1、附录:现代电子线路设计技术指导电子技术是一门实践性很强的课程,重视实践教学是学好电子技术的一个必不可少的环节,而电子虚拟仿真又是实验室操作实验的一个重要的辅助手段。在电类本科教学大纲中就明确要求,学生必须掌握一种以上 EDA 软件的应用,这是对电类学生的基本功要求。可以这么说,掌握了一款优秀的电子仿真软件,就相当于你拥有了一间个人实验室。要学习电子技术,一方面要学习理论知识,但一个必不可少的学习环节就是实验和实践。下载和安装上一款先进的电子仿真软件,你就可以利用计算机调出电子元件、搭建电路、调出虚拟仪器、对电路进行仿真测试,从而提高学习效率,学好电子技术就轻而易举了。利用 Multisim 可
2、以实现计算机仿真设计与虚拟实验,与传统的电子电路设计与实验方法相比,具有如下特点:设计与实验可以同步进行,可以边设计边实验,修改调试方便;设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全,可以完成各种类型的电路设计与实验;可方便地对电路参数进行测试和分析;可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图;实验中不消耗实际的元器件,实验所需元器件的种类和数量不受限制,实验成本低,实验速度快,效率高;设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。 Multisim 易学易用,便于电子信息、通信工程、自动化、电气控制类专业学生自学、便于开展综合性的设计和实验,有利于培养学生综合分析能力、开发和创新能力。1 电子
3、电路仿真软件 Multisim 10.0 Multisim10.0 是 EWB 的升级,是目前推出的一款高版本的电路设计与仿真软件。它具有以下一些特点:1直观的图形界面创建电路。在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台,绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。2软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似,可以实时显示测量结果。3软件带有丰富的电路元件库,提供多种强大的电路分析方法。4作为设计工具,它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。Multisim10.0 软件是一个优秀的电子技术训练工具,利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验,
4、仿真电路的实际运行情况,熟悉常用电子仪器测量方法。Multisim10.0 软件具有很强的仿真设计功能,包括:1全功能电路仿真系统:有元器件的编辑、选取、放置;电路图的编辑、绘制;电路工作状况的测试;电路特性的分析;电路图报表输出、打印;档案的转出/转入。2完整的系统设计工具,其强大功能包含:结合 SPICE、VHDL、Verilog 共同仿真;电路图的建立;完整的零件库; SPICE 仿真;高阶 RF 设计功能;虚拟仪器测试及分析功能;计划及团队设计功能;VHDL 及 Verilog 设计与仿真;FPGACPLD 组件合成;PCB 文件转换功能。因此非常适合电子类课程的教学和实验。这里简介
5、Multisim10.0 软件的基本概念。1.1 Multisim 软件功能简介一、基本工作界面介绍基本界面如图 1.1-1 所示。基本界面有菜单栏( Menus) ,共 12 项;系统工具栏(System Toolbar) ,共 11 项;设计工具栏(Multisim Design Bar) ,共 8 项;使用中元件列表(In Use List)和帮助按钮;仿真开关(Simulate Switch) 。下面分别介绍其功能。1、菜单栏图 1.1-2Multisim 10.0 菜单栏包含有十二个主菜单,如图 1.1-2 所示,从左至右分别为 File(文件菜单)、Edit( 编辑菜单 )、Vie
