数字电子技术仿真软件Multisim电路设计与仿真应用Word文件下载.docx
《数字电子技术仿真软件Multisim电路设计与仿真应用Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子技术仿真软件Multisim电路设计与仿真应用Word文件下载.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
图12-4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12-1所示。
表12-1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12-5所示给出了这11种仪器的按钮图标及其含义。
图12-5仪器工具条图12-6仿真开关
各种虚拟仪器的设置及使用方法将在后面作以详细介绍。
5.仿真开关
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12-6所示。
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。
6.使用中的元件清单（InUseList）
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。
7.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。
12.1.2Multisim2001的基本使用方法
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12-7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12-7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<
Delete>
键即可将其删除。
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
（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12-8所示。
在图12-8种单击EditModel按钮，弹出如图12-9所示的云间模型修改窗口。
当要修改窗口中的参数时，图12-9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ChargeAllModel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12-9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。
（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。
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<
键删除掉。
（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。
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。
4.仪器仪表的操作
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。
（1）数字万用表（Multimeter）
如图12-10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12-10右边所示的一个对话框，可进行万用表的内部参数设置。
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。
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。
（2）函数信号发生器（FunctionGenerator）
如图12-11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。
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。
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。
（3）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12-12所示。
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12-13所示。
方式一：
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；
方式二：
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12-12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。
（4）扫频仪（BodePlotter）
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12-14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。
（5）字信号发生器（WordGenerator）
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12-15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。
（6）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12-16所示为逻辑分析仪的图标和面板图。
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12-17所示的对话框。
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12-18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。
（7）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12-19所示，图12-20所示是转换方式选择按钮的含义。
图12－19（a）逻辑转换仪图标
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。
图12-20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栏会出现相应的逻辑表达式。
如果要得到简化的逻辑表达式，点击“真值表→简化表达式”按钮即可。
注意表达式中用“’”表示逻辑变量的“非”运算。
此外，还可以直接在逻辑表达式栏中输入表达式（“与-或”式及“或-与”式均可），然后按下“表达式→电路”按钮可得到相应的真值表（注意：
如果是逻辑“非”，例如
则应写成
；
则应转换为
，输入
）；
按下“表达式→电路”按钮可得到相应的逻辑电路；
按下“表达式→与非电路”按钮可得到由与非门构成的电路。
12.2Multisim2001在数字电子技术实验中的应用
本章应用Multisim2001仿真软件对数字电路的基本器件和其应用电路进行仿真，利用Multisim软件几乎可以仿真实验室内所有的电路实验。
但需要注意的是，在Multisim中进行的实验是虚拟的，一般是在不考虑元件的额定值和极限值等情况下进行的，所以应将虚拟仿真与真实情况有机地结合起来，互相对比，从而最终解决电路的实际问题。
12.2.1集成门电路参数测试
【例12-1】利用Multisim2001软件仿真常用集成门电路的逻辑功能
（1）打开Multisim2001主界面，单击逻辑门电路库，从中拖出与非门（74LS00D）、或非门（74LS02D）、非门（74LS04D）、与门（74LS08D）、或门（74LS32D）和异或门（74LS86D）各一个至工作区；
打开元器件库的信号源库，从中拖出6个VCC和6个GND至工作区；
打开基本元器件库，从中拖出11个开关至工作区；
打开指示器件库，从中拖出6个逻辑探针至工作区；
最后，进行适当的连接和调整得到如图12-21所示的6种门电路仿真测试电路。
图12-21门电路仿真测试电路图
（2）电路连接及元件特性设置完成以后，打开“启动/停止”开关，按顺序分别用相应的A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K键控制6个开关接通高低电平，观察逻辑探针是否发光，发光表示输出为高电平，否则表示输出为低电平。
12.2.2组合逻辑电路的分析与设计
1.组合逻辑电路逻辑功能分析
【例12-2】利用Multisim2001软件仿真图12-22电路逻辑功能
（1）Multisim2001电路窗口中，打开逻辑门电路库，从中拖出三个非门（74LS04D）、三个与非门（74LS00D）和一个四输入与非门（74LS00D）至工作区；
打开仪器库，从中拖出一个逻辑转换仪至工作区。
将所有器件连接成如图12-22所示的电路。
图12-22门电路仿真测试电路图
（2）电路连接及元件特性设置完成以后，双击逻辑转换仪
出现如图12-23所示的功能面板，在面板右侧单击
，即出现如图12-23所示的真值表。
图12-23门电路仿真测试电路图
在图12-23中，真值表分为三部分：
第1栏为十进制序号；
第2栏为四个输入端的逻辑电平；
第3栏为输出端的逻辑电平。
根据真值表可以得出：
当A=B=C时，Y输出为0，其他输入状态，Y输出均为1，即该电路是输入不一致鉴别器。
（3）单击逻辑转换仪面板右侧的
将其转换为由与非门构成的逻辑电路，见图12-24所示。
（但在操作时要注意避免与原电路重叠）
图12-24门电路仿真测试电路图
2.组合逻辑电路功能设计
【例12-3】利用Multisim2001软件仿真教材例题3-4所示报警控制电路
（1）用上述同样方法建立仿真电路图如图12-25所示。
图12-25教材例题3-4所示报警控制电路
（2）按照“组合逻辑电路功能分析”的方法，完成对图12-25的仿真，仿真结果如图12-26所示。
从而验证了教材例题3-4所示报警控制电路设计的正确性。
图12-26教材例题3-4所示报警控制电路仿真结果
12.2.3静态冒险现象的分析与测试
在组合逻辑电路中，输入信号变化前后，输出的稳态值是一样的，但在输入信号变化时，输出信号产生了毛刺，这种冒险是静态冒险。
若输出的稳态值为0，出现了正的尖脉冲毛刺，称为静态0冒险。
若输出稳态值为1，出现了负的尖脉冲毛刺，则称为静态1冒险。
【例12-4】静态0冒险电路仿真测试
静态0冒险的仿真电路如图12-27所示，（见教材第3章3.4节）。
静态0冒险仿真电路的输入与输出波形如图12-28所示。
其中A通道是输入波形，B通道是输出波形，为了观察方便将A通道波形向上移动0.2格，B通道向下移动1.2格。
由此可见，输出波形出现毛刺现象，与理论分析一致。
图12-27静态0冒险仿真电路图12-28静态0冒险电路仿真波形
【例12-5】静态1冒险电路仿真测试
静态1冒险的仿真电路如图12-29所示（见教材第3章3.4节）。
静态1冒险仿真电路的输入与输出波形如图12-30所示。
图12-29静态1冒险仿真电路图12-30静态1冒险电路仿真波形
12.2.4常用组合逻辑器件功能测试及应用
1.编码器逻辑功能测试及应用
【例12-6】集成编码器74LS148逻辑功能测试
74LS148D是8-3线编码器，其功能测试电路如图12-31所示。
图12-318-3线编码器74LS148逻辑功能测试
图12-32为字符信号发生器功能面板，设置字信号发生器使其循环输出11111110、11111101、11111011……..01111111，使得8-3线优先编码器依次选用不同的输入信号进行编码。
输出编码用数码管显示。
启动仿真，可观察到数码管依次循环显示7、6、5、4、3、2、1、0、7、6……….。
图12-328-3线编
升级会员 