需的颜色。

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4-7颜色对话框

2)Workspace页

Workspace页可对电路窗口中的图纸进行设置,如图4-8所示。

(1)Show区:设置窗口图纸显示格式。选项栏分别是:Showgrid(显示栅格),Showpagebounds(显示纸张边界),Showtitleblock(显示标题栏)。

(2)Sheetsize区:设置窗口图纸规格的大小及方向。左上方的选项栏提供了A、B、C、D、E、A4、A3、A2、A1及A0等10种标准规格的图纸及Custom选项。左下方的Orientation用于设置图纸放置的方向,其中有Portrait(纵向图纸)和Landscape(横向图纸)。

(3)Customsize区:在Sheetsize区中如果选择了Custom项,则应在该区设置图纸宽度(Width)和高度(Height),其中单位可选择英寸(Inches)和厘米(Centimeter)。

(4)Zoomlevel区:设置显示窗口的图纸缩放比例。有4种可供选择的比例:200%、100%、66%、33%。

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4-8Workspace页

3)Wiring页

Wiring页用来设置电路导线的宽度与连线方式,如图4-9所示。

(1)Wirewidth(drawingoption)区:设置导线宽度,在右边栏内可输入1～15整数的宽度值,数值越大,导线越宽。

(2)Autowire区:设置导线的自动连线方式。其中,“Autowireonconnection”表示由程序自动连线;“Autowireonmove”表示在移动元件时,自动重新连线。如果不选取本选项,则在移动元件时,将不能自动调整连线,而以斜线连接。

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4-9Wiring页

4)ComponentBin页ComponentBin页涉及元件方面的设置,如图4-10所示。

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4-10ComponentBin页

(1)Symbolstandard区:设置元器件符号标准。其中ANSI选项设置采用美国标准,而DIN选项设置采用欧洲标准,由于我国的电气符号标准与欧洲标准相近,故选择DIN较好。

(2)Componenttoolbarfunctionality区:选择元件箱的打开和显示方式。选择“Autoshowpartsbins,keepopenonclick”选项后,当光标指向要选的元件分类库时,其元件库将自动打开,并一直处于打开状态,直到单击器件库右上角的“╳”才能关闭。选择“Autoshowonly”选项后,当光标指向要选的元件库时,元件库将自动打开;取完一个元件后,将自动关闭。选择“Noautoshow,clicktoopen”选项后,需要单击元件库才能打开或关闭所要选的元件库。

(3)Placecomponentmode区:设置放置元件的方式。选择“Placesinglecomponent”选项后,从元件库选取元件,只能放置一次。选择“Continuousplacementformulti-sectionpartonly(Esctoquit)”选项后,对于符合封装在一起的元件,如74LS00D,可连续放置,直至全部放置,按Esc键或单击鼠标右键才结束放置。选择“Continuousplacement(Esctoquit)”选项后,从元件库选取元件,可连续放置多个该元件。不管该元件是单个封装还是复合封装,直至按Esc键或单击鼠标右键才结束放置。

5)Font页

Font页可进行文字字型方面的设置,分为6个区,如图4-11所示。

(1)Font区:设定字型,直接选取所要采用的字型即可。

(2)FontStyle区:可选择字体为粗体字(Bold)、粗斜体字(BoldItalic)、斜体字(Italic)、正常(Regular)。

(3)Size区:设定字型大小。

(4)Sample区:字型设置的预览。

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4-11Font页

(5)Changeall区:设置电路窗口某项字体实现整体变化,即改变某项中的一个字体,电路窗口同项字体全部跟随变化。其中有ComponentreferenceID(元件参考标号)、Componentvaluesandlabels(元件标称值和标号)、Componentattributes(元件属性)、Pinnames(元件引脚名称)、Nodenames(线路上的接点名称)以及Schematictext(电路图)。

(6)Applyto区:设置字体的应用范围,是应用于整个电路图(Entirecircuit),还是只应用在所选择的部分(Selection)。

6)Miscellaneous页

Miscellaneous页设置电路的备份、存盘路径、数字仿真速度及接地方式等,如图4－12所示。

(1)Auto-backup区:设置选择自动备份功能和备份时间间隔。

(2)CircuitDefaultPath区:设置预置的存取文件路径。默认路径是“我的文挡”。

(3)DigitalSimulationSettings区:设置数字电路的仿真方式。选择“Ideal”选项后,对数字元件进行理想化处理时,仿真速度较快。选择“Real”选项后,能较全面地模仿现实的数字元件,编辑的电路原理图中要有提供给数字元件的电源和数字地端,其仿真精度较高,但速度较慢。

