数字电路的软件仿真Multisim的应用PPT课件

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1、学习目标了解EDA软件的功能了解构建仿真电路的基本过程了解虚拟设备与仿真 第1页/共72页Multisim10具有以下主要特点：1集成化、一体化的人性设计环境 2界面友好、操作简单 3真实的仿真平台 4分析方法多而强 5. 可以跨平台作业10.1.1 功能与特点10.1 概述第2页/共72页10.1.2 运行环境要求运行环境要求 名称名称 最最 小小 配配 置置 推推 荐荐 配配 置置操作系统操作系统Windows NT4 /SP6 / XPWindows XP处理器处理器Inter Pentium III AMD K6Pentium IV AMD K7内存内存256MB RAM 512 MB

2、 RAM光驱光驱CD-ROMCD-ROM显示分辨率显示分辨率8006001024768硬盘空间余量硬盘空间余量720MB1GB如果计算机系统配置较低，则Multisim10启动较慢，但运行以后就正常了，但如果内存偏小，图形仿真时要经常清理Grapher View中Pages（缓存），否则计算机很容易Down机的。第3页/共72页10.1.3 汉化方法Multisim10 目前没有官方的汉化版本，有一些不是很专业的汉化软件，由于汉化软件并非专业，翻译的内容不是很准确，因此汉化后软件菜单与实际内容会有一定的差异，建议用原版软件，同时安装一个可以在线翻译的程序，借助于在线翻译软件，可以大致了解专业词

3、汇，还可以熟悉一下专业英语。第4页/共72页10.2 基本操作方法10.2.1 工作界面构成10.2.2 软件菜单第5页/共72页10.2.1 工作界面电路描述框元器件菜单基本工具栏主菜单图形注解工具仿真仪表栏“在用器件”列表在用电路列表器件列表察看电路窗口运行开关运行状态栏运行时间 状态第6页/共72页10.2.2 软件菜单软件菜单File 文件管理操作文件管理操作Edit 文件编辑文件编辑View 工作区域状态显示工作区域状态显示Place 元器件操作元器件操作MCU 微处理器微处理器Simulate 仿真方式选择仿真方式选择Transfer 文件格式转换文件格式转换Tools 各种工具各

4、种工具Report 电路状态列表电路状态列表Options 软件设置选项软件设置选项Windows 视窗视窗Help 帮助帮助1. 主菜单：主菜单： 包含软件所有操作和功能包含软件所有操作和功能菜单项目及功能菜单项目及功能第7页/共72页2. 主元器件菜单：(Components) 元器件放置菜单 电源基本元件二极管三极管模拟器件混合器件显示器件TTLCMOS多种数字器件电源器件外围设备RF器件MCU总线其它器件电机子电路主元器件每一项菜单都是个类别，其中有许多同类型器件可供选择。第8页/共72页3. 仪器仪表菜单：(Instruments)虚拟仪器汇总 VIABGTABCDGTINOUT12

5、3CQT1FRTXOXXOO0161531A BTektronix1234TGPAgilentAgilentP1P2TINTHDAgilent万用表信号发生器双踪示波器四踪示波器波特仪频率计字符信号发生器逻辑分析仪阶梯仪逻辑转换仪失真分析仪频谱分析仪网络分析仪安捷伦信号发生器安捷伦万用表信号测量探头安捷伦示波器LabVIEW仪器TEKTEK示波器电流互感器功率表10-5 仪器仪表菜单介绍仪器仪表菜单介绍第9页/共72页4. 主菜单各栏目文件管理 文件管理主要是对软件新建、调用等软件基本工作项目的管理。第10页/共72页与大多软件一样，程序内部有许多仿真样例可供参考，建议首次使用者，首先调用样例

6、进行参考模拟。 这样将会事半功倍。打开示范文件 第11页/共72页文件编辑 排序旋转第12页/共72页电路电路(元件元件)属性查看修改属性查看修改 电路(元件)属性印制板（PCB）电路图幅连接线字体可视性第13页/共72页放置元器件放置元器件放置放置(子子)电路电路放置图形放置图形放置注解放置注解剪切剪切复制复制粘贴粘贴删除删除选择所有选择所有标注无连接标注无连接清除错误标志清除错误标志以子电路粘贴以子电路粘贴以分层块替代以分层块替代以子电路替代以子电路替代字体字体属性属性鼠鼠标标右右键键菜菜单单 第14页/共72页 电路查看 工具栏栏目内容第15页/共72页查看图形仿真结果：Grapher