6、w(窗口显示菜单)、Place(放置菜单)、MCU、Simulate(仿真菜单)、Transfer (文件输出菜单)、Tools(工具菜单)、Resports(报表菜单)、Options(选项菜单)、Windows(窗口菜单)和 Help(帮助菜单)等。在每个主菜单下都可以下拉一个菜单,用户从中可找到电路的存取、Spice 文件的输入和输出、电路图的编辑、电路的仿真及分析包括在线帮助等各项功能的命令。现对 Multisim10.0 菜单栏中主要项所对应的主要功能说明如下:( 1) File( 文 件 ) 菜 单主 要 用 于 管 理 所 创 建 的 电 路 文 件 , 如 打 开 、 保 存
7、、 打 印 等 , 用 法 与Windows 应 用 程 序 类 似 。( 2) Edit( 编 辑 ) 菜 单主 要 用 于 在 电 路 绘 制 过 程 中 , 对 电 路 和 元 件 进 行 各 种 技 术 性 处 理 , 如 撤 销 、 恢 复 、剪 切 、 复 制 、 粘 贴 、 删 除 、 查 找 等 选 项 , 用 法 与 Windows 应 用 程 序 类 似 。( 3) View( 窗 口 显 示 ) 菜 单此 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 。 ( 4) Place(放 置 )菜 单 :提
8、 供 在 电 路 窗 口 内 放 置 元 件 、 连 接 点 、 总 线 和 文 字 等命 令 , 其 下 拉 菜 单 如 图 1.1-3 所 示 。图 1.1-3Place 菜 单 中 的 命 令 及 功 能 如 下 :Component: 放 置 元 件Junction: 放 置 节 点Bus: 放 置 总 线Bus Vector Connect: 放 置 总 线 矢 量 连 接HB/SB Connector: HB/SB 连 接 器Hierarchical Block: 层 次 块Create New Hierarchical Block: 创 建 新 的 层 次 块Subcircuit
9、: 子 电 路Replace by Subcircuit: 子 电 路 替 代Off-Page Connector: Off-Page 连 接 器Multi-Page: 多 页 设 置Text: 文 本Graphics: 制 图Title Block: 图 明 细 表( 5) Simulate( 仿 真 ) 菜 单 : 提 供 电 路 方 针 设 置 与 操 作 命 令 , 其 下 拉 菜 单 如 图1.1-4 所 示 。图1.1-4Simulate 菜 单 中 的 命 令 及 功 能 如 下 :Run: 仿 真 Pause: 暂 停 Instruments: 仪 器 设 置Default I
10、nstrument Setting: 默 认 仪 器 设 置Digital Simulation Setting: 数 字 仿 真 设 置Analyses: 分 析 方 法Postprocessor: 后 分 析Simulation Error Log/Audit Trail: 仿 真 误 差 纪 录 /查 帐 索 引XSpice Command Line Interface: XSpice 命 令 行 界 面VHDL Simulation: VHDL 仿 真Verilog HDL Simulation: Verilog HDL 仿 真Auto Fault Option: 自 动 查 错 选
11、项Global Component Tolerances: 全 部 元 件 容 差 设 置( 6) Transfer( 文 件 传 输 ) 菜 单 : 提 供 方 针 结 果 传 递 给 其 他 软 件 处 理 的 命 令 ,其 下 拉 菜 单 如 图 1.1-5 所 示 :图 1.1-5Transfer 菜 单 中 的 命 令 及 功 能 如 下 :Transfer to Ultiboard V7: 传 递 到 Ultiboard V7Transfer to Ultiboard 2001: 传 递 到 Ultiboard 2001Transfer to other PCB layout: 传
12、 递 到 其 他 电 路 板Forward Annotate to Ultiboard V7: 创 建 Ultiboard V7 注 释 文 件Backannotate from Ultiboard V7: 修 改 Ultiboard 注 释 文 件Highlight selection in UItiboard V7: 加 亮 所 选 择 区 域Export Simulation Results to MathCAD: 输 出 仿 真 结 果 到 MathCADExport Simulation Results to Excel: 输 出 仿 真 结 果 到 电 子 表 格Export Ne
