第三章电路仿真软件Multisim9.docx
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第三章电路仿真软件Multisim9
第三章电路仿真软件Multisim8的使用
从20世纪80年代开始，随着计算机技术的飞速发展，电子电路的分析与设计方法发生了重大变革，一大批各具特色的优秀电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation，EDA）软件的出现（如PSPICE、EWB等），改变了以定量估算和电路实验为基础的电路设计方法。
EDA软件工具代表着电子系统设计的技术潮流。
Multisim软件就是其中之一。
本章以加拿大IIT公司（InteractiveImageTechnologies）具有代表性的EDA软件Multisim8为例，介绍Multisim8的主要功能及其使用。
3.1电路仿真软件的衍变与功能特点
从事电子产品设计和开发等工作的人员，经常需要对所设计的电路进行实物模拟和调试。
其目的在于，一方面是为了验证所设计的电路是否能达到设计要求的技术指标，另一方面通过改变电路中元器件的参数，使整个电路性能达到最佳值。
而这种实物模拟和调试的方法，不但费工费时，而且其结果的准确性受到实验条件、实验环境、实物制作水平等因素的影响。
为了克服这些困难，加拿大InteractiveImageTechnologies）公司（以下简称ITT公司）于20世纪80年代末90年代初推出了专门用于电子线路仿真的“虚拟电子工作台”EWB软件。
3.1.1EWB的衍变过程
EWB（ElectronicsWorkbench的简称）可以对模拟、数字和模拟/数字混合电路进行仿真，克服了传统电子产品的设计受实验室客观条件限制的局限性，用虚拟的元件搭建各种电路，用虚拟的仪表进行各种参数和性能指标的测试。
因此，在电子工程设计和高校电子类教学领域中得到广泛应用。
随着技术的发展，EWB软件也在进行不断升级，国内常见的升级版本有EWB4.0、EWB5.0；发展到5.x版本以后，IIT公司对EWB进行较大的变动，软件名称也变为MultisimV6；到了2001年，该软件又升级为Multisim2001，允许用户自定义元器件的属性，可以把一个子电路当作一个元件使用，并且开设了EdaPARTS.com网站，为用户提供元器件模型的扩充和技术支持；2003年，IIT公司又对Multisim2001进行了较大的改进，升级为Multisim7，增加了3D元件以及安捷伦的万用表、示波器、函数信号发生器等仿实物的虚拟仪表，使得虚拟电子工作平台更加接近实际的实验平台。
Multisim也经过了多个版本的衍变，到目前为止，Multisim已经发展到了Multisim10版本。
下面简单介绍Multisim7.0和Multisim8.0版本的功能、特点。
3.1.2Multisim7.0的功能、特点：
1．用户界面直观
Multisim7.0沿袭了EWB界面的特点，提供了一个灵活的、直观的工作界面来创建和定位电路。
Multisim7.0（教育版）考虑到学生的特点，允许教师根据自身需要、课程内容和学生水平设置软件的用户界面，以创建具有个性化的菜单、工具栏和快捷键。
还可以使用密码来控制学生所接触的功能、仪器和分析项目。
2．种类繁多的元件和模型
Multisim7.0提供的元件库拥有13000个元件。
尽管元件库很大，但由于元件被分为不同的“系列”，所以可以方便地找到所需要的元件。
Multisim7.0元件库含有所有的标准器件及当今最先进的数字集成电路。
数据库中的每一个器件都有具体的符号、仿真模型和封装，用于电路图的建立、仿真和印刷电路板的制作。
Multisim7.0还含有大量的交互元件、指示元件、虚拟元件、额定元件和三维立体元件。
交互元件可以在仿真过程中改变元器件的参数，避免为改变元器件参数而停止仿真，节省了时间，也使仿真的结果能直观反映元件参数的变化；指示元件可以通过改变外观来表示电平大小，给用户一个实时视觉反馈；虚拟元件的数值可以任意改变，有利于说明某一概念或理论观点；额定元件通过“熔断”来加强用户对所设计的参数超出标准的理解；3D元件的外观与实际元件非常相似，有助于理解电路原理图与实际电路之间的关系。
除了Multisim7.0软件自带的主元件库外，用户还可以建立“公司元件库”，有助于一个团队的使用，简化仿真实验室的练习和工程设计。
Multisim7与其他软件相比，能提供更多方法向元件库中添加个人建立的元件模型。
3．元件放置迅速和连线简捷方便
