Multisim电路仿真快速入门教案资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,Multisim,电路仿真,快速入门,之基础篇,前言,EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)技术集计算机技术、电子技术、信号处理技术于一体，是现代电子工程领域的一门新技术,EDA技术极大地推动了电子工业的发展，是现代电子工业不可缺少的一项技术,前言,广义EDA,半导体工艺设计自动化,可编程器件设计自动化,电子系统设计自动化,印刷电路板设计自动化,仿真与测试、故障诊断自动化,形式验证自动化,前言,狭义EDA,以大规模可编程逻辑器件（PLD）为设计载体，以硬件描述语言（HDL）为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，自动完成“用软件的方式设计硬件”,前言,EDA软件代表电子系统设计的技术潮流，在众多的EDA仿真软件中，Multisim软件界面友好、功能强大、易学易用，受到电类设计开发人员的青睐。,Multisim用软件方法虚拟电子元器件及仪器仪表，将元器件和仪器集合为一体，是原理图设计、电路测试的虚拟仿真软件。,内容,=基础篇=,第1章 Multisim电路仿真软件简介,第2章 仿真基础（放置元件-电路图编辑-仿真-报告）,第3章 仿真基础（元器件库、虚拟仪器）,第4章 仿真基础（仿真分析方法）,=应用篇=,第5章 应用于电路分析,第6章 应用于模拟电路,第7章 应用于数字电路,第8章 应用于单片机电路,第9章 FPGA/CPLD仿真,第10章 电子系统综合设计,内容,=基础篇=,第1章 Multisim电路仿真软件简介,第2章 仿真基础（放置元件-电路图编辑-仿真-报告）,第3章 仿真基础（元器件库、虚拟仪器）,第4章 仿真基础（仿真分析方法）,=应用篇=,第5章 应用于电路分析,第6章 应用于模拟电路,第7章 应用于数字电路,第8章 应用于单片机电路,第9章 FPGA/CPLD仿真,第10章 电子系统综合设计,第1章 Multisim电路仿真软件简介,1.1 历史和现状,1.2 Multisim能干什么,1.3 特点和优势,1.4 网络资源,1.5 操作界面,1.1 历史和现状,Multisim来源于,加拿大图像交互技术公司（,Interactive Image Technologies,简称,IIT,公司)推出的以,Windows,为基础的仿真工具，原名,EWB,。,IIT公司于1988年推出一个用于电子电路仿真和设计的EDA工具软件Electronics Work Bench（电子工作台，简称EWB），以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用而得到迅速推广使用。,1996年IIT推出了EWB5.0版本，在EWB5.x版本之后，从EWB6.0版本开始，IIT对EWB进行了较大变动，名称改为Multisim(多功能仿真软件)，专用于电路级仿真。,IIT后被美国国家仪器（,NI，National Instruments,）公司收购，软件更名为,NI Multisim,，已经有Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9、Multisim10。,1.1 历史和现状,Multisim系列软件的组成：,Multisim：电路仿真设计模块,Ultiboard：PCB设计软件,Ultiroute：布线引擎,Commsim：通信电路分析与设计模块,4个部分相互独立，可以分别使用。Multisim系列软件能完成从电路的仿真设计到电路板图生成的全过程。,4个模块均有增强专业版（Power Professional）、专业版（Professional）、个人版（Personal）、教育版（Education）、学生版（Student）和演示版（Demo），各版本的功能和价格有明显差异。