Multisim2001仿真软件详解与应用指南

1.Multisim 2001简介

Multisim是Interactive Image Technologies（Electronics Workbench）公司推出的以Windows为基础的板级仿真工具，适用于模拟／数字线路板的设计，该工具在程序中汇总了框图输入、Spice仿真、HDL设计输入和仿真及其他设计能力，可以协同仿真Spice、Verilog和VHDL，并把RF设计模块添加到成套工具的一些版本中．

Multisim是一个完整的设计工具系统，提供了一个非常大的零件数据库，并提供原理图输入接口、全部的数模Spice仿真功能、VHDL／Verilog设计接口与仿真功能、FPGA／CPLD综合、RF设计能力和后处理功能，还可以进行从原理图到PCB布线工具包（如Electronics Workbench的Ultiboard）的无缝数据传输．它提供的单一易用的图形输入接口可以满足您的设计需求．

Multisim最突出的特点之一是用户界面友好，尤其是多种可放置到设计电路中的虚拟仪表很有特色．这些虚拟仪表主要包括示波器、万用表、瓦特表、函数发生器、波特图图示仪、失真度分析仪、频谱分析仪、逻辑分析仪和网络分析仪等，从而使电路仿真分析操作更符合电子工作技术人员的实验工作习惯，与目前某些EDA工作的电路仿真模块相比，可以说Multisim模块设计得更完美，更具人性化设计特色．实际上，Multisim模块是将虚拟仪表的形式与SPICE中的不同仿真分析内容有机地结合，如电路中某个节点接“示波器”，就是告诉程序要对该节点处理信号进行瞬态分析，接“万用表”就是进行真流工作点分析，接“函数发生器”就是设计一个SPICE源，接“波特图图示仪”就是进行交流小信号分析，接“频谱分析仪”就是进行快速傅立叶分析．

完整Multisim工具包括学生版、教育版、个人版、专业版、超级专业版等多种版本，可以适用于不同的应用场合．尤其是其教育版具有功能强大和价格低廉的特点，特别适合高校EDA教学使用．

2.Multisim 2001界面介绍

（1）基本元素．

Multisim 2001用户界面如附图1-1所示．

附图1-1　Multisim用户界面

（2）设计工具栏．

附图1-2　设计工具栏

设计是用户Multisim的核心部分，使用户能容易地运行程序所提供的各种复杂功能．利用设计工具栏可指导用户按部就班地进行电路的建立、仿真、分析并最终输出设计数据．虽然利用菜单栏中的相关命令可以执行设计功能，但使用设计工具栏进行电路设计更为方便易用．

设计工具栏上各工具按钮介绍如下：

零件设计按钮（Component）：缺省显示，这是进行电路设计的第一个逻辑步骤，往电路窗口中放置零件．

零件编辑器按钮（Component Editor）：用以调整或增加零件．

仪表按钮（Instruments）：用于给电路添加仪表或观察仿真结果．

仿真按钮（Simulate）：用以开始、暂停或结束电路仿真．

分析按钮（Analysis）：用以选择要进行的分析．

后处理器按钮（Postprocessor）：用以对仿真结果进行进一步处理．

VHDL／Verilog按钮：用以使用HDL模型进行设计（不是所有版本都具备）．

报告按钮（Reports）：用以打印有关电路的报告（材料清单、零件列表）．

传输按钮（Transfer）：用以与其他程序通讯，比如与Ultirboard 2001通讯．也可以将仿真结果输出到MathCAD或Excel等应用程序中．（3）虚拟仪表的使用指南．

虚拟仪表（附图1-3）是Multisim 2001最实用的功能之一，也是它的重要特色．Electronics Workbench的虚拟仪表与实际的仪表相似，操作方式也一样．Multisim 2001教育版提供了包括数字万用表、函数发生器、示波器、波特图图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、瓦特表、失真度分析仪、网络分析仪、频谱分析仪共11种虚拟仪表，还允许在同一个仿真电路中调用多台相同仪器．

附图1-3　虚拟仪表

数字多用表（Multimeter）：用于测量电压、电阻、电流的三用表．在要使用之前，需要双击符号开启数字多用表面板进行设定，如附图1-4所示．

函数信号发生器（Function Generator）：函数信号发生器是电子实验室里最常用的测试信号源，Multisim 2001所提供的函数信号发生器可以产生正弦波、三角波及方波三种信号，并可以设置占空比和偏置电压．在使用之前，需要双击符号开启函数发生器面板进行设定，如附图1-5所示．

附图1-4　数字多用表面板

附图1-5　函数信号发生器面板

瓦特表（Wattmeter）：瓦特表是测量功率的仪表，Multisim 2001所提供的瓦特表不仅可以测量交直流功率，而且可以同时提供功率因数．在使用之前，需要双击符号开启瓦特表面板进行设定，如附图1-6所示．

