Multisim 10是美国国家仪器公司(NI,National Instruments)于2007年3月推出的Multisim升级版本。该软件不同于以往的EWB(Electronics Workbench,虚拟电子工作台),因为EWB的主要功能在于一般电子电路的虚拟仿真,而Multisim 10软件不仅局限于电子电路的虚拟仿真,在LabVIEW虚拟仪器、单片机仿真等技术方面也有更多的创新和提高。
Multisim 10的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用,同时也可以新建或扩充已有的元器件库,而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到,因此也便于在工程设计中使用。同时Multisim 10的虚拟测试仪器仪表种类齐全,有一般实验用的通用仪器,如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源;而且还有一般实验室少有或没有的仪器,如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。
Multisim 10提供了较为详细的电路分析功能,可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法,以帮助设计人员分析电路的性能。
Multisim 10可以设计、测试和演示各种电子电路,包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障,如开路、短路和不同程度的漏电等,从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时,软件还可以存储测试点的所有数据,列出被仿真电路的所有元器件清单,以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。
Multisim 10有丰富的Help功能,其Help系统不仅包括软件本身的操作指南,更重要的是包含元器件的功能解说,Help中这种元器件功能解说有利于使用EWB进行CAI教学。另外,NI Multisim10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口,也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版,还支持VHDL和Verilog HDL语言的电路仿真与设计。
Multisim 10可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:
①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。
② 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。
③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。
④ 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。
⑤ 设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。
一、Multisim 10对系统的要求和软件安装
1.安装环境要求
推荐Multisim 10 的安装环境要求如下:
操作系统:Windows XP Professional、Windows 2003 SP3。
CPU:Pentium 4 Processor或更高档次的CPU。
内存:至少512 MB。
光驱:配备CD-ROM光驱(没有光驱时可通过网络安装)。
硬盘:可用空间至少1.5 GB。
2.光盘安装
启动Windows,将Multisim 10光盘放入光驱,运行其中的Setup文件。根据屏幕提示信息进行相应的设置。安装完成后,需要重新启动计算机。
二、Multisim 10窗口界面
用鼠标双击Multisim 10图标启动Multisim 10,可以看到如附图1所示的基本窗口界面。其主要组成如图中所标注。
附图1 Multisim 10基本窗口界面
1.菜单栏
Multisim 10有12个主菜单,如附图2所示,提供文件管理、创建电路和仿真分析等所需的各种命令。
附图2 菜单栏
2.工具栏
Multisim 10的工具栏由标准工具栏(Standard Toolbar)、主工具栏(Main Toolbar)、仿真工具栏(Simulation Toolbar)、显示工具栏(View Toolbar)、元件工具栏(Components Toolbar)、虚拟元件工具栏(Virtual Toolbar)、图形注释工具栏(Graphic Annotation Toolbar)、仪器工具栏(Instruments Toolbar)等组成。启动Multisim 10进入基本窗口界面,在界面中显示的是标准工具栏、显示工具栏、主工具栏、仿真工具栏、元件工具栏和仪器工具栏,若要显示其他工具栏可以选择菜单View→Toolbars,然后根据需要选择相应的工具栏在窗口显示。
标准工具栏、显示工具栏、主工具栏提供了常用的功能命令按钮,如附图3所示。用鼠标单击某一图标,可完成附图3所示的相应功能。