13、tlist: 输 出 网 格 表( 7) Tools( 工 具 ) 菜 单 : 主 要 用 于 编 辑 或 管 理 元 器 件 和 元 件 库 , 其 下 拉 菜 单如 图 1.1-6 所 示 。图 1.1-6Tools 菜 单 中 的 命 令 及 功 能 如 下 :Database Management: 数 据 库 管 理Symbol Editor: 符 号 编 辑 器Component Wizard: 元 件 编 辑 器555 Timer Wizard: 555 定 时 器 编 辑Filter Wizard: 滤 波 器 编 辑Electrical Rules Check: 电 气 法
14、则 测 试Renumber Components: 元 件 重 命 名Replace Components: 替 代 元 件Update HB/SB Symbols: HB/SB 符 号 升 级Convert V6 Database: V6 数 据 转 换Modify Title Block Data: 更 改 图 明 细 表 数 据Title Block Editor: 图 明 细 表 编 辑 器Internet Design Sharing: Internet 设 计 共 享Goto Education Web Page: 链 接 教 育 网 站EDA: 链 接 EDAP 网 站( 8)
15、Reports( 报 表 ) 菜 单 : 其 下 拉 菜 单 如 图 1.1-7 所 示 。图 1.1-7Reports 菜 单 中 的 命 令 及 功 能 如 下 :Bill of Materials: 材 料 清 单Component Detail Report: 元 件 细 节 报 告Netlist Report: 网 络 表 报 告Schematic Statistics: 简 要 统 计 报 告Spare Gates Report: 未 用 元 件 门 统 计 报 告Gross Reference Report: 元 件 交 叉 参 照 表( 9) Options( 选 项 ) 菜
16、单 : 用 于 定 制 电 路 的 界 面 和 电 路 某 些 功 能 的 设 定 , 其下 拉 菜 单 如 图 1.1-8 所 示 。图 1.1-8Options 菜 单 中 的 命 令 及 功 能 如 下 :Preferences: 参 数 设 置Customize: 常 规 命 令 设 置Global Restrictions: 软 件 限 制 设 置Circuit Restrictions: 电 路 限 制 设 置Simplified Version: 简 化 版 本2、 系 统 工 具 栏此 栏 中 包 括 了 新 建 , 打 开 , 保 存 , 打 印 , 剪 切 , 复 制 粘
17、贴 , 撤 销 等 功 能 , 使 用 方法 与 windows 应 用 程 序 类 似 。 系 统 工 具 栏 如 图 1.1-9 所 示 。图 1.1-93、 设 计 工 具 栏该 工 具 栏 是 Multisim10.0 的 核 心 , 使 用 它 可 进 行 电 路 的 建 立 、 仿 真 和 分 析 ,并 最 终 输 出 设 计 数 据 等 。 设 计 工 具 栏 如 图 1.1-10 所 示 。图 1.1-10:层次项目按钮,用于显示或隐藏设计工具箱。:层次电子数据表按钮,用于显示或隐藏电子表格工具栏。:数据库管理按钮,用于开启数据库管理对话框,对元器件进行编辑。:元件编辑器按钮,
18、用于调整或增加元器件。:图形编辑器分析按钮,在出现的下拉菜单中可选择将要进行的分析方法。:用于电气规格检查。:当前所使用的所有元器件的列表。4、元器件工具栏元件库按钮如图 1.1-11 所示。图 1.1-11:电源元件库。 :基本元器件库,含有基本虚拟器件,额定虚拟器件,排阻,开关,变压器,非线性变压器,继电器,连接器,插座,电阻,电容,电感,电解电容,可变电容 ,可变电感等基本元件。:二极管库,包括虚拟二极管,齐纳二极管,发光二极管,整流器,稳压二极管,可控硅整流管,双向开关二极管,变容二极管等各种二极管。:晶体管库,包括 NPN 和 PNP 型的各种型号的三极管。 : 模拟元器件库,含有虚