在虚拟电子工作平台上建立电路的仿真，相对比较费时的步骤是放置元件和连线，Multisim7可以使学生几乎不需要指导就可以轻易地完成元件的放置。
元件的连接也非常简单，只需单击源引脚和目的引脚就可以完成元件的连接。
当元件移动和旋转时，Multisim7.0仍可以保持它们的连接。
连线可以任意拖动和微调。
4．进行SPICE仿真
对电子电路进行SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis）仿真可以快速了解电路的功能和性能。
Multisim7为模拟、数字以及模拟／数字混合电路提供了快速并且精确的仿真。
Multisim7.0的核心是基于使用带XSPICE扩展的伯克利SPICE的强大的工业标准SPICE引擎来加强数字仿真的。
Multisim7.0的界面对最为陌生的用户来说都是非常直观的。
这使用户运用SPICE的功能而不必去担心SPICE复杂的句法。
5．虚拟仪器
Multisim7.0提供了逻辑分析仪、安捷伦仪器、波特图仪、失真分析仪、频率计数器、函数信号发生器、数字万用表、网络分析仪、频谱分析仪、瓦特表和字信号发生器等18种虚拟仪器，其功能与实际仪表相同。
特别是安捷伦的54622D示波器、3440lA数字万用表和33120A信号发生器，它们的面板与实际仪表完全相同，各旋钮和按键的功能也与实际一样。
通过这些虚拟器件，免去昂贵的仪表费用，用户们可以毫无风险地接触所有仪器，掌握常用仪表的使用。
6．强大的电路分析功能
Multisim7.0除了提供虚拟议表，为了更好地掌握电路的性能，还提供了直流工作点分析、交流分析、敏感度分析、3dB点分析、批处理分析、直流扫描分析、失真分析、傅里叶分析、模型参数扫描分析、蒙特卡罗分析、噪声分析、噪声系数分析、温度扫描分析、传输函数分析、用户自定义分析和最坏情况分析等19种分析，这些分析在现实中有可能是无法实现的。
7．强大的作图功能
Multisim7.0提供了强大的作图功能，可将仿真分析结果进行显示、调节、储存、打印和输出。
使用作图器还可以对仿真结果进行测量、设置标记、重建坐标系以及添加网格。
所有显示的图形都可以被微软Excel、MathsoftMathcad以及LABVIEW等软件调用。
8．后处理器
利用后处理器，可以对仿真结果和波形进行传统的数学和工程运算。
如算术运算、三角运算、代数运算、布尔代数运算、矢量运算和复杂的数学函数运算。
9．RF电路的仿真
大多数SPICE模型在进行高频仿真时，SPICE仿真的结果与实际电路测试结果相差较大，因此对射频（RadioFrequency简称RF）电路的仿真是不准确的。
Mulhsim7提供了专门用于射频电路仿真的元件模型库和仪表，以此搭建射频电路并进行实验，提高了射频电路仿真的准确性。
10．HDL仿真
利用MultiHDL模块（需另外单独安装），Multisim7.0还可以进行HDL（HardwareDescriptionLanguage，硬件描述语言）仿真。
在MultiHDL环境下，可以编写与IEEE标准兼容的VHDL或VerilogHDL程序，该软件环境具有完整的设计入口、高度自动化的项目管理、强大的仿真功能、高级的波形显示和综合调试功能。
针对不同用户的需要，Multisim7.0发行了增强专业版（PowerProfessional）、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也有明显的不同。
3.1.3Multisim8.0的功能、特点
2005年，IIT公司对Multism7.0进行了全面优化与升级，推出了Multisim8.0软件，Multisim8.0并不是对Multisim7.0进行简单的补充和扩展，而是从功能和性能方面全面升级。
这种全面的升级使Multisim8.0具备了许多新的特点：
（1）仿真速度提高67％以上。
（2）变量支持。
（3）电气规则检查的范围设定。
（4）具有跨越多页分图的分类高级搜寻功能。
（5）新型虚拟Tektronix示波器。
（6）测量探针的动态数值显示。
（7）通过网页自动更新。
（8）用户自定义仿真界面的设定。
（9）打印或输出电子表格观测窗的内容。
（l0）增加了PLC控制的仿真分析。
从Multisim系列软件的形成可以看出，软件保持了最早版本EWB5.0的基本风格，方便易用、人机界面友好；随着软件的发展，其功能不断增强（既可对单个电路进行仿真分析，又可对复杂电路系统进行分析设计），仿真元器件库进一步扩充，测试仪器增多（如Multisim8.0增加了虚拟Tektronix示波器），仿真速度更快。