附图3 标准工具栏、显示工具栏、主工具栏
仿真工具栏提供了多种仿真方式,如附图4所示。
附图4 仿真工具栏
元件工具栏提供了丰富的元器件库,用鼠标单击某一图标可打开该库,元件工具栏中的各个图标所表示的元器件库含义如附图5所示。
附图5 元件工具栏
在窗口的最右边一栏是仪器工具栏,仿真分析所用到的仪器仪表都可在此栏中找到,仪器的图标及功能如附图6所示。
附图6 仪器工具栏
3.电路工作区窗口
在附图1中,中间的窗口就是电路仿真工作区,用于电路的创建、测试和分析。
三、Multisim 10的电路创建
当启动Multisim 10时,将自动打开一个新的无标题的电路窗口。或用鼠标单击File→New选项或用Ctrl+N快捷键操作(或用鼠标单击工具栏中的“新建”图标),打开一个无标题的电路窗口,通常在电路工作区窗口(相当于一个虚拟实验平台)直接选用元器件连接电路来创建一个新的电路。
1.元器件的操作
①元器件的选用。选用元器件时,首先在元件工具栏中单击包含该元器件的器件库图标,弹出如附图7所示的“Select a Component”对话框。还可以通过单击菜单Place→Component命令,或者在电路工作区的空白处右击,从弹出的快捷菜单中选择Place Component命令,或者在键盘上按下快捷键Ctrl+W,也可以打开“Select a Component”对话框。
默认情况下,元件数据库“Database”栏是Master Database(主数据库),若需要从Corporate Database(公共数据库)或User Database(用户数据库)中选择元器件,可在“Database”栏下拉列表中选择相应的数据库即可。
“Family”栏列表中选择所需元器件族。
“Component”栏列表中选择所需的元器件。
再次确认所需放置的元器件,单击“OK”按钮,用鼠标拖曳该元器件到电路工作区的适当位置。移开鼠标箭头,仍然可以连续在电路工作区单击鼠标左键放置多个同类元器件。不需要放置时单击鼠标右键,即可退出放置操作。
② 选中元器件。选择已经放置在电路工作区的元器件有两种方法:一种方法是将光标移动到所需元器件中央并按下鼠标左键,被选中的元器件四周出现蓝色虚线小方框;另一种方法是在电路工作区所需操作的元器件附近拖曳一个矩形框,并保证该矩形框能唯一选住目标元器件,然后释放鼠标左键。
附图7 “Select a Component”对话框(www.daowen.com)
③元器件的移动。若要移动已放置的元器件,首先选中该元器件,然后拖曳该元器件到目标位置,再释放鼠标左键即可。在移动元器件的过程中应当注意,元器件的符号和标签是可以一起移动的,若在选择元器件操作时没有选中整个元器件(符号和标签),则在移动操作时可能会造成只移动了选中的元器件符号或标签。如果仅仅需要移动元器件的标签时,只选择标签即可。
④ 元器件的旋转与翻转。先选中该元器件,然后右击或者选择Edit菜单,选择菜单中的Flip Horizontal(将所选择的元器件左右旋转)、Flip Vertical(将所选择的元器件上下旋转)、90 Clockwise(将所选择的元器件顺时针旋转90度)、90 CounterCW(将所选择的元器件逆时针旋转90度)等菜单栏中的命令。也可使用Ctrl键实现旋转操作。
⑤ 元器件的复制、删除。对选中的元器件,可以使用菜单Edit→Cut(剪切)、Edit→Copy(复制)和Edit→Paste(粘贴)、Edit→Delete(删除)等菜单命令实现元器件的复制、移动、删除等操作。
⑥ 元器件标签、编号、数值等参数的设置。在选中元器件后,双击该元器件,或者选择菜单命令Edit→Properties(元器件特性),会弹出相关的对话框,可供输入数据。器件特性对话框具有多种选项可供设置,包括Label(标识)、Value(数值)、Fault(故障设置)、Display(显示)等内容。
⑦ 改变元器件的颜色。用鼠标指向该元器件右击,在出现的菜单中,选择Change Color选项,出现颜色选择框,然后选择合适的颜色即可。
2.连线的操作
①导线的连接。在两个元器件之间,首先将鼠标指针移近一个元器件的引脚使其出现一个带十字小圆点,单击鼠标左键并拖曳出一根导线至另一个元器件的引脚,再次出现带十字小圆点时单击鼠标左键,系统即自动连接两个引脚之间的线路。
② 导线的删除。对准欲调整的导线,右击出现快捷菜单,选择Delete即可完成导线的删除。
③改变导线的颜色。要改变导线的颜色,用鼠标指向该导线,右击可以出现颜色选择框,然后选择合适的颜色即可。
④ 在导线中插入元器件。将元器件直接拖曳放置在导线上,然后释放即可在电路中插入元器件。
⑤“连接点”的使用。“连接点”是一个小圆点,单击Place Junction可以放置节点。一个“连接点”最多可以连接来自四个方向的导线。可以直接将“连接点”插入连线中。若要删除“连接点”,则将鼠标指针指向所要删除的“连接点”,右击选择Delete即可。
⑥ 节点编号。在连接电路时,Multisim 10自动为每个节点分配一个编号。是否显示节点编号可在Options→Sheet Preferences对话框的Circuit选项的Net Names中设置。
3.仪器仪表的操作
①仪器选用。从仪器库中将所选用的仪器图标用鼠标 “拖放”到电路工作区即可,类似元器件的拖放。
② 仪器连接。将仪器图标上的连接端(接线柱)与相应电路的连接点相连,连线过程类似元器件的连线。