19、拟运算放大器,诺顿运算放大器,比较器,宽带放大器 ,特殊功能放大器 : TTL 元器件库,含有各种 74 系列,74ls 系列的 TTL 芯片。 : CMOS 元器件库,同 TTL 元件库。:其它数字元器件库,放置杂项数字电路,含有 51 和 51 芯片及各种 RAM 和ROM。 :模数混合元器件库,放置杂项元件,含虚拟混合元器件,定时器 ,模数转换器和数模转换器及各种模拟开关。:指示器元件库,含有电压表,电流表,探测器,蜂鸣器,电灯,虚拟灯泡,数码管 及条形光柱。 :杂项库元器件库,含有晶振,真空管,开关电源降压转换器,开关电源升压转换器等。 :RF 射频元器件。:电机元器件按钮。:设置层次
20、栏按钮。:放置总线按钮。5、仪表工具栏本栏是进行虚拟电子试验和电子仿真设计的最快捷而又形象的特殊窗口,也是 Multisim 10.0 最具特色的地方。如图 1.1-12 所示。图 1.1-12(1) :万用表,用于测量电路中的电压,电阻和电流。用法与现实中一致,测量电压时,将万用表并联在电路中,测量电流时,将其串入电路中。双击出现图 1.1-13。 测量电流时点击 ,测量交流时,点击 ,若测直流电流时,则选择 。同理,测量电压,操作差不多,如图1.1-13 所示,则为测量直流电压。图 1.1-13(2) :函数发生器,用于产生不同频率或幅值的正弦波、三角波或者方波。中间的引脚为公共端,一般都
21、接地。使用时电路可以接正端和公共端,输出信号为正极性信号;当连接负端和公共端时,输出信号为负极性信号。双击函数发生器,则出现图 1.1-14 所示内容,可以根据不同的需要,选择所需的波形,如正弦波,三角波或方波。还可选择所需波形的频率、占空比、幅度的峰值、偏置电压。图 1.1-14图 1.1-14 所示,表示输出的是频率为 40kHz,占空比为 40%,幅值为 5V,偏置为零的方波。(3) :功率表,用于测量电路的功率,直流和交流都可用。左边部分用于测量电压,与被测电路并联;右边部分用于测量电流,与被测电路串联。此功率表还可以显示功率因数,取值范围为 01。(4) :双通道示波器。 示波器的使
22、用方法同实际示波器一样,对外接需要测试和观察的波形可以所观察到的波形进行调整,图 1.1-15 所示为示波器观察函数发生器上的正弦波外接方法。图 1.1-16 所示为示波器上的观察到的波形。示波器的使用方式如图所示。图 1.1-15图 1.1-16Timebase 栏:Scale 拥有设置 X 轴刻度,显示信号时需选择合适的时间刻度。X position 用来调整时间基准值的起始点位置。Y/T 选择波形随时间变化的显示方式。Add 选择 Y 轴显示电压值为 A、B 两通道的和。B/A 选择将 A 通道显示信号作为 X 轴扫描信号,B 通道信号幅度除以 A 通道信号幅度作为 Y 轴的信号输出。A
23、/B 同上。Channel A 栏Scale Y 轴刻度选择。Y position 选择波形在 Y 轴的偏移位置。AC 显示信号的交流成分没有信号显示。DC 显示信号的直流部分与交流部分叠加以后的波形。Channel B 栏:同上。Trigger 栏:用于设置示波器的触发方式。Edge 选择边沿触发方式,如上升沿或下降沿触发方式。Level 设置出发电平的大小。Type 设置触发方式:Auto 自动触发方式。Single 单脉冲触发方式。(5) :波特图示仪,用以测量和显示电路或系统的幅频特性和相频特性。双击如图1.1-17 所示。图 1.1-17该仪器有四个端子,两个输入端子(IN)和两个输
24、出端子( OUT) 。前者接电路输入端的正负极,后者接输出端的正负极。Mode 栏 :用以设置选择屏幕上需显示内容的类型。Magnitude:显示幅频特性曲线。Phase :显示相频特性曲线。Horizontal 栏:设置 X 轴显示的类型和频率范围。Log:表示坐标标尺为对数的。Lin:表示坐标标尺为线性的。当前测量频率范围宽时采用 log 较好,反之,采用 Lin 较好。I 和 F 分别对应初始值和最终值。Vertical 栏:设置 Y 轴的标尺刻度类型。Controls 栏:Reverse 用于设置背景颜色。Save 用于保存。Set 用于设置分辨率。(6) :字信号发生器如图 1.1-