7、View图形记录仪记录下的示波器仿真图形 第16页/共72页 元器件 (PLACE)放置菜单 元器件放置有几种方法：从器件放置菜单中选择对应项后再选定器件型号；从软件快捷项（工具栏中共有12项与元器件有关项）中直接选取。第17页/共72页节点从Place菜单项放置器件、节点、连接线第18页/共72页从Components等快捷菜单选取、放置器件各类元器件汇总MCU绘图工具虚拟器件电源器件晶体管信号源测量元件混合器件基本器件特定器件二极管模拟器件第19页/共72页MCU编辑菜单 无MCU元器件MCU格式编译MCU窗口显示行号跳转to超越到跳出到光标设置断点取消断点暂停MCU选取菜单第20页/共7

8、2页 电路仿真运行菜单 后处理第21页/共72页分析仪器缺省初始值分析仪器缺省初始值初始条件初始条件分析手段分析手段( (仿真仿真) )开始时间开始时间( (仿真仿真) )结束时间结束时间设置最大时间步长设置最大时间步长最大时间步长最大时间步长自动调整时间步长自动调整时间步长其它选项其它选项设置初始时间步长设置初始时间步长初始时间步长初始时间步长估算最大时间步长估算最大时间步长分析选项设为缺省值电路仿真菜单设置第22页/共72页电路转换 转换到Ultiboard 10转换到Ultiboard 9输出至PCB注释到Ultiboard 10注释到Ultiboard 9及以前版本从Ultiboard

9、 写回注释高亮Ultiboard 选项输出电路网络表 转换 第23页/共72页工具箱 第24页/共72页电路参数列表 网络清单第25页/共72页参数设置选项 第26页/共72页新建窗口关闭窗口关闭所有层叠窗口水平排列垂直排列在线电路名称窗口设置菜单第27页/共72页帮助菜单 第28页/共72页10.3 实验电路生成方法10.3.1 选择元器件：（Select a Component）元器件搜索菜单器件搜索器件详情器件模型数据库类型元器件名称 元器件符号 操作方式元器件组别元器件系列第29页/共72页10.3.2 设置电源、信号源、接地端Miltisim10有多种电源、信号源、受控信号源，接地有

10、模拟地 、数字地 ，如果一个仿真电路中没有一个参考的接地端（0节点），电路将无法进入模拟、仿真运行状态。连接在接地端的网络（Net Name）缺省值都是0（节点）。第30页/共72页10.3.3 元器件之间连接U174S134DOC15A1B2C3D4E5F6G7H10I11J12K13L14VCC16GND8Y9U274S134DOC15A1B2C3D4E5F6G7H10I11J12K13L14VCC16GND8Y95VU374S134DOC15A1B2C3D4E5F6G7H10I11J12K13L14VCC16GND8Y9U474S134DOC15A1B2C3D4E5F6G7H10I11J

11、12K13L14VCC16GND8Y95VMultisim10元器件引脚连接线是自动产生的，当鼠标箭头在器件引脚(或某一节点)的上方附近时，会自动出现一个小十字节点标记，按动鼠标左键连接线就产生了，将引线拖至另外一个引脚处出现同样一个小十字节点标记时，再次按动鼠标左键就可以连接上了。如果要得到折线，就必须在连接线直角处拖动引线产生折线，如下图所示圆圈处为拖动点。 拖动前拖动后第31页/共72页在空白处，快速点击鼠标左键两次就是节点；用快捷键Ctrl+J，然后点击鼠标左键一次，也可放置一节点；用Ctrl+T，可以在空白处添加文字；用Ctrl+T，可以打开元器件放置菜单；用Ctrl+R，可旋转器件