,1.2 Multisim能干什么,Multisim经历了多个版本的升级，9版本之后增加了单片机和LabVIEW虚拟仪器的仿真和应用,电路分析,模拟电子电路,数字电子电路,模数混合电路,射频电路,DSP/FPGA/CPLD,电力电子电路,PLC控制电路,单片机电路,1.3 特点和优势,优势：,操作界面直观易用,大量元器件库，3D元件库；,虚拟仪器表种仪类齐全，,分析方法完备,可调用LabVIEW虚拟仪器（自定义）,强大的Help 功能，包括软件本身的操作说明、各种元器件功能说明。,1.4 网络资源,NI官方网站,Electronics Workbench公司官方网站,软件下载：,教育版（30天评估版）,学生版（购买或者教师申请）,ADI版（只有模拟元器件，免费）,1.5 操作界面,以Multisim10（教育版）为例,Multisim10用户界面,菜单栏,元器件工具栏,状态栏,仿真开关,主工具栏,电路图编辑区,项目管理器,虚拟仪器工具栏,标准工具栏,1.5 操作界面,菜单栏与Windows应用程序相似,打开新建保存文件,编辑操作,显示查看,放置元器件节点导线,仿真分析,与PCB软件数据传送,元器件修改,产生报告,用户设置,浏览功能,单片机仿真,帮助,1.5 操作界面,标准工具栏,视图工具栏,主工具栏,帮助,现用元器件列表,修改Ultiboard注释文件,创建Ultiboard注释文件,虚拟实验板,电气规则检测,后处理器,图形记录仪,元器件编辑,数据库管理器,电子表格检视窗,设计工具箱,1.5 操作界面,元器件工具栏,放置总线,放置模块,单片机模块,机电元器件,高频元器件,高级外围电路,杂项元器件,放置功率元件,显示模块,混合元器件,其它数字器件,CMOS元器件,TTL元器件,运算放大器,放置晶体管,放置二极管,基本元器件,放置电源,1.5 操作界面,虚拟仪器工具栏,测量探针,LabVIEW虚拟仪器,Tektronix示波器,Agilent示波器,Agilent数字万用表,Agilent函数发生器,网络分析仪,频谱分析仪,矢量分析仪,伏案特性分析仪,逻辑转换仪,逻辑分析仪,字信号发生器,数字频率极,伯德图仪,四通道示波器,示波器,功率表,函数发生器,万用表,1.5 操作界面,项目管理器,位于基本工作界面的左半部分,电路以分层的形式展示，主要用于层次电路的显示,Hierarchy：对不同电路的分层显示，单击“新建”按钮将生成Circuit2电路,Visibility：设置是否显示电路的各种参数标识，如集成电路的引脚名,Project View：显示同一电路的不同页,Options菜单下的Global Preferences和Sheet Properties可进行个性化界面设置,1.5 操作界面,1.5 操作界面,两套电气元器件符号标准,ANSI:美国国家标准学会，美国标准,DIN:德国国家标准学会，欧洲标准,内容,=基础篇=,第1章 Multisim电路仿真软件简介,第2章 仿真基础（放置元件-电路图编辑-仿真-报告）,第3章 仿真基础（元器件库、虚拟仪器）,第4章 仿真基础（仿真分析方法）,=应用篇=,第5章 应用于电路分析,第6章 应用于模拟电路,第7章 应用于数字电路,第8章 应用于单片机电路,第9章 FPGA/CPLD仿真,第10章 电子系统综合设计,第2章 仿真基础,2.1 建立电路文件,2.2 放置元器件和仪表,2.3 元器件编辑,2.4 连线和进一步调整,2.5 电路仿真,2.6 输出分析结果,2.1 建立电路文件,打开Multisim时自动打开空白电路文件Circuit1，保存时可以重新命名,菜单File/New,工具栏New按钮,快捷键Ctrl+N,2.2 放置元器件和仪表,元件数据库：主元件库（Master Database）,用户元件库（User Database），合作元件库（Corporate Database）,后两个库由用户或合作人创建，新安装的Multisim这两个数据库是空的,菜单Place Component,元件工具栏：PlaceComponent,绘图区右击利用弹出菜单,快捷键Ctrl+W,2.2 放置元器件和仪表,以晶体管单管共射放大电路为例,放置+12V电源：Place Source,2.2 放置元器件和仪表,放置+12V电源：修改电压值为12V,2.2 放置元器件和仪表,放置电阻：Place Basic,2.2 放置元器件和仪表,放置电容,2.2 放置元器件和仪表,放置NPN晶体管,2.2 放置元器件和仪表,放置接地端,2.2 放置元器件和仪表,放置仪表：函数信号发生器（仪表工具栏）,2.2 放置元器件和仪表,信号发生器设置,双击函数信号发生器图标弹出参数设置对话框,2.2 放置元器件和仪表,放置仪表：双通道示波器（仪表工具栏）,2.3 元器件编辑,1.,元器件参数设置,双击元器件，弹出相关对话框,Label：标签，Refdes编号，由系统自动分配，可以修改，但须保证编号唯一性,Display：显示,Value：数值,Fault：故障设置，Leakage漏电；Short短路；Open开路；None无故障（默认）,Pins：引脚，各引脚编号、类型、电气状态,2.3 元器件编辑,2.