对于电子电路的学习和设计者来说，Multisim为不可多得的仿真软件。
3.2Multisim8的用户界面
本节将系统地介绍Multisim8.0用户界面的基本操作和命令。
单击Windows“开始”菜单中“程序”下的Multisim8.0，弹出如图3.2.1所示的Multisim8.0用户界面。
Multisim8.0的操作界面，按功能分为主菜单栏（MenuBar）、标准工具栏（Standardtoolbar）、状态栏（StatusBar）和工作信息窗口。
其中，标准工具栏包括系统工具栏、观察工具栏、图形注释工具栏（GraphicAnnotationToolbar）、主工具栏、仿真运行开关、仪器工具栏（InstrumentsToolbar）、元器件库工具栏（ComponentToolbar）、虚拟工具栏（VirtualToolbar）；状态栏包括运行状态条；工作信息窗口包括电路窗口（CircuitWindows）、电子表格检视窗（SpreadsheetView）、设计工具窗（DesignToolbox）、电路描述窗口（CircuitDescriptionBox）。
下面分别对上述各部分内容进行介绍。
3.2.1菜单栏（MenuBar）
与其他Windows应用程序相似，Multisim8.0软件的菜单栏提供了绝大多数的功能命令。
菜单栏从左向右依次是文件菜单（File）、编辑菜单（Edit）、窗口显示菜单（View）、放置菜单（Place）、仿真菜单（Simulate）、文件输出菜单（Transfer）、工具菜单（Tools）、报告菜单（Reports）、选项菜单（Options）、窗口菜单（Window）和帮助菜单（Help）共11个主菜单。
图3.2.1Multisim8用户界面
1．文件菜单（File）：
文件菜单用于Multisim8.0所创建电路文件的管理，其命令与Windows下的其他应用软件基本相同，在此不再赘述。
File是对电路文件进行存取、输入输出等系列操作，其中，在PrintOptions选项内，包含有对打印机的设定（PrinterSetup…），对所要打印图形的内容的设定（PrintCircuitSetup…）和所要打印图形的形式的设定（PrintInstruments…）。
2．编辑菜单（Edit）：
主要对电路窗口中的电路或元件进行删除、复制或选择等操作。
其中Undo、Redo、Cut、Copy、Paste、Delete、Find和SelectAll等命令与其他应用软件基本相同，在此不再赘述。
其余命令的主要功能如下：
ØPasteasSubcircuit…：
该命令不同于Paste命令，用于粘贴子电路。
ØDeleteMulti—Page：
多页删除。
ØOrientation：
翻转工具。
其选项中包含水平翻转（FlipHorizontal）所选择的元件；垂直翻转（FlipVertical所选择的元件；90o顺时针旋转（90oClockwise）所选择的元件；90o逆时针旋转（90oCounterCW）所选择的元件。
ØComment：
注释命令。
ØGraphicAnnotation：
图形注解。
ØOrder：
摆放顺序，是指当前Layer（图层）的置前与置后，而此处是以Layer来表示加载电路图中的图形、注释等不同类型内容的显示顺序；
ØTitleBlockPosition：
标题栏位置，TitleBlock意为图纸的标题栏；
ØFont：
字形定义，通过Font操作，可以改变图形文件内所有可修改文字的字型；
ØProperties：
特性参数，通过Properties操作，可以更改工作界面。
ØEndiSymbol/TitleBlock…：
编辑符号/标题栏。
ØAssigntoLayer：
显示图层。
ØLayerSettings…：
自定义图层。
3．窗口显示菜单（View）：
用于显示或隐藏电路窗口中的某些内容（如工具栏、栅格、纸张边界等）。
其菜单下各命令的功能如下所述：
ØToolbars：
显示或隐藏标准工具栏、元件工具栏、图形注释工具栏、仪表工具栏、仿真开关、项目栏、电路元件属性视窗和用户自定义栏等工具。
也就是说，Toolbars的子菜单包括该软件的所有分类工具栏，可以通过菜单操作，在主界面上显示或隐藏任何一个工具栏。
ØShowGrid：
显示或隐藏栅格。
显示栅格有助于把元件放在正确的位置。
ØShowBorder：
显示或隐藏图纸边框。
ØShowPapeBound：
显示或隐藏图纸页边界。