12、；用Alt+X， 可依水平翻转器件；用Alt+Y， 可以垂直翻转器件快捷键的使用第32页/共72页10.3.4修改器件属性和参数采用原理图设置显示标签显示器件值显示初始值显示误差显示参考名称显示属性显示管脚号显示管脚名显示变量按系统显示管脚名按系统显示管脚号重置文本位置信息标签 显示 值 故障 管脚 变量 用户区域第33页/共72页Q2MJE13005Q2MJE13005所属器件所属器件原来位置原来位置移动后位置移动后位置器件型号器件型号器件参数显示数值调整过程移动过程 移动后 移动前元器件参数数值显示位置的修改是为了图面个性化显示的需要，也为了图面清晰整洁。第34页/共72页提取器件逻辑符号

13、，提取器件逻辑符号，获取器件方法简要说明获取器件方法简要说明4017BP_5VO03O12O24O37CP113MR15CP014O410O51O65O76O89O911O5-912 所有器件功能表功能表说明 本器件第35页/共72页10.3.5 电路规则检查错误标记点错误提示如果程序运行出现故障，可以在Tools菜单项中运行Electrical Rules Check，得到错误标记和提示。第36页/共72页10.3.6 选择测试仪器仪表万用表信号源功率表二踪示波器四踪示波器波特仪频率计字符发生器逻辑分析仪逻辑转换仪阶梯仪失真分析仪频谱仪网络分析仪安捷伦信号源安捷伦万用表安捷伦示波器泰克示波器

14、测量探头LabView仪表电流探头 要取得电路仿真结果，就需要选择合适的测试仪器仪表，以获取仿真的结果，从仪器仪表中得到的仿真的结果基本与实际测试结果一致。 如：TEK示波器、安捷伦仪器都是仿照实际设备设计的，如果想熟练掌握、运用这些仪器设备，最好找一本相关设备的说明书，在运用中才能得心应手。 第37页/共72页10.4 数字电路仿真10.4.1数字电路仿真的基本要求（1）要熟悉器件 使用Multisim10对数字逻辑电路进行分析与设计，必须要掌握几点： 对已知器件可以直接调用，再按照原理图搭建电路后再进行分析和设计； 对不熟悉的器件应该从帮助菜单或器件属性修改界面的“Info”选项进入，查找

15、器件的功能和使用方法，参照图10-31，或查找其它相关资料。第38页/共72页（2）选择、设置合适的信号源V1BIPOLAR_VOLTAGEV21kHz 5 V V3-1 V 1 V 0.5msec 1msec I1BIPOLAR_CURRENTI21kHz 1 A I3-1 A 1 A 0.5msec 1msec 脉 冲 电 压 源脉 冲 电 流 源图 10-35 脉 冲 信 号 源 用信号源、振荡电路均可产生连续的数字信号，也可用开关、或对信号源、振荡电路设置产生控制脉冲信号。频率、占空比等动态参数设置对于仿真结果起很大的作用。 第39页/共72页正负脉冲信号源设置界面正脉冲幅值负脉冲幅值

16、偏移电压占空比频率/周期上升时间下降时间延时/延时率有效占空比替换第40页/共72页XFG1XFG2AgilentXLV1三种综合信号发生器虚拟综合信号发生器安捷伦信号发生器LabView信号发生器第41页/共72页(3)获取仿真结果形式：A B C D E F G H A B C D E F G HCK5VOut15VDA5DB3DC2DD4OA9OD12OE13OF15OC11OB10OG14LD1BI7PH6QA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2A B C D E F GCK12345678直流工作点电路参数值图形有数码和波

17、形两种谐波分析数据以文字方式为主数据、图形第42页/共72页 数字脉冲专用测试仪频率计，包含脉冲的许多参数指标。第43页/共72页TEK四通道示波器。与实际示波器使用方法相似，可以参阅TEK同类型任意一款数字示波器的使用说明书，就可以大致了解TEK示波器使用方法了。Tektronix1 2 3 4TGPAgilent示波器。使用方法与TEK示波器大同小异，唯一的区别是：Agilent示波器是MSO数模混用示波器。有16个逻辑通道，2个模拟通道。AgilentTEK示波器Agilent示波器第44页/共72页10.4.2 组合逻辑电路的仿真（1）逻辑函数的化简 前面章节我们学过逻辑函数的化简，公