25、18 所示,字信号发生器图标左边有 015 端子,右边是 1631 端子,这 32 个端子是该仪器的信号输出端,每一个端子可以作为一个数字电路的输入端。图 1.1-18Controls 区 cycle(单步):用于每次只传输一个字符到电路中。Burst(脉冲):按顺序发送字符。Cycle(环形):可以发送连续的字符,通过仿真按钮停止操作。当需要暂停时可以插入断点。在其界面上单击 set 按钮,可以弹出如图 1.1-19 对话框。图 1.1-19Load 用于加载打开先前保存的模板,save 用于保存当前模板。 Clear buffur 用于使用hex0000 替换所有字符,up counter
26、 和 down counter 用于加 1 或者减 1 的模板。仪器界面中的 trigger 中 internal 按钮代表内置触发,external 按钮代表外置扩展触发分别代表上升沿触发和下降沿触发。Frequency :用于设定频率。(7)逻辑分析仪逻辑分析仪通常用于逻辑状态和时序分析,检查数字电路设计的正确性。图 1.1-20 为逻辑分析仪的图标和仪器界面:图 1.1-20逻辑分析仪的仪器面板分上下两个部分,上半部分是显示窗口,下半部分是逻辑分析仪的控制窗口,控制信号有:Stop(停止) 、Reset(复位) 、 Reverse(反相显示) 、Clock(时钟)设置和 Trigger(
27、触发)设置。它提供了 16 路的逻辑分析仪,其连接端口有:16 路信号输入端、外接时钟端 C、时钟限制 Q 以及触发限制 T。单击 Clock 区的 set 按钮可以弹出 Clock setup(时钟设置)对话框如图 1.1-21:图 1.1-21Clock Source(时钟源)选择外触发或内触发;Clock rate(时钟频率): 1Hz100MHz 范围内选择;Sampling Setting(取样点设置):Pre-trigger samples (触发前取样点) ;Post- trigger samples(触发后取样点) ;Threshold voltage(开启电压)设置。点击 T
28、rigger 下的 Set(设置)按钮时,出现 Trigger Setting(触发设置)对话框如图 1.1-22 所示。图 1.1-22Trigger Clock Edge(触发边沿):Positive(上升沿) 、 Negative(下降沿) 、Both (双向触发) 。Trigger patterns(触发模式):由 A、B 、C 定义触发模式,在 Trigger Combination(触发组合)下有 21 种触发组合可以选择。(8) :逻辑转换仪实际中没有逻辑转换器这种仪器,它可以在逻辑电路、真值表和逻辑表达式之间进行转换。有 8 路信号输入端,1 路信号输出端。6 种转换功能依次是
29、:逻辑电路转换为真值表、真值表转换为逻辑表达式、真值表转换为最简逻辑表达式、逻辑表达式转换为真值表、逻辑表达式转换为逻辑电路、逻辑表达式转换为与非门电路。逻辑转换仪的图标及工作界面如图 1.1-23 所示:图 1.1-23用于逻辑电路转换为真值表。用于真值表转换为逻辑表达式。用于真值表转换为最简逻辑表达式。用于逻辑表达式转换为真值表。用于逻辑表达式转换为逻辑电路。用于逻辑表达式转换为与非门电路。在电路中经常用到的仪器通常为以上几种,其他仪器的用法也大致相似。由于篇幅有限,其他仪器的用法不再叙述。2 电路仿真实例介绍下面以具体例子来详细介绍 multisim 软件的使用流程,包括文件的建立保存,
30、设计输入,仿真分析等内容。2.1 模拟电路仿真实例介绍以分压式共射极放大电路为例。1、新建和保存文件(1)新建文件。启动 multisim 以后进入其工作界面如图 1.1-1,点击新建按钮 ,则建立了一个新的电路仿真文件。(2)保存文件。点击保存按钮 ,则可以弹出如 2.1-1 对话框:2.1-1通过 可以设置文件保存位置,通过 可以改变文件的名称。2、设置工作界面(1)选择 Options 中的 Global preference,打开 Preference 对话框,打开 Parts 页,Symbol standard 区中含有两套电器元件符号标准,ANSI 是美国标准,DIN 是欧洲标准。
31、选择 ASNI 标准。(2)选择 Options 中的 Sheet Properties 下的 Workplace 页,选中 Show Grid,在电路窗口中则出现栅格。3、绘制电路图(1)放置元器件首先以放置电阻为例。单击基本元件库图标 ,则可以弹出 2.1-2 对话框:2.1-2Database:数据库,默认情况下为 Master Database,它是常用的数据库。Group:所选元件的图标类名称。Family:所选元件类所包含的元器件序列名称,也称为分类库。Component:元器件名称列表。Symbol:选中元器件符号类型。Function:元件的功能说明。在此单击 ,点击 OK 按