(4)PCBGroundOption区:对PCB接地方式进行选择。若选中,则在PCB中将数字接地与模拟接地连在一起。

图

4-12Miscellaneous页

二、原理电路图的建立

以图4-13所示的“二极管闪烁电路”为例,介绍Multisim2001建立电路、放置元件、元件连线、连接仪表、

运行仿真和保存电路等操作方法。

图

4-13二极管闪烁电路

1.建立电路文件

启动Multisim2001,软件就自动创建一个默认标题为“Citcuit1”的新电路文件,新文件的电路窗口是空白的,如图4-14所示。

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4-14无标题新电路文件窗口

2.放置元件

1)元件工具栏元件工具栏是缺省可见的,如果不可见,单击设计工具栏的Component按钮。用鼠标单击元件工具栏中的基本器件库按钮,即可打开该器件库,其中包含代表各族元件的按钮,如图4-15所示。

图

4-15打开的基本器件库

2)放置元器件利用元件工具栏放置元件,这是放置元件的一般方法。也可以用菜单栏“Place”\“PlaceComponent”放置元件,当不知道要放置的元件包含在哪个元件箱时,这种方法很有用。

(1)放置第一个元件。第一步:放置电源(一个5V电源)。①

鼠标单击电源库(Source)按钮,电源工具栏显示如图4-16所示。

图

4-16打开电源库

【要点】在按钮上移动鼠标会显示按钮所代表的元件族的名称。②单击直流电压源按钮,出现一个直流电压源跟随着光标移动。③将鼠标移到要放置元件的左上角位置,单击鼠标,电源出现在电路窗口中(利用页边界可以精确定位),如图4-17所示。

图

4-17放置直流电源

【注】可以隐藏元件周围的描述性文本。右击鼠标,从弹出式菜单中选择“Show”选项。第二步:改变电源值。电源的缺省值是12V,可以容易地将电压改为需要的5V。①

双击该电源,出现电源属性对话框,电源值标签(Value)显示如图4-18所示。

图

4-18电源属性对话框

②在电压窗口中,将12改为5,单击“确定”按钮即可。元器件值的改变只对虚拟(Virtual)元件有效。虚拟元件不是真实的,也就是说不可能从市场上买到。虚拟元件包括所有的电源和虚拟电阻/电容/电感等其它器件。

Multisim2001用两种方法处理虚拟元件。首先,虚拟元件与真实元件的缺省颜色不同,这样会提醒用户这些元件不是真实的,不会输出到PCB布线软件中,虚拟元件用墨绿色衬底表示。下一步放置电阻时会看到这种差别。第二,放置虚拟元件时不是从浏览器中选择的,因为可以任意设置元件值。

(2)放置下一个元件。第一步:放置电阻。①用鼠标单击基本器件库(Basic)按钮,即可打开该器件库,在出现的工具栏中单击电阻按钮,出现电阻浏览器,如图4-19所示。

出现这个浏览器的原因是由于电阻箱中包含了很多真实元件,也就是可以从市场上买到的元件。它显示了主数据库中所有可能得到的电阻。

【注】放置直流电源时不出现浏览器,这是因为直流电源中只有虚拟元件。图4-19在元件浏览器对话框中选择元件②滚动“ComponentNameList”找到470ohm的电阻。

【要点】输入头几个数字可以快速滚动“ComponentNameList”,比如输入“470”后,浏览器会滚动到相应的区域。③选择“470ohm”电阻,然后单击“OK”按钮,鼠标出现在电路窗口中。将鼠标移动合适位置,单击鼠标放置元件。第二步:旋转电阻。为了连线方便,需要旋转电阻。①右击电阻,出现弹出式右键菜单。②

选择菜单中的“90CounterCW”命令,结果如图4-20所示。

图

4-20旋转电阻

③如果需要,可以移动元件的标号,特别是在对电阻进行了数次旋转后,用户又不喜欢标号的显示方式时。例如,要移动元件的参考ID,只需单击并拖动它即可,或者利用键盘上的箭头键,标号每次移动一个格点。第三步:增加其它电阻。本电路需要两个电阻,分别是120ohm和470ohm。

要添加电阻:①按照以上步骤在D行、2列的位置添加一个120ohm的电阻,注意此电阻的参考ID是“R2”,表示它是第二个放置的电阻。②放置第三个电阻:10kohm的电阻(可以用“InUseList”列表),将此电阻放置在4B位置。看一下设计工具栏右边的“InUseList”列表。它列出了迄今为止放置的所有元件,单击列表中的元件可以容易地重复使用这些元件。结果如图4-21所示。

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4-21放置元器件

可以容易地将已放置的元件移动到希望的位置。单击要移动的元件(确定选定的是元件不是标号),用鼠标拖动或用箭头键每次移动一个格点。删除已放置的元件也很简单,只需单击要删除的元件,然后按下“Del”键,或执行“Edit”\“Delete”命令即可。第四步:保存文件。选择“File”\“SaveAs”菜单命令,给出保存位置与文件名。

(3)放置其它元件。按照以上步骤将下列元件放置在图中指定的位置。①一个红色的LED(取自于Diodes库)放置在R1的正下方。②一个74LS00D(取自于TTL库)在D1位置。由于此元件有四个门,因此程序将提示用户确定使用哪个门。四个门相同,可任选一个。③一个2N2222A双极型NPN三极管(取自于三极管库),放置在R2的右方。④另一个2N2222A双极型NPN三极管放置在LED正下方(拷贝并粘贴前边的三极管到新位置即可)。