18、式法和卡诺图法。公式法可以对任意变量函数化简，但是化简难度较大，卡诺图则对 4 变量以下逻辑函数的化简比较方便，但是 4 变量以上的逻辑函数的化简则难度加大了。在Multiism 10 中，逻辑函数的的化简就显得非常的轻松，因为它有一个很实用的逻辑转换仪。 逻辑转换仪可以实现逻辑函数的化简，以及函数几种表达式之间相互的转换。下面介绍逻辑转换仪的使用：第45页/共72页逻辑转换仪图10-45 逻辑转换仪界面逻辑函数表达式输入/或化简后输出输入变量输出变量逻辑图真值表真值表最小项表达式真值表最简表达式表达式真值表表达式逻辑图表达式与非逻辑图第46页/共72页() () FACADB CBDABCC

19、 DA D A CD逻辑函数化简过程公式法逻辑变量输入端输入逻辑函数 A+C+D先点击A|B10|1再点击10|1 A|B最终化简结果化简在此“ ”表示逻辑非第47页/共72页ABCDA B逻辑函数化简过程逻辑图函数式点击 A|B，就可以得到化简的逻辑函数分别将逻辑图中 输入 输出 接在逻辑转换仪上；第48页/共72页Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5GND8VCC161245612456100ABCiii-1SCii5V74HC138A B集成组合逻辑器件也可以用逻辑转换仪得到函数表达式变量输出变量输入第49页/共72页（3）真值表

20、函数表达式直接将真值表填入逻辑转换仪，表示约束项第50页/共72页（4）组合逻辑电路的分析与设计ABCDABCD已知函数表达式，逻辑转换仪可以直接给出逻辑图任意门实现与非门实现第51页/共72页74LS148DA09A17A26GS14D313D41D52D212D111D010D74D63EI5EO1574LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B55VDCD_HEXDCD_HEXBus1RTXOXXOO0161531CQT1FBus1Bus1Bus2Bus2Bus2组合逻辑电路逻辑测试“总线”应用第52页/共72页BUS1 74

21、LS138输入波形BUS1 74LS148输出波形BUS2 74LS148输出波形在组合逻辑测试电路中，为了简化逻辑图，在图中设立了BUS1、BUS2两个总线，将相关的测试点接入总线，这样逻辑图中就减少了逻辑连线。总线上可以挂接任意连接点。仿真电路中每一根导线都有一个网络（Net Name）标号，只要网络的标号相同，导线就连接在一起。第53页/共72页10.4.3 时序逻辑电路的仿真对时序电路的仿真，首先必须熟悉器件的功能及其特点，功能表的使用方法见图 10-31 说明。下面以实例说明：【例10-1】用两种方式分别设计一个可以用BCD 显示器直接显示的24进制计数器。以74290和74161为

22、例实现 74290二-五-十进制计数器，74161四位二进制计数器。第54页/共72页如果不熟悉器件，可以在器件属性信息栏（Info）上搜寻器件的功能表及简要说明，如果说英文说明可能理解有一点困难，但是功能表应不难理解。功能说明功能表第55页/共72页413223144132231474LS290DQA9QB5QD8QC4INB11R911R923R0112INA10R021374LS290DQA9QB5QD8QC4INB11R911R923R0112INA10R0213图中虚线框表示的是当计数到图中虚线框表示的是当计数到(24)D或或(00100100)B时产生置时产生置“0”（异步复位）信

23、号的地方。（异步复位）信号的地方。24脉冲输入脉冲输入023就是24进制用74LS290构成24进制计数器第56页/共72页74LS161DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK274LS161DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2Bus1Bus1Bus2Bus25V5V74LS161是4位二进制计数器，计数范围为015，我们设计目标是BCD码显示的24进制计数器，个位显示09，十位显示02。 09 02 023 十位显示02控制目标：个位显示09整体显示023第57

24、页/共72页【例10-2】 分析图10-58时序逻辑电路逻辑功能 JQQKRESETCLKSETJQQKRESETCLKSETJQQKRESETCLKSETJQQKRESETCLKSETCP0VCCVCCVCCVCCVCCVCCVCCVCCVCCCPCPCPVCC11356274911Q3CQT1FQ2Q1Q0Q3Q2Q1Q0QcQcCP第58页/共72页10个CP分析过程：先画出逻辑图，然后仿真，再读取数据。十进制计数器图10-59 状态变量输出波形第59页/共72页10.5 仿真模式设置10.5.1 仿真启动与停止启 暂 停 动 停 止 启/ 停 暂停 MCU运行、编辑操作 快捷键： F5