示波器（Oscilloscope）：示波器是电类相关实验中最主要的测量仪器，Multisim 2001所提供的示波器的功能及各项指标均远高于我们所见到的真实示波器．示波器信号波形显示的颜色由A、B两端点的连线颜色决定，在使用之前，需要双击符号开启示波器面板进行设定和观察，如附图1-7所示．

附图1-6　瓦特表面板(www.xing528.com)

附图1-7　示波器面板

波特图图示仪（Bode Plotter）：波特图图示仪是一种测量、显示幅频和相频特性曲线的仪表，是交流分析的重要工具，可以用来替代实际电路测量中常用的扫频仪等仪器．应该注意在使用波特图图示仪时必须在系统的信号输入端连接一个交流信号源或函数信号发生器，此信号源由波特图图示仪自行控制不需要设置．在使用之前，需要双击符号开启波特图图示仪面板进行设定和观察，如附图1-8所示．

附图1-8　波特图图示仪面板

字信号发生器（Word Generator）：字信号发生器是Multisim 2001数字电路实验中用来产生逻辑信号的测试信号源．字信号发生器内有一个最大可达0400H的可编程32位数据区，可以根据数据区中的数据按一定的触发方式、速度、循环方式等向外发送32位逻辑信号．在使用之前，需要双击符号开启波特图图示仪面板进行设定和观察，如附图1-9所示．

逻辑分析仪（Logic Analyzer）：逻辑分析仪是数字电路实验中非常有效的测试仪器，Multisim 2001所提供的逻辑分析仪可以同时测量和分析16路逻辑信号．在逻辑分析仪左边有16个端点，即1～16逻辑信号输入端，可以连接至测试电路的输出端，下面还有3个端点，即外部时钟信号输入端C、时钟控制信号输入端Q、触发控制信号输入端T．在使用逻辑分析仪之前，需要先双击逻辑分析仪符号开启逻辑分析仪面板进行设定和观察，如附图1-10所示．

附图图1-9　字信号发生器面板

附图1-10　逻辑分析仪面板

逻辑转换器（Logic Converter）：逻辑转换器是Multisim 2001特有的数字虚拟仪器，使用逻辑转换器将使逻辑电路设计更容易方便．逻辑转换器符号左边有A～H共8个端点连接逻辑电路输入端，右边有1个端点连接逻辑电路输出端．在使用逻辑转换器前，需要先双击逻辑转换器开启逻辑转换器面板输入数据和选择功能，如附图1-11所示．

失真度分析仪（Distortion Analyzer）：失真度分析仪是模拟电路实验中测量信号失真度的仪表，常用于测量小失真度低频信号，Multisim 2001提供的失真度分析仪频率范围为20 Hz～20 k Hz．失真度分析仪只有一个端点连接电路测试点，在使用之前，需要先双击失真度分析仪符号开启失真度分析仪面板进行设定和观察，如附图1-12所示．

附图1-11　逻辑转换器面板

附图1-12　失真度分析仪面板

频谱分析仪（Spectrum Analyzer）：是用来对信号进行频域分析的仪器．频谱分析仪的主要功能在于测量输入信号的强度与频率，广泛用于测量调制波的频谱、正弦信号的纯度和稳定性、放大器的非线性失真、信号分析与故障诊断等许多方面．Multisim 2001提供的频谱分析频率上限可达4 GHz．频谱分析仪只有两个端点，端点IN连接电路测试点，端点T连接外触发信号．在使用之前，需要先双击频谱分析仪符号开启频谱分析仪面板进行设定和观察，如附图1-13所示．

附图1-13　频谱分析仪面板

网络分析仪（Network Analyzer）：网络分析仪是一种用来分析电路中双端网络的仪器，它可以测量电子电路及元件的特性，如衰减速器、放大器、混频器、功率分配器等．通过测量电路网络，我们可以了解所设计的电路或元件是否符合规格，如滤波器是否可以滤掉我们不要的谐波？放大是否把我们要放大的信号放大？Multisim 2001提供的网络分析仪可以测量电路的S参数并计算出H、Y、Z参数．网络分析仪只有两个端点，端点IN连接电路测试点，端点T连接外触发信号．Multisim 2001提供的网络分析仪的功能和操作与HP的真实网络分析仪很接近，在使用前，需要先双击网络分析仪符号开启网络分析仪面板进行设定和观察，如附图1-14所示．

附图1-14　网络分析仪面板

3.Multisim 2001在电路仿真中的应用

实验　共射极单管放大器（模拟电路）

一、实验目的

（1）熟悉Multisim 2001仿真软件的使用方法．

（2）学会放大器静态工作点的调试方法及掌握其对放大性能的影响．

（3）掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输入电压的测试方法．

（4）学习放大器的动态性能．

二、实验仿真电路和仿真结果

仿真电路图如附图1-15所示，在调试好静态工作点后，再在放大器输入端加入频率为1 k Hz的正弦信号ui，调节函数信号发生器使ui=10 m V，在波形不失真的条件下的仿真结果如附图1-16所示．

附图1-15　共射极单管放大器电路图

附图1-16　共射极单管放大器仿真结果