③设置仪器仪表参数。双击仪器图标即可打开仪器面板。可以用鼠标操作仪器面板上相应按钮及参数设置对话框进行数据设置。
四、电路分析中常用的虚拟仿真仪器
Multimeter(数字万用表)、Function Generator(函数信号发生器)、Oscilloscope(示波器)和Wattmeter(瓦特表)是电路分析中常用的四种虚拟仿真仪器。以下将对这四种仪器的参数设置、面板操作等分别加以介绍。
1.数字万用表
数字万用表和实验室里的数字万用表一样,是一种用来测量交直流电压、交直流电流和电阻,自动调整量程的数字显示(也可以用分贝形式显示电压和电流)的万用表。双击数字万用表图标,放大的数字万用表面板图如附图8所示。
附图8 数字万用表的面板
单击数字万用表面板上的设置(Settings)按钮,则弹出参数设置对话框窗口,可以设置数字万用表的电流表内阻、电压表内阻、欧姆表电流及测量范围等参数。
2.函数信号发生器
函数信号发生器是用来提供正弦波、三角波、方波信号的电压信号源。双击函数信号发生器图标,放大的函数信号发生器的面板图如附图9所示。
附图9 函数信号发生器的面板
函数信号发生器其输出波形、工作频率、占空比、幅度和偏移量设置,可用鼠标来选择波形选择按钮和在各窗口设置相应的参数来实现。例如要输出1 kHz、10 mV的正弦波,设置方法为:单击正弦波按钮,在“Frequency”框键入“1”,并选择单位“kHz”,在“Amplitude”框键入“10”,并选择单位“mV”。
附图9中的“占空比设置”适用于三角波和方波,“偏移量”是指在信号波形上所叠加的直流量。还需注意的是,“幅度设置值”是振幅值而不是有效值。
连接+和Common端子,输出信号为正极性信号;连接-和Common端子,输出信号为负极性信号,输出信号的幅度值为信号发生器所设置的振幅值。连接+和-端子,输出信号的幅度值为信号发生器所设置的振幅值(即峰峰值)。
3.示波器
示波器是用来观察信号波形并测量信号幅度、频率及周期等参数的仪器,是电子实验中使用最为频繁的仪器之一。其图标如附图10(a)所示,有A、B两个通道,Ext Trig是外触发端。双击示波器图标打开其面板,如附图10(b)所示,可见它与实际仪器一样,由显示屏、输入通道设置、时基调整和触发方式选择四部分组成,其使用方法也和实际的示波器相似,简介如下。
附图10 示波器的图标和面板
①时基(Time base)控制部分的调整。
时间基准。X轴刻度显示示波器的时间基准,表示横坐标每格(1 cm)代表多长时间,X轴刻度范围从0.1 fs/Div~1 000 Ts/Div,应根据频率高低选择合适的值。
X轴位置(X position)。X轴位置控制X轴的起始点。当X的位置调到0时,信号从显示器的左边缘开始,正值使起始点右移,负值使起始点左移。X位置的调节范围从-5.00~+5.00。
显示方式选择。显示方式选择示波器的显示,可以从“幅度/时间(Y/T)”切换到“A通道/B通道中(A/B)”、“B通道/A通道(B/A)”或“Add”方式。在观察随时间变化的信号波形时显示方式应选择“Y/T”。
② 示波器输入通道(Channel A/B)的设置。
Y轴刻度。Y轴刻度表示纵坐标每格(1 cm)代表多大电压,刻度范围从10 fV/Div~1 000 TV/Div,可以根据输入信号大小来选择合适的值,使信号波形在示波器显示屏上显示出合适的幅度。
Y轴位置(Y position)。Y轴位置控制Y轴的起始点。当Y的位置调到0时,Y轴的起始点与X轴重合,如果将Y轴位置增加到1.00,Y轴原点位置从X轴向上移一大格,若将Y轴位置减小到-1.00,Y轴原点位置从X轴向下移一大格。Y轴位置的调节范围为-3.00~+3.00。改变A、B通道的Y轴位置有助于比较或分辨两通道的波形。
Y轴输入方式。Y轴输入方式中,“AC”方式用于观察信号的交流分量,“DC”方式用于观察信号的AC和DC分量之和(即信号的瞬时量),“0”方式则将示波器的输入端接地,此时在Y轴设置的原点位置显示一条水平直线。
③触发方式(Trigger)调整。
触发信号选择。触发信号一般选择自动触发(Auto)。选择“A”或“B”,则用相应通道的信号作为触发信号。选择“Ext”,则由外触发输入信号触发。选择“Sing”为单脉冲触发。选择“Nor”为一般脉冲触发。
触发沿(Edge)选择。可选择上升沿或下降沿触发。
触发电平(Level)选择。选择触发电平范围。
④ 示波器显示波形读数。要显示波形读数的精确值时,可用鼠标将垂直光标拖到需要读取数据的位置。显示屏幕下方的方框内,显示光标与波形垂直相交点处的时间和电压值,以及两光标位置之间的时间差和电压差,因此,测量幅度、周期等很方便。
用鼠标单击“Reverse”按钮可改变示波器屏幕的背景颜色。用鼠标单击“Save”按钮可按ASCII码格式存储波形读数。
另外,为便于观察和区分同时在示波器上显示的A、B两通道的波形,可以通过设置导线颜色确定波形颜色。方法是右击连接A、B两通道的导线,在弹出的对话框中设置导线的颜色,此时波形的显示颜色便与导线的颜色相同。
4.瓦特表
瓦特表是一种用来测量电路交、直流功率的仪器。其图标如附图11(a)所示,图标中有两组端子:左边两个端子为电压输入端子,与被测试电路并联;右边两个端子为电流输入端子,与被测试电路串联。双击瓦特表图标打开其面板,如附图11(b)所示。
附图11 瓦特表的图标和面板
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