数字电路的软件仿真Multisim的应用.ppt

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1、第十章 数字电路的软件仿真 Multisim 10的应用,10.1 概述,10.2 基本操作方法,本章小结,10.3 实验电路生成方法,10.4 数字电路仿真,10.5 仿真模式设置,10.6 模拟电路仿真,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,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,10.1.2 运行环境要求,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

2、真时要经常清理Grapher View中Pages（缓存），否则计算机很容易Down机的。,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汇，还可以熟悉一下专业英语。,10.2 基本操作方法,10.2.1 工作界面构成,10.2.2 软件菜单,10.2.1 工作界面,10.2.2 软件菜单,1.主菜单：包含软件所有操作和功能,菜单项目及功能,2.主元器件菜单：(Compo

3、nents)元器件放置菜单,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。,3.仪器仪表菜单：(Instruments)虚拟仪器汇总,10-5 仪器仪表菜单介绍,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。,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，首先调用样例进行参考模拟。这样将会事半功倍。,打开示范文件,文件编辑,电路(元件)属性查看修改,鼠标右键菜单,电路查看,查看图形仿真结果：Grapher View,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

4、项（工具栏中共有12项与元器件有关项）中直接选取。,节点,从Place菜单项放置器件、节点、连接线,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,MCU编辑菜单,MCU选取菜单,电路仿真运行菜单,后处理,电路仿真菜单设置,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 写回注释,高亮Ultiboard 选项,输出电路网络表,工具箱,电路参数列表,

5、网络清单,参数设置选项,窗口设置菜单,帮助菜单,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,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）。,10.3.3 元器件之间连接,Multisim10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

6、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。,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；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,10.3.4修改器件属性和参数,器件参数显示数值调整过程,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。,提取器

7、件逻辑符号，获取器件方法简要说明,10.3.5 电路规则检查,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。,10.3.6 选择测试仪器仪表,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。,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

8、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，查找器件的功能和使用方法，参照图10-31，或查找其它相关资料。,（2）选择、设置合适的信号源,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。,正负脉冲信号源设置界面,三种综合信号发生器,(3)获取仿真结果形式：,直流工作点,电路参数值,图形有数码和波形两种,谐波分析,数据以文字方式为主,数据、图形,数字脉冲专用测试仪频率计，包含脉冲的许多

9、参数指标。,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。,Agilent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。,TEK示波器,Agilent示波器,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、 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：,逻辑转换仪,图10-45 逻辑转换仪界面,输入变量,逻辑函数化简过程公式法,逻辑变量输入端,A+C+D,化简,在此“”表示逻辑非,逻辑函数化简过程逻辑图函数式,分别将逻辑图中 输入 输出 接在逻辑转换仪上；,集成组合逻辑器件也可以用逻辑转换仪得到函数表达式,（3）真值表函数表达式,（4）组合逻辑电路的分析与设计,已知函数表达式，逻辑转换仪可以直接给出逻辑图,组合逻辑电路逻辑测试“总线”应用,BUS1 74LS138输入波

11、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。,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为例实现,74290二-

12、五-十进制计数器，74161四位二进制计数器。,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,图中虚线框表示的是当计数到(24)D或(00100100)B时产生置“0”（异步复位）信号的地方。,脉冲输入,023就是24进制,用74LS290构成24进制计数器,74LS161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。,【例10-2】分析图10-58时序逻辑电路逻辑功能,10个CP,分析过程：先画出逻辑图，然后仿真，再读取数

13、据。,十进制计数器,图10-59 状态变量输出波形,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,10.5.2 仿真模式与仿真参数设置,所有仿真模式：,1.直流工作点分析界面,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。,内部参数设置,内部参数设置界

14、面,内部参数设置汇总,分析结果,直流工作点设置、分析过程,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。,图10-67,交流分析运行、设置界面,6.噪声系数分析,通过一个噪声系数来描述电路中的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,10.参数扫描分析,扫描

15、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,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,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

16、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。,【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理。比如实际电阻值是有规格的。,原始输出波形：有失真,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。,