⑤一个330nF的电容(取自于基本元件库),放置在第一个三极管的右方,并沿顺时针方向旋转(如果需要,旋转后可以移动标号)。⑥接地(取自于电源库),放置在V1、Q1、Q2和C1的下方。电路中可以用多个地,图中用一个地连接多个元件。⑦一个5V的电源VCC(取自于电源库),放置在电路窗口的左上角;一个数字地(取自于电源库)放置在VCC下方。注意及时选择“File”\“Save”保存文件。

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4-22放置全部器件

3.改变单个元件和节点的标号与颜色可以改变Multisim2001赋予元件的标号与颜色。

1)改变任一个元件的标号①双击元件,弹出元件特性对话框。②单击标号Label标签,输入或调整标号(由字母和数字组成,不得含有特殊字符和空格)。③

单击“Cancel”按钮，

取消改变,单击“OK”按钮,存储改变。

2)改变任一元件和节点的颜色将光标指向某一元件或节点,单击鼠标右键,弹出快捷菜单,选择“Color”命令,从弹出的对话框中选择合适的颜色。

4.给元件连线

Multisim2001有自动与手工两种连线方法。自动连线为Multisim2001所特有,选择管脚间最好的路径自动完成连线,它可以避免连线通过元件和连线重叠;手工连线则要求用户控制连线路径。可以将自动连线与手工连线结合使用,比如,开始用手工连线,然后让Multisim2001自动地完成连线。本电路中,大多数连线用自动连线完成。可以对本章中所建立的电路进行连线,也可以打开“Multisim”\“Tutorial”文件夹中的tut1.msm进行连线,该电路中的元件已放置在合适的位置上。

1)自动连线开始为V1和地自动连线①单击V1下边的管脚。②

单击接地符号上边的管脚。

两个元件就自动完成了连线,如图4-23所示。

【注】连线缺省为红色。要改变颜色缺省值,右击电路窗口,选择弹出式菜单的“Color”命令。要改变单个连线的颜色,右击此连线,选择弹出式菜单中的“Color”命令。

图

4-23自动连线一

③用自动连线完成下列连接:·V1到R1。·R1到LED。·LED到Q2的集电极。·Q2和Q1的发射极。·C1到地。·Q1的基极到R2。

·R3到U3的第三脚(输出)。

·R3到C1。

·U1的第一脚到第二脚。

·R3到V1和R1的连线(节点1)。先单击R3管脚,然后单击连线,程序自动在连接点上增加节点。

·Q2的基极和Q1的集电极。

图

4-24自动连线二

2)手工连线现在要将U1的输入连接到LED与Q2之间的连线,使用手工连线可以精确地控制路径。Multisim2001防止将两根连线连接到同一管脚,这样可以避免连线错误。现在从U1的1脚与2脚间的连线开始进行,而不是从1脚或2脚开始,从连线中间开始连线,需要在连线上增加节点。

(1)增加节点①选择“Place”\“PlaceJunction”菜单命令,会出现一个节点跟随光标移动。②单击U1输入间的连线放置节点。③

节点出现在连线上,如图4-25所示。

图

4-25放置节点

下面按照需要的路径进行连线,打开显示格点可以帮助确定连线的位置。

(2)右击电路窗口,从弹出式菜单中选择“ShowGrid”命令,以显示格点。为手工连线做好准备。

(3)进行手工连线。①单击刚才放置在U1输入端的节点。②向元件的下方拖动连线,连线的位置是“固定的”。③拖动连线至元件下方几个格点的位置,再次单击。④向上拖动连线到LED1和Q2间连线的对面,再次单击。⑤

拖动连线至LED1与Q2间的连线上,再次单击。

图

4-26手工连线

(4)按住Ctrl键,然后单击拖动点可以删除它。

5.给电路增加文本

Multisim2001允许增加和编辑图纸标题栏与文本,来注释电路。

1)增加和编辑图纸标题栏选择“View”\“ShowTitleBlockandBorder”可以显示图纸标题栏。选择“Option”\“ModifyTitleBlock...”可以编辑图纸标题栏。在弹出的TitleBlock对话框中输入标题文本,如图4-27所示,单击“OK”按钮,标题栏出现在电路窗口的右下角,如图4-28所示。

图

4-27TitleBlock对话框

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4-28编辑后的图纸标题栏

2)增加文本经常需要在电路中放置一些说明文字,以对某些必要部分添加注释,方便对电路图阅读和理解。其基本步骤如下:

(1)选择“Place”\“PlaceText”命令,光标变为“I”形状。

(2)单击电路窗口,出现文本框(如果电路窗口背景为白色,则文本框的边框不可见)。

(3)单击要放置文本的位置。

(4)输入文本。比如输入“Mytutorialcircuit”,单击文本框以外的地方,即可得到相应文字,如图4-29所示。

图

4-29在电路图中放置文字

6.总线应用在数字电路中,常有多条性能相同的导线按同一种方式连接的情况,如图4-30所示。这是一个计数器与数码管显示器相连的电路,由4条连接线把它们彼此连接起来。如果连线增多或距离加长,就会难以分辨。如果利用总线来连接,如图4-31所示,将两端的单线分别接入总线,构成单线-总线-单线的连接方式,那么线路就会简单得多。

图4-30计数器与数码管显示器相连电路图

4-31计数器与数码管显示器使用总线

总线就是将一些性质相同的线合在一起用一个共同的名称来代表的线,例如,数据线、地址线等,使用总线可以简化电路。总线的绘置方法如下:

1)进入绘制总线状态启动Place菜单的“PlaceBus”命令,进入绘制总线状态,鼠标指针自动呈“十”字形。

2)绘制总线单击并拖动所要绘制总线的起点,即可拉出一条总线。如要转弯,则单击鼠标左键,到达目的地后,双击即可完成该总线绘制,系统会自动给出总线名称。如果要修改总线名称,则双击该总线,打开Bus对话框,在ReferenceID栏内输入新的总线名称,然后单击“OK”按钮。按上述方法绘制两条总线,总线名称分别为Bus_A和BUS_A,如图4-31所示。

3)绘制第一个元件与总线连接的单线单击所要连接的元件(如数码管显示器)引脚,如引脚4(或3、2、1),然后单击并移向总线,再单击,则出现如图4-32所示的对话框。输入单线的名称,如4(或3、2、1),单击“OK”按钮,关闭对话框,即可把单线名称反映到电路图上。用类似的操作将第一个元件的各引脚与总线相连。

图

4-32Nodename对话框1

4)绘制第二个元件与总线连接的单线单击所要连接的第二个元件(如计数器)的引脚,如U4(或U3、U2、U1)的Q端,单击并移向总线,再单击,则出现如图4-33所示的对话框。选择相对应的连接线,如Bus.4(或Bus.3、

Bus.2、

Bus.1),单击“OK”按钮。

图

4-33Nodename对话框2三、给电路增加测试仪表

1.仪表调用

Multisim2001提供一系列虚拟仪表,其使用和读数方法与真实的仪表相同,感觉就像实验室中使用的仪器。使用虚拟仪表显示仿真结果,是检测电路正常与否最好、最简便的方法。单击设计工具栏中的“Instruments”(仪器仪表)按钮进入仪表功能。单击此按钮后会出现仪表工具栏,每一个按钮代表一种仪表,如图4-34所示。

图

4-34仪表工具栏

虚拟仪表有两种视图:连接于电路的仪表图标和打开的仪表(双击仪表图标即可打开仪表,在打开的仪表上,可以设置仪表的控制和显示选项)。如图4-35所示为数字万用表的两种视图。

图

4-35数字万用表

2.仪表连接给电路增加一台示波器,用以观察分析电路是否工作正常。1)增加示波器(1)单击设计工具栏的“Instruments”按钮,出现仪表工具栏。(2)单击示波器按钮,会出现一个示波器图标跟随光标移动。(3)移动鼠标至电路窗口的右侧,然后单击鼠标,放置示波器。(4)示波器图标出现在电路窗口中。

2)给示波器连线

(1)单击示波器的A通道图标,拖动连线到U1与R2间的节点上。

(2)单击B通道图标,拖动连线到Q2与C1间的连线上。电路结果如图4-36所示。

下一节电路仿真时,可以观察示波器的显示结果。

图

4-36给电路增加仪表

3.仪表设置每种虚拟仪表都包含一系列可选设置,以控制它的样式。

1)示波器的设置要打开示波器,双击示波器图标,显示如图4-37所示。选择“Y/T”时,时间参数(Timebase)控制示波器水平轴(X轴)的幅度,如图4-38所示。为了得到稳定的读数,时间参数设置应与频率成反比,频率越高,时间参数越低。

图4-37示波器的设置图

4-38示波器Timebase的设置

2)本电路时间参数的设置

(1)为了很好地显示频率,将时间参数幅度设置(应该选择Y/T)为20(s/Div。

(2)A通道(ChannelA)幅度设置为5V/Div,单击“DC”按钮。

(3)B通道(ChannelB)幅度设置为500mV/Div,单击“DC”按钮。结果如图4-39所示。

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4-39示波器时间参数的设置

四、电路仿真与电路分析

1.电路仿真

1)电路仿真的运行单击主窗口右上角的开关图标或选择设计工具栏中的“Simulate”按钮,在弹出式菜单中,选择“Run”\“Pause”命令,

软件自动开始运行仿真。

2)观察仿真结果从示波器中观察结果。双击示波器图标,展现示波器面板。如果按前边介绍的方法,正确设置了示波器,立即就可看到如下结果,如图4-40所示。同时注意,电路中的LED在闪烁(此功能为Multisim2001独有),反映了仿真过程中电路的功能(二极管闪烁电路)。