32、钮,再将鼠标移动至电路图空白处单击,则将电阻元件放置在电路图上。用同种方法放置其他三个电阻。点击电源库 ,选择交流源 AC_POWER,单击 OK 后,放置在电路图上。同种方法找到直流电源 VCC,三个电解电容,一个 NPN 三极管,一个电位器,元件汇总如 2.1-3 所示。2.1-3(2)编辑元件单击元件选中元件,在单击右键,即进入元件编辑状态,弹出如 2.1-4 对话框:2.1-4Cut:剪切。 Copy:复制。 Paste:粘贴。 Delete:删除。 Flip Horizontal:元件关于 Y 轴对称翻转。Flip vertical:元件关于 X 轴对称翻转。Clockwise:元件
33、顺时针旋转 90 度。90 CounterCW:元件逆时针旋转 90 度。当然也可以使用快捷键。例如,Ctrl+R 就可以将原件顺时针旋转 90 度。(3)元件的移动用左键单击元件,使元件进入编辑状态后,按住左键不放,拖动鼠标,则可以移动元件至电路图的任意位置。(4)元件之间的连线将鼠标指针移动到一个元件引脚的附近,当光标变为小十字形光标时单击左键,将光标移动至另一元件的引脚端点,单击左键,则完成了两个元件之间的连线。若想自己决定线路路径,只需在希望的拐点处单击即可。删除连线可以右击左键,选择删除即可。(5)放置仪表在仪表工具栏中选择示波器,单击左键,再将鼠标移动至电路图空白处单击左键,则可以
34、将示波器放置到电路图中。(6)元件参数的设置双击元件,则弹出如 2.1-5 对话框:2.1-5在 Value 栏中,Resistance 用于设置电阻的阻值。在 Label 栏中,RefDes 用于设置该电阻的名称。同样的方法可以设置其他的元件。电路图设置整理后的电路 2.1-6 所示:2.1-6注意:(1)一个电路中只有一个 Vcc,当电路中放置两个 Vcc 图标时,当改变其中一个得值的大小时,另一个一定改变。(2)两条交叉而过的线并不连接,若想两者连接,需添加节点。4、仿真 将电路 2.1-6 连接好后,单击软件上方的仿真按钮 ,则进入仿真。双击示波器,可以观察输入与输出波形如 2.1-7
35、 所示。2.1-7选择合适的 Y 轴刻度,则可以看到单管放大电路的输入输出波形的关系,从波形上来看,输入输出的关系,可以看出共射极放大电路是将输入信号反向放大。可以改变 R5 的值,再观察输出波形的变化。也可以改变输入信号的峰值再观察输出波形的变化。5、仿真分析方法(1)直流分析用于分析测量电路的静态工作点的问题。步骤如下:选择 Options/Sheet Properties,则弹出如 2.1-8 对话框。2.1-8在 Circuit 中的 Net Names 栏中选择 Show All,用于显示电路图中各节点的标号。选择 Simulate/Analyses 中的 DC Operating
36、point,则弹出如 2.1-9 对话框:2.1-9根据图中标号可以知道 , , 就是电路中的 V(2),V(3),V(4),因此选择这BQVCEQ三项,点击 Add 按钮就可以将这三点添加到分析中去,再点击 Simulate 按钮,则可以弹出仿真结果如 2.1-10:2.1-10即 =2.67V,E=6.26V, =2.04V。BQVEQV(2)交流分析在进行交流分析之前,应先进行 DC 工作点的分析。AC 分析中的输入信号被认为是正弦波,交流分析可以计算出该电路对频率的响应函数,即可以输出幅频特性曲线和相频特性曲线。具体步骤如下:选择 Simulate/Analyses 中的 AC Analyses,则弹出如 2.1-11 对话框:2.1-11点击 Output 页,由于输入输出信号的电压分别是 V(1),V(5),所以选择这两点后点击 Add按钮,再点击 Simulate 按钮,则可以得到仿真结果,如下 2.1-12 所示:2.1-12(3)瞬态分析瞬态分析是指对电路节点进行时域响应分析。选择 Simulate/Analyses 中的 Transient Analysis 可以进入瞬态分析对话框。过程与前述情况类似,不再叙述。其实瞬态分析的结果直接可以在电路中利用示波器观察,那样做更简单直观。