元器件向导（Component Wizard）,对特殊要求，可以用元器件向导编辑自己的元器件，一般是在已有元器件基础上进行编辑和修改。,菜单Tools/Component Wizard，按照规定步骤编辑,用元器件向导编辑生成的元器件放置在User Database(用户数据库)中。,2.4 连线和进一步调整,连线：,1.自动连线：单击起始引脚鼠标指针变为十字形，移动鼠标至目标引脚或导线单击；,2.手动连线：在需要拐弯处单击固定拐点；,3.元器件与导线连接系统自动在交叉点放节点；,4.交叉点：默认丁字交叉为导通，十字交叉为不导通，可分段连线，起点到交叉点，交叉点到终点；,5.可以在已有连线上增加一个节点（Junction），从该节点引出新的连线，菜单Place/Junction/快捷键Ctrl+J。,2.4 连线和进一步调整,2.4 连线和进一步调整,进一步调整：,1.调整位置：选定元件，移动至合适位置；,2.改变标号：双击进入属性对话框更改；,3.显示节点编号以方便仿真结果输出：Options/Sheet Properties/Circuit/Net Names:Show All,4.导线和节点删除：右击/Delete,2.4 连线和进一步调整,2.4 连线和进一步调整,显示节点编号,2.4 连线和进一步调整,2.5 电路仿真,按下仿真开关，电路开始工作,双击示波器，调整示波器横坐标和纵坐标,2.5 电路仿真,点击Reverse按钮可将背景反色,2.5 电路仿真,测周期,使用两个标尺，显示区给出对应时间及该时间的波形幅值,2.6 输出分析结果,菜单Simulate/Analyses/DC Operating Point,选择输出节点1、4、5，点击ADD、Simulate,静态工作点分析结果:,内容,=基础篇=,第1章 Multisim电路仿真软件简介,第2章 仿真基础（放置元件-电路图编辑-仿真-报告）,第3章 仿真基础（元器件库、虚拟仪器）,第4章 仿真基础（仿真分析方法）,=应用篇=,第5章 应用于电路分析,第6章 应用于模拟电路,第7章 应用于数字电路,第8章 应用于单片机电路,第9章 FPGA/CPLD仿真,第10章 电子系统综合设计,第3章 仿真基础,3.1 元器件库,3.2 虚拟仪器,Multisim之所以应用广泛，主要原因是其提供了功能齐全的元器件库和虚拟仪器。,3.1 元器件库,分级存放体系，,Database 数据库,Group 类别,Family 系列,电源库、基本元器件库、二极管库、晶体管库、模拟器件库、TTL库、CMOS库、单片机元器件库、外围设备库、混合数字器件库、混合库、指示器库、机电元件库、射频元件库。,3.1 元器件库,1.电源库,Source库：包括电源、信号电压源、信号电流源、受控电压源、受控电流源、函数控制器件。,3.1 元器件库,2.基本元器件库,BASIC库：包含基础元件，如电阻、电容、电感、二极管、三极管、开关等；,3.1 元器件库,3.二极管库,Diodes库：二极管库，包含普通二极管、齐纳二极管、二极管桥、变容二极管、PIN二极管、发光二极管等。,3.1 元器件库,4.三极管库,Transisitor库：三极管库，包含NPN、PNP、达林顿管、IGBT、MOS管、场效应管、可控硅等；,5.模拟器件库,3.1 元器件库,Analog库：模拟器件库，包括运放、滤波器、比较器、模拟开关等模拟器件,3.1 元器件库,6.TTL元器件库,TTL库：包含TTL型数字电路 如7400 7404等门BJT电路。,3.1 元器件库,7.CMOS元器件库,COMS库：COMS型数字电路，如74HC00、74HC04等MOS管电路。,3.1 元器件库,8.