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4-40电路仿真波形

3)暂停电路仿真要暂停仿真,单击主窗口右上角的暂停图标,软件将停止运行仿真。也可以选择“Simulate”\“Pause”命令,停止仿真。再次按下,或选择“Simulate”\“Run”命令,将激活电路,重新进入仿真过程。

4)保存电路文件可以执行“File”\“Save”命令。如果是第一次存盘,屏幕将弹出一个对话框,此时可以选择输入电路图的文件名“二极管闪烁电路”、驱动器及文件夹路径,单击“确定”按钮即可将文件存盘。

2.电路分析

Multisim2001提供多种不同的分析类型,对每一种都提供入门式的在线帮助,指导用户使用。进行电路分析时,如果没有特殊设置或要储存数据供以后分析用,其结果会在Multisim2001绘图器中以图表的形式显示。单击设计工具栏的“Analysis”按钮选择分析种类,大多数的分析对话框有多个标签,包括:·

分析参数标签:用来设置这个特殊分析的参数。·

输出参数标签:确定分析的节点和结果要做什么。·

杂项选项标签:选择图表的标题等。·概要标签:可以统一观察本分析的所有设置。

1)瞬态分析瞬态分析,也称时域瞬态分析,以时间为变量,计算电路的响应。每个输入周期分成若干间隔,周期中的每个时间点执行直流分析,节点电压波形的解由整个周期中每一时间点的电压值确定。

2)运行分析单击设计工具栏中的“Analysis”按钮,从弹出式菜单中选择“TransientAnalysis”,出现瞬态分析对话框,它有4个标签,如图4-41所示。

图

4-41瞬态分析对话框

杂项标签提供更大的灵活性,但不是必须的。用此标签设置分析结果的标题,检查电路是否有效,以及设置常规的分析选项。概要标签提供所有设置的快速浏览。虽然它不是必须的,但当设置完成后,可以用它观察设置的总体信息。要进行分析,必须对其它两个标签值进行设置。

第一步:选择输出参数。从输出参数标签(Outputvariables)中选择要进行瞬态分析的节点。本例对节点3和节点6进行瞬态分析。选择节点:①从“Variablesincircuit”中选择“3”,单击“Plotduringsimulation”。②从“Variablesincircuit”中选择“6”,单击“Plotduringsimulation”。结果如图4-42所示。

图

4-42选择分析节点

第二步:设置分析参数。分析参数在第一个标签中设置,此处保持缺省值。第三步:观察分析结果。单击“Simulate”,观察分析结果,如图4-43所示。结果显示了由于脉冲(红线)的作用,电容(蓝线)的充放电过程。图

4-43分析结果

五、产生报告

1.产生并打印材料清单

材料清单列出了电路所用到的元件,提供了制造电路板时所需元件的总体情况。BOM提供的信息包括:

(1)每种元件的数量。

(2)描述,包括元件类型(如电阻)和元件值(如5.1Kohm)。

(3)每个元件的参考ID。

(4)每个元件的封装或管脚图要产生元器件材料清单,可单击设计工具栏中的“Reports”按钮,从出现的菜单中选择“BillofMaterial”,即可出现一个元器件明细表窗口,如图4-44所示。

图

4-44元器件明细表

显示框中列出了电路图中所用到的“真实的”元件。在此上方还有4个按钮,前两个是打印和保存按钮。如果要打印这张材料清单,单击窗口左上方的Print图标按钮,即出现标准打印窗口,可以选择打印机、打印份数等等。如果要以文件形式保存这张材料清单,单击窗口左上方的Save图标,即出现标准的文件保存窗口,可以定义路径和文件名。

因为材料清单是帮助采购和制造的,所以只包含“真实的”元件。也就是说不包含虚拟的、市场购买不到的元件,像电源和虚拟元件等。第三个按钮是显示那些不需要购买或者根本就买不到的虚拟元件和各种电源清单。第四个按钮是关闭该对话框。

2.仿真信息输出

Multisim提供了多种仿真信息输出方式,单击设计工具栏的最后一个按钮“Transfer”(用于传输和通信的按钮),将出现如图4-45所示的菜单命令。

图

4-45仿真信息输出方式的菜单命令

(1)TransfertoUltiboard:将电路原理图转入Ultiboard印制电路板软件。启动该命令后,出现图4-46所示的对话框。首先产生MultisimPCB格式的网络表,指定文件名后,单击“保存”按钮即可产生网络表。

(2)TransfertootherPCBLayout:将电路仿真结果输出到其它印制电路板软件(如Protel),在出现的对话框中,填入文件名,在文件保存类型下拉菜单中选择“ProtelPCB(*.NET)”,即可生成Protel可调用的PCB网络表(特别注意的是,网络表中只包含实际元件,虚拟元件不可输出)。