ØFullScreen：
满屏显示。
ØZoomIn：
放大电路窗口。
ØZoomOut：
缩小电路窗口。
ØZoomArea：
局部放大。
ØZoomFittoPage：
显示全图。
ØRulerbars：
标尺栏。
ØStatusBar：
运行状态条。
ØDesignToolbox：
设计工具窗。
ØSpreadsheetView：
电子表格检视窗。
ØCircuitDescriptionBox：
电路描述窗。
显示或隐藏电路窗口的描述窗，利用该窗口可以添加电路的某些信息。
ØGrapher：
仿真图形记录器，用于显示或隐藏仿真结果的图表。
ØComment/Probe：
注释的显示或隐藏。
4．放置菜单（Place）：
Place用于在电路窗口中放置元件、节点、总线、文本或图形等，其菜单下各命令的功能如下所述：
ØComponent…：
在电路窗口中放置元器件。
ØJunction：
放置一个节点。
ØWire：
放置电路连线。
ØLadderRungs：
放置梯形母线。
ØBus：
放置创建的总线。
ØConnectors：
连接器。
ØHierarchicalBlockFromFile…：
打开电路分层模块。
ØNewHierarchicalBlock…：
新建电路分层模块。
ØReplacebyHierarchicalBlock…：
替换电路分层模块。
ØNewSubcircuit…：
新建子电路。
ØReplacebySubcircuit…：
替换子电路。
即用一个子电路替代所选择的电路。
ØMulti—Page：
多页设置。
ØMergeBus…：
合并总线。
ØBusVectorConnect：
放置总线矢量连接。
ØComment：
注释。
ØText：
放置文本。
ØGraphics：
绘图，即放置线、折线、长方形、椭圆、圆弧、多变形等图形。
该子菜单就是图形注释工具栏的菜单形式。
ØTitleBlock…：
放置一个图纸标题栏。
5．仿真菜单（Simulate）：
主要用于仿真的设置与操作，其中，Instruments子菜单就是仪器工具栏的菜单形式；Analysis子菜单包括了18种标准仿真方法，以及一种基于XSpice命令的用户自定义仿真方法，其菜单下各命令的功能如下所述：
ØRun：
运行当前电路的仿真。
ØPause：
暂停当前电路的仿真。
ØInstruments：
仪器选择。
在当前电路窗口中放置万用表、函数发生器、瓦特计、双踪示波器、失真度分析仪等仪表。
ØInteractiveSimulationSettings…：
仿真参数设置。
ØDigitalSimulationSettings…：
数字电路仿真设置。
可以对含数字元件的电路仿真时的精度和速度之间的选择。
ØAnalyses：
分析方法选择。
对当前电路进行直流工作点分析、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、极点一零点分析、传输函数分析、最坏情况分析、蒙特卡罗分析、线宽分析、用户自定义分析、批处理分析、射频分析等分析的选择。
ØPostprocessor：
使用后处理器，对电路分析进行后处理。
ØSimulationErrorLog/AuditTrail：
仿真错误记录/审计追踪。
ØXSpiceCommandLineInterface…：
显示XSpice命令行输入窗口。
ØLoadSimulationSetting…：
调用仿真设置。
ØSaveSimulationSetting…：
保存仿真设置。
ØVHDLSimulation：
运行VHDL仿真软件。
ØVerilogHDLSimulation：
运行VerilogHDL仿真软件。
ØProbeProperties：
测量探针属性。
ØReverseProbeDirection：
探针反向测量。
ØClearInstrumentData：
清空仪器已存数据。
ØGlobalColllponentTolerance：
设置全局元件的容差。
注：
在Multisim7中的Simulate菜单中还包含有子菜单AutoFaultOption…，用于选择电路元件发生故障的数目和类型。
6．文件输出菜单（Transfer）：
用于将Multisim8的电路文件或仿真结果输出到其他应用软件，其菜单下各命令的功能如下所述：
ØTransfertoUltiboard：
传送给应用软件Ultiboard。
ØTransfertootherPCBLayout：
传送给其他印刷电路板（PCB）设计软件。