单片机（微控制器）模块库,MCU Model：MCU模型，Multisim的单片机模型比较少，只有MCS51、PIC16模型和ROM、RAM,9.混合数字器件库,3.1 元器件库,MIXC Digital：混合数字器件库，包含DSP、CPLD、FPGA、PLD、单片机-微控制器、存储器件、一些接口电路等数字器件,3.1 元器件库,10.混合元器件库,Mixed：混合库，包含定时器、AC/DA转换芯片、模拟开关、震荡器等,3.1 元器件库,11.指示元器件库,Indicators：指示器库，包含电压表、电流表、探针、蜂鸣器、灯、数码管等,3.1 元器件库,12.电力元器件库,Power：电源库，包含保险丝、稳压器、电压抑制、隔离电源等,3.1 元器件库,13.杂项元器件库,Misc：混合库，包含晶振、电子管、滤波器、MOS驱动等,3.1 元器件库,14.高级外设模块库,Advance Periphearls库：外围器件库，包含键盘、LCD和一个显示终端的模型。,3.1 元器件库,15.射频元器件库,RF：RF库，包含一些RF器件，如高频电容电感、高频三极管等,3.1 元器件库,16.电子机械器件库,Elector Mechinical：电子机械器件库，包含传感开关、机械开关、继电器、电机等。,3.2 虚拟仪器,模拟类：万用表、示波器、信号发生器、伏安特性测试仪,数字类：字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器,频率类：频谱仪、数字频率计,高频类：端口网络分析仪,实际仪器：Agilent信号发生器、Agilent示波器、Tektronix示波器,LabVIEW虚拟仪器,测量探针,3.2.1 万用表(Multimeter),测量交直流电压、交直流电流、电阻、电路中两个节点之间的分贝损耗。,不需用户设置量程，参数默认为理想参数（比如电流表内阻为0），用户可以修改参数。,A测电流,V 测电压,测电阻,dB 测两节点之间电压增益（dB=20lgVout/Vin）,测交流（有效值RMS）,-测直流,3.2.1 万用表(Multimeter),Set按钮：设置万用表参数。,电流表内阻(并联),电压表内阻（串联）,欧姆表电流,测电压增益时的相对电压值,电流表测量范围,电压表测量范围,欧姆表测量范围,3.2.1 万用表(Multimeter),测支路电流、支路电压、端口等效电阻、节点电压增益,3.2.1 万用表(Multimeter),支路电流、支路电压,3.2.1 万用表(Multimeter),节点4与0看进去的等效电阻（V1置零）,3.2.2 函数发生器(Function Generator),产生正弦波、三角波、方波电压信号。,可设置：频率、幅值、占空比、直流偏置,频率范围很宽：音频至射频,频率：0.001pHz1000THz,方波信号的占空比：1%99%,Set Rise/Fall Time:方波信号设置上升/下降时间,正极性信号,负极性信号,有效值两倍,曲线颜色与电路中对应导线同色,3.2.3 功率计(Wattmeter),用来测量电路交直流信号的功率、功率因数。,电压端子与待测设备并联测量电压,电流端子与待测设备串联测量电流,功率：支路的有功功率,功率因数：01,3.2.3 功率计(Wattmeter),功率表应用电路,3.2.4 双踪示波器(Oscilloscope),示波器：测量信号电压幅值和频率，显示波形曲线。,双踪：同时测量两路信号。,六个端子：A通道正负端、B通道正负端、外触发正负端,图形显示区,测量数据显示区,三个模块设置,时基模块,通道模块,触发模块,3.2.4 双踪示波器(Oscilloscope),时基模块,Y/T:默认显示方式，波形随时间变化,ADD:A通道信号和B通道信号叠加显示,B/A:A通道信号作为X轴扫描,B/A幅度商为Y轴输出，是B通道信号随A通道信号变化的波形,A/B:B通道信号作为X轴扫描,A/B幅度商为Y轴输出，是A通道信号随B通道信号变化的波形,通道模块,AC:电容耦合，滤除信号直流部分，仅显示交流部分,0：接地，没有信号显示,DC:直接耦合，显示直流和交流信号之和,3.2.4 