图

4-46电路原理图转为Ultiboard印制电路板网络表

六、应用实例练习［练习1］绘制图4-47所示的电路图。测量电路静态工作点,观察输入、输出波形。

图

4-47练习1的电路图

输入1kHz、

500mV的正弦波信号,开始仿真,参考结果如图4-48所示。

图

4-48练习1的电路仿真结果

［练习2］绘制如图4-49所示的互补对称功率放大电路。用示波器观察最大不失真时的输出波形。参考结果如图4-50所示。

图

4-49互补对称功率放大电路

图

4-50练习2的电路仿真结果

［练习3］利用74LS194构成序列信号发生器,如图4-51所示。用示波器观察输出、输入波形。参考结果如图4-52所示。

图

4-5174LS194构成序列信号发生器

图

4-52序列信号发生器的输入、输出波形

训练10Protel99SE软件

一、Protel99SE的安装由于Protel99SE的电子线路设计软件功能强大,需要的储存空间大,因此须将软件安装在硬盘上才能执行。

1.Protel99SE安装

(1)将Protel99SE的安装光盘放入光驱中,然后运行Protel99SE目录下的Setup.exe程序,出现如图4-53所示的Protel99SE安装向导窗口。

图

4-53Protel99SE安装向导窗口

(2)单击“Next”按钮,出现如图4-54所示的安装方式选择对话框。选择典型安装“Typical”。

图

4-54安装方式选择对话窗口

(3)单击“Next”按钮,出现如图4-55所示的安装Protel99SE软件的目的文件夹选择窗口,提示用户输入Protel99SE软件安装的目的文件夹的路径、目录。

(4)输入完目的文件夹的路径、目录后,单击“Next”按钮,出现检测所需的硬盘空间和可用的硬盘空间窗口。

图

4-55目的文件夹选择窗口

(5)测完硬盘后,出现如图4-56所示的确定程序图标文件夹窗口,询问用户是否确定以所给定的文件夹来安装Protel99SE程序图标。

图

4-56选择文件夹安装Protel99SE程序图标

(6)确定了程序图标文件夹后,单击“Next”按钮,出现如图4-57所示的准备安装窗口,只要单击“Next”按钮,就可以进行安装了。

(7)文件复制过程如图4-58所示,文件复制完以后,出现如图4-59所示的Protel99SE安装成功提示窗口。

(8)单击“Finish”按钮,完成Protel99SE的安装。

图4-57准备安装窗口图

4-58文件复制过程

图

4-59Protel99SE安装成功提示窗口

2.Protel99SE库资源的安装

(1)用鼠标依次单击“开始”\“程序”\“Protel99SE/XilinxMacroLibrariesInstaller”。

进入Protel99SE库资源的安装,如图4-60所示。

图

4-60Protel99SE库资源的安装

(2)在图4-61中选择典型“Typical”安装,然后单击“Next”按钮,出现如图4-62所示的窗口，

提示用户确定库资源安装的目的路径、

目录。

图

4-61典型“Typical”安装

图

4-62库资源安装的目的路径及目录

(3)输入路径和目录后,单击“Next”按钮,出现XilinxMacroLibraries安装所需硬盘空间检测窗口(如图4-63所示),再单击“Next”按钮,出现如图4-64所示的XilinxMacroLibraries安装准备窗口,单击“Next”按钮,可进行安装。

图

4-63安装所需硬盘空间检测窗口

图

4-64XilinxMacroLibraries安装准备窗口

(4)单击“Next”按钮,出现如图4-65所示的XilinxMacroLibraries文件安装过程窗口。

图

4-65XilinxMacroLibraries文件安装过程窗口

(5)单击“Finish”按钮,出现如图4-66所示的XilinxMacroLibraries文件安装成功窗口。

图

4-66XilinxMacroLibraries文件安装成功窗口

二、Protel99SE的基本操作

1.Protel99SE的启动

1)启动Protel99SE程序启动Protel99SE通常有以下三种方法:

(1)用鼠标依次单击如图4-67所示中的“开始”\“程序”\“Protel99SE”\“Protel99SE”菜单命令。

(2)用鼠标左键双击Windows桌面已建立的Protel99SE图标。

(3)直接打开一个Protel99SE设计数据库,扩展名为“.ddb”的文件。

图

4-67Protel99SE的启动窗口

2)Protel99SE的主窗口启动Protel99SE,出现如图4-68所示的主窗口。

图

4-68初始状态下的主窗口

主窗口主要由以下几部分构成:

(1)菜单栏：主要包括文件、视图和帮助。文件(File)——创建(New)或打开(Open)数据库及退出Protel99SE(Exit)。视图(View)——切换、选择显示或关闭设计管理器(DesignManager),状态栏(StatusBar)和命令状态栏(CommandStatus)。帮助(Help)——调用在线帮助。