ØForwardAnnotatetoUltiboard：
创建Ultiboard注释文件。
将Multisim8中电路元件注释的变动传送到Ultiboard的电路文件中，使Ultiboard电路元件注释也作相应的变化。
ØBackannotatefromUltiboard：
修改Ultiboard注释文件。
将Ultiboard中电路元件注释的变动传送到Multisim8的电路文件中，使Multisim8电路元件注释也作相应的变化。
ØHighlightSelectioninUltiboard：
加亮版图选择区。
对Ultiboard电路中所选择的元件以高亮度显示。
ØExportNetlist：
输出网络表。
ØExportSimulationResultstoMathCAD：
将仿真结果文件变换为应用软件MathCAD可读的文件格式（在Multisim7中）。
ØExportSimulationResultstoExcel：
将仿真结果文件变换为应用软件Excel可读的文件格式（Multisim7.0中）。
7．工具菜单（Tools）:
用于编辑或管理元件库或元件，其菜单下各命令的功能如下所述：
ØComponentWizard：
元件编辑器（创建向导）。
ØDatabase：
元件数据库。
Ø555TimerWizard…：
555定时器创建向导。
ØFilterWizard…：
滤波器创建向导。
ØCEBJTAmplifierWizard…：
晶体管放大器创建向导。
ØVariantManager…:
变量管理器。
ØSetActiveVariant…：
激活变量。
ØRename/RenumberComponents…：
文件重新命名/重新编号。
ØReplaceComponent：
文件替换。
ØUpdateCircuitComponents…：
更新电路元件。
ØElectricalRulersCheck：
电气特性规则检查。
ØClearERCMarkers：
清除电器特性规则检测标记。
ØSymbolEditor…：
符号编辑器。
ØTitleBlockEditor…：
标题栏编辑器。
ØModifyTitleBlockData…：
修改标题栏内容。
（在Multisim7.0中）
ØDescriptionBoxEditor…：
电路描述栏编辑器。
ØEditLabels…：
编辑标签。
ØCaptureScreenArea:
屏幕复制。
ØInternetDesignSharing：
利用网络或因特网来共享电路设计。
ØEDA：
登陆ElectronicsWorkbenchWDA网站。
ØUpdateHB/BSSymbol：
在含有子电路的电路中，随着子电路的变化改变HB/BS连接器的标号。
（在Multisim7.0中）
8．报告菜单（Reports）:
产生当前电路的各种报告，其菜单下各命令的功能如下所述：
ØBillofMaterials：
材料清单，用以产生当前电路文件的元件清单文件。
ØComponentDetailReport：
元件细节报表，用以产生特定元件存储在数据库中的所有信息。
ØNetllstReport：
网络表报表，用以产生含有元件连接信息的网表文件。
ØCrossReferenceReport：
元件交叉参照表，用以报告当前电路窗口中所有元件的详细参数报告。
ØSchematicStatistics：
简要统计报表。
ØSchematicReport：
产生电路图的统计信息。
（在Multisim7.0中）
ØSpareGatesReport：
产生电路图中未使用门的报告。
9．选项菜单（Options）：
用以定制电路的界面和某些功能的设置，其菜单下各命令的功能如下所述：
ØGlobalPreferences…：
软件参数选择。
ØSheetProperties…：
电路文件界面属性设置。
ØCustomizeUserInterface…：
制定用户界面。
ØGlobalRestrictions…：
软件功能限制，用于利用口令，对其他用户设置Multisim某些功能的全局限制。
ØCircuitRestrictions…：
电路文件功能限制，用于利用口令，对其他用户设置特定电路功能的全局限制。
ØSimplifiedVersion：
简化版本。
在标准工具栏中隐藏一些复杂的命令、工具和分析来简化Multisim的用户界面。
所简化的用户界面选项能够通过使用全局限制来控制其使用与否。
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