双踪示波器(Oscilloscope),触发模块,触发信号：同步X轴时域扫描,Edge:触发边沿选择（上升沿、下降沿、A通道、B通道、外部触发）,Level:触发电平，信号超过该值示波器才采样显示,Type:触发方式,Sing.:单次扫描，触发信号来到后开始一次扫描,Nor.:常态扫描，没有触发信号则没有扫描线,Auto:自动扫描，不管有无触发信号均有扫描线,3.2.4 双踪示波器(Oscilloscope),功能按钮,Reverse:显示窗口发色,Save：存储示波器数据,格式*.scp,注意：,Multisim9之后的示波器可以测量差分信号，早期的版本只能测节点对地电压波形,常见问题：,时间分辨率调的太小，波形可能向一个方向滑动，也可能出现反相跳动,3.2.5 四通道示波器,4个通道：A、B、C、D,单击通道选择钮设置各通道,3.2.6 波特仪(Bode Plotter),测量电路的频响（电压增益、相位偏移）,Mode模式选择：,Magnitude:信号增益；Phase:相位偏移,Log:对数刻度；Lin:线性刻度；F:终了;I:起始,Save:存储数据*.tdm;Set:设置显示分辨率,3.2.6 波特仪(Bode Plotter),设计低通滤波器电路:Tools/Circuit Wizards/Filter Wizard,3.2.6 波特仪(Bode Plotter),3.2.7 失真分析仪,（Distortion Analyzer）,测量信号失真程度及信噪比的仪器,只有一个输入端子,3.2.8 频谱分析仪,分析信号的频域特性的仪器,3.2.9 网络分析仪,分析双端口网络的仪器,3.2.10 安捷伦示波器,54622D:2通道、16逻辑通道、100MHz带宽,3.2.11 泰克示波器,TDS 2024:4通道、200MHz带宽,3.2.12 测量探针,（Measurement Probe）,测量不同节点的电压、频率等参数,探针属性设置：右击/Probe properties,内容,=基础篇=,第1章 Multisim电路仿真软件简介,第2章 仿真基础（放置元件-电路图编辑-仿真-报告）,第3章 仿真基础（元器件库、虚拟仪器）,第4章 仿真基础（仿真分析方法）,=应用篇=,第5章 应用于电路分析,第6章 应用于模拟电路,第7章 应用于数字电路,第8章 应用于单片机电路,第9章 FPGA/CPLD仿真,第10章 电子系统综合设计,第4章 仿真基础（仿真分析方法）,Mutisim提供了两种电路分析方法：一种是仪表测量，另一种是其提供的仿真分析方法,除了对电路测试外，还需研究诸如温度对电路性能的影响、元器件精度对电路性能的影响，某项参数对电路工作指标的影响，这些需要仿真分析完成,某些虚拟仪器可以完成仿真分析，如放大电路的频响，可以用仿真分析方法中的交流分析得到结果，也可以用波特仪观测结果,直流工作点分析,交流分析,瞬态分析,傅里叶分析,噪声分析,噪声系数分析,失真分析,直流扫描分析,灵敏度分析,参数扫描分析,温度扫描分析,极零点分析,传递函数分析,最坏情况分析,蒙特卡洛分析,布线宽度分析,批处理分析,用户自定义分析,菜单Simulate/Analyses,列出所有分析类型,第4章 仿真基础（仿真分析方法）,主工具栏,第4章 仿真基础（仿真分析方法）,基本分析,直流工作点分析,确定电路静态工作点,交流分析,分析线性电路的频响,瞬态分析,时域响应分析,傅里叶分析,分析复杂周期波形,噪声和失真分析,噪声分析,噪声对电路性能的影响,噪声系数分析,元器件模型中噪声参数的影响,失真分析,电路频率特性不理想导致的幅度和相位失真,第4章 仿真基础（仿真分析方法）,扫描分析,直流扫描分析,电路在不同直流电源下的直流工作点,参数扫描分析,不同参数下对电路进行多次仿真分析,温度扫描分析,不同温度下对电路进行多次仿真分析,极零点和传递函数分析,极零点分析,计算传递函数的极零点，以确定电子电路的稳定性,传递函数分析,交流小信号电路的传输比,第4章 仿真基础（仿真分析方法）,灵敏度和容差分析,灵敏度分析,计算电路的输出变量对元器件参数的敏感程度,最坏情况分析,元器件参数对电路性能产生的最坏影响的统计分析,蒙特卡洛分析,给定电路元器件参数容差的统计分布规律情况下，研究元器件参数变化对电路性能影响的统计分析,其它分析,布线宽度分析,原理图转化为PCB板时需要确定连接导线的最小宽度,批处理分析,按顺序处理同一电路的多种分析，或同一分析的不同应用,用户自定义分析,提供给用户扩充分析功能,