(2)主工具栏:初始状态下有3个工具,分别用于打开或关闭设计管理器、打开数据库文件和调用在线帮助。

(3)设计管理器窗口:在窗口中显示设计文件的目录结构,并可对其进行管理。可通过主工具栏的按钮打开或关闭它。

(4)设计窗口:显示被编辑的各种文件,初始状态下没有被编辑的内容。

(5)状态栏:根据工作状态的不同,显示执行进程说明、进度、当前坐标及热键说明等。

(6)命令状态栏:显示当前执行命令的说明。

2.创建设计数据库

1)Protel99SE的文件管理模式

Protel99SE的文件管理模式如图4-69所示。

2)创建新的设计文件

(1)执行主菜单“File”\“New”命令,弹出如图4-70所示的新建设计数据库文件设置“NewDesignDatabase”对话框。

图4-69Protel99SE的文件管理模式图

4-70新建设计数据库文件设置“NewDesignDatabase”对话框

(2)在该对话框中选择新设计文件的存储位置(路径)及文件名(如两级放大器),然后单击“OK”按钮,新的设计数据库文件就建立了,如图4-71所示的设计管理器窗口。

图

4-71设计管理器窗口

(3)若打开数据库文件,只要双击文件名(如两级放大电路.ddb)即可。

三、原理图的设计原理图的设计步骤可分为:启动原理图编辑器→设置图纸尺寸→放置元件→原理图布线→元件调整和属性编辑→印制电路板自动布线→生成原理图网络表→打印输出原理图。以两极放大电路图为例,介绍用Protel99SE软件设计原理图的过程。

1.启动原理图编辑器(Sch)

(1)执行主菜单命令“File”\“New”,出现如图4-72所示的选择文件类型对话框。

图

4-72选择文件类型对话框

(2)双击原理图编辑器图标“SchematicDocument”,在图4-73所示的界面中出现Sheet1.Sch图标。

图

4-73设计管理器中Sheetl.Sch图标

(3)双击Sheet1.Sch图标,出现原理图编辑界面,可进行原理图的编辑，如图4-74所示。

例:编辑两级放大电路原理图,如图4-75所示。

图

4-74原理图编辑器窗口

图

4-75两级放大电路原理图

2.设置图纸尺寸

(1)执行图4-74所示中的菜单命令“Design”/“Options”,出现如图4-76所示的设置绘图纸属性对话框。

图

4-76设置绘图纸属性对话框

(2)设定图纸大小。在标准图纸格式“StandardStyle”选项中,单击“Standardstyles”项的下拉列表框,选择“A4”或“B4”等型号图纸,选中复选框“UseCustomstyle”,可自定义图纸的大小。

(3)设定图纸方向。在“Options”选项中,单击“Orientation”项的下拉列表框,选定图纸方向为水平方向“Landscape”或垂直方向“Portrait”。

(4)设置图纸栅格。栅格分为三类:捕捉栅格(SnapGrid)、可视栅格(VisibleGrid)和电气捕捉栅格(ElectricalGrid)。捕捉栅格:元件和导线等图形对象只能放置在栅格上,为了精细画图,此项经常要修改。

(5)上述其他选项按系统默认值,然后,单击“OK”按钮确定选择。

3.选择工具栏进行Protel99SE原理图设计时,有7个工具栏可以选择。它们分别是主工具栏“MainTools”、画原理图(连线)工具栏“WiringTools”、绘图工具栏“DrawingTools”、常用器件(数字实体)工具栏“DigitalObjects”、电源实体工具栏“PowerObjects”、模拟信号(激励)源工具栏“SimulationSources”、PLD工具栏“PLDTools”。下面介绍绘制原理图常用的4个主要工具栏的打开和关闭的方法。

1)主工具栏(MainTools)选择菜单命令“View”/“Toolbars”/“MainTools”,如图4-77所示。在原理图编辑器窗口中,出现如图4-78所示的主工具栏。

图

4-77主工具栏的打开或关闭命令

图

4-78主工具栏

2)画原理图(连线)工具栏(WiringTools)

选择图4-77所示中的菜单命令“View”/“Toolbars”/“WiringTools”,打开如图4-79所示的画原理图(连线)工具栏。

图

4-79画原理图(连线)工具栏

3)绘图工具栏(DrawingTools)选择图4-77所示中的菜单命令“View”/“Toolbars”/“DrawingTools”,出现如图4-80所示的绘图工具栏。

图

4-80绘图工具栏

4)常用器件(数字实体)工具栏(DigitalObjects)选择图4-77所示中的菜单命令“View”/“Toolbars”/“DigitalObjects”,出现如图4-81所示的常用器件工具栏。

图

4-81常用器件(数字实体)工具栏

4.放置元件若要绘制原理图,首先要放置元件。放置元件的方法有多种,但必须知道元件所在的元件库,然后再打开元件库。图4-74中所需的NPN晶体管、电容、电阻等均在元件库“MiscellaneousDevices.ddb”中。若元件库浏览器中的当前库不是所需元件库,应改变当前库设置,方法如下:

(1)打开元件库浏览器ComponentLibraryBrowser,选择图4-74所示原理图编辑器窗口中的菜单命令“View”/“Design”,可以打开或关闭图4-82所示的元件库浏览器。

(2)在图4-82所示的元件库浏览器窗口中,单击“BrowseSch”项,在“Browse”选项的下拉菜单中选择:“Libraries”,再单击“Add/Remove”按钮,此时出现如图4-83所示的改变当前库设置对话框。

图

4-82元件库浏览器

(3)单击图4-83所示文件列表框中的库文件“MiscellaneousDevices.ddb”,再单击“Add”按钮,此时选定的库文件出现“SelectedFiles”列表框,最后单击“OK”按钮。

图

4-83改变当前库设置对话框

放置元件的方法如下:

(1)利用元件库浏览器放置所需元件。在图4-82所示元件库浏览器最下面列表框中,拖动右边的滑块,移动光标到“NPN”处单击,即可选定“NPN”型晶体管。双击选定的元件或单击“Place”按钮,元件将随光标移动,移到图纸适当位置,单击鼠标左键,可将该元件放置到图纸上。

(2)利用菜单命令“Place”\“Part”放置元件。单击“Place”\“Part”菜单(见图4-84),出现如图4-85所示的元件属性输入框“PlacePart”。根据需要设置属性对话框的各栏内容(见图4-85)。设置结束后,单击“OK”按钮。然后拖动光标,将元件移动到图纸适当位置,单击鼠标将其定位。

图

4-84放置元件命令

图

4-85元件属性输入框

(3)利用常用器件工具栏“DigitalObjects”(见图4-81)选取后,直接放入图纸中。

(4)放置图中其他元件。用上述方法放置电阻(选用RES2)、电容(选用CAP)、变阻器(选用POT-2),完成图4-86所示的元件放置操作。

(5)放置VCC和GND符号。单击画原理图工具栏“WiringToobs”中的接地符号,出现“十”字形光标。按“Tab”键,弹出“PowerPort”对话框,如图4-87所示。在Net文件框中输入VCC和GND符号。单击“OK”按钮,又出现“十”字形光标,在适当位置单击鼠标左键,放置VCC和GND符号。

图

4-86元件放置图

图

4-87电源属性对话框

5.元件调整和属性编辑

(1)旋转元件。对准目标元件单击并按住鼠标左键不放,元件上方会出现“十”字形光标,并且在元件周围出现虚框,便是选定的目标元件,见图44-88。此时按一次空格键,元件沿逆时针旋转90o;按X键,元件左右对称翻转;按Y键,元件上下对称翻转。

(2)移动元件。对准目标元件,单击并按住鼠标左键不放,拖动“十”字形光标到适当位置并松开鼠标左键,即可完成移动元件的操作。

图4-88旋转元件编辑图

(3)编辑元件属性。单击元件(如C1)并按住鼠标左键不放,同时按下功能键Tab或双击元件,出现如图4-89所示的编辑元件属性对话框。根据需要设置元件属性对话框的各栏内容,然后单击“OK”按钮并拖动粘连着元件符号的光标,将光标移动到原理图中C1原来的位置,单击鼠标左键将元件定位。

图

4-89编辑元件属性对话框

按照上述方法编辑完成图中其他元件的属性。

(4)修改元件的型号。若要修改元件的型号,只需将光标移动至元件的标注(如文字C1)上,然后双击该标注,出现如图4-90所示的元件型号“PartType”编辑对话框,在文本框中输入修改后的型号。

(5)元件的删除。在原理图编辑器窗口中选择菜单命令“Edit”\“Delete”,出现“十”字形光标。移动光标到需要删除的元件的左上部位置,单击鼠标左键,可删除该元件;单击鼠标右键,可以退出此命令。

图

4-90元件型号编辑对话框

6.画电路连线

(1)单击菜单命令“Place”\“Wire”(如图4-91所示)或用鼠标单击画原理图工具(WiringTools)中的画导线图标,光标变成“十”字形状。

图

4-91导线绘制命令和工具栏

(2)把“十”字形光标移到需连线的元件引脚上,单击鼠标左键,以确定连线起点。

(3)移动鼠标的位置,拖动线头到连线的末端,即另一元件的引脚上,单击鼠标左键,确定连线的终点。再单击鼠标右键完成一条导线的绘制。

(4)绘制完一条导线后,程序仍处于画导线状态,将光标移到新的位置后,重复上述步骤,完成其他导线的绘制。导线绘制结束后,单击鼠标右键可以退出画导线状态。

(5)设置导线属性。对绘制的导线的相关属性不满意时,可重新设置。用鼠标左键单击导线并按住不放,按下Tab键,此时弹出如图4-92所示的对话框,可以进行导线属性的设置。

图

4-92设置导线属性对话框

7.制作电路的I/O端口两个电路的连接,可通过设置相同的网络标号(NetLabel)名称或通过制作相同的名称I/O端口来完成。下面介绍在原理图上设置两个I/O端口的方法。

(1)选择菜单命令“Palce