25、运行/停止 带MCU控制功能仿真开关Multisim 10 运行/停止 可以用菜单，也可以用快捷键。普通开关第60页/共72页10.5.2 仿真模式与仿真参数设置所有仿真模式：第61页/共72页1. 直流工作点分析界面待选节点参数过滤已选参数变量增加器件/模型中参数测试删除所选参数仿真结束后显示所有器件参数存储选择变量已选节点参数过滤未选参数变量设置完成后按仿真（Simulate)电路的静态工作点DC分析，对于模拟电路分析十分重要，不仅电路运行需要设置，而且可以通过DC分析求出电路的静态参数数据。静态参数指：输入为零 电容开路、 电感短路。第62页/共72页内部参数设置内部参数设置界面内部参数

26、设置汇总分析结果直流工作点设置、分析过程第63页/共72页2. 交流分析分析电路在小信号作用下的频率响应。 3. 瞬态分析分析电路在时域范围内某一期间的响应。 4. 傅立叶分析分析节点上信号的各次谐波含量（能量分布）。 5. 噪声分析分析电路中的器件或电路本身的噪声大小。 第64页/共72页 输出节点选择 分析选项 汇总 分析参数 恢复为缺省值 初始条件 分析初试值 分析起始点 时间结束点 最长时间设置 最小采样点 最大采样点 自适应采样 更多选项 设置初始采样间隔 估算最大采样间隔 运行 图10-67 交流分析运行、设置界面第65页/共72页6. 噪声系数分析 通过一个噪声系数来描述电路中的

27、器件或电路本身的噪声大小。 7. 失真分析分析某个节点输出信号线性、非线性失真 。8. 直流扫描分析分析电路的静态工作点参数随电源变化的情况。分析电路中节点电压、电流对电路中元器件参数的敏感程度。 9. 灵敏度分析第66页/共72页10. 参数扫描分析扫描电路中元器件参数变化时对电路的影响。分析当环境温度变化时对电路的影响。 11. 温度扫描分析分析电路的等效传输函数在小信号时的零极点。12. 零极点分析分析电路中两个节点之间的传递函数或阻抗。13. 传递函数分析第67页/共72页统计分析方法：分析电路最坏可能性，是电路可靠性分析的助手。 14. 最坏情况分析统计分析方法：分析参数在选定的误差

28、范围内变化时对电路产生的影响。15. 蒙特卡罗分析仿真电路生成PCB印制板时，布线宽度是否合理。 16. 布线宽度分析将上述的分析方法组合在一起。 17. 批处理分析第68页/共72页18. 用户自定义分析 用户扩展仿真分析功能。 10.6 模拟电路仿真【例10-3】文氏振荡电路的仿真 文氏振荡电路，一般参数选好、电路连接正确了以后，都可以起振，如果不能振荡，调节反馈电阻Key=A。第69页/共72页【例10-4】功率放大电路的分析、设计 信号源输入信号，示波器检测功率输出结果，参数扫描分析为辅助调节工具，对几个关键的参数依次调节，最终得到比较满意的输出波形。但是得到的参数还必须做一个标准化处

29、理。比如实际电阻值是有规格的。原始输出波形：有失真参数调整后输出波形：失真消除第70页/共72页 本章小结 本章介绍了Multisim 10 电路虚拟仿真软件的框架以及基本使用方法，通过这种软件的学习和使用，我们不仅可以在本书数字电子技术应用基础学习的过程中得到很好的帮助和较大的收获，同时也是对我们今后的学习和工作提供了一个良好的辅助平台。 Multisim 10中特有的帮助菜单（Info），特别对于数字电路的学习有很大的帮助，因为数字器件虽然品种类繁多，但是功能是有规则可循的。对于熟悉和不熟悉的器件，帮助菜单都可以为我们提供基本功能表和使用方法；无论是组合逻辑器件还是时序逻辑器件、TTL还是CMOS，菜单中的功能表都可以为我们提供相关的有用信息。第71页/共72页感谢您的观看！第72页/共72页