Multisim12.0元件库介绍与使用

任何一个电子仿真软件都有一个供仿真用的元器件数据库，即元件库。元件库中仿真元件数量的多少将直接影响该软件的适用范围，模型的质量则影响着设计结果的准确性。这一节将主要介绍Multisim12.0中元件库中与数字电子技术有关的内容。

1.电源库

电源库中共有62个电源器件，既可作为电路提供电能的功率电源，又可作为输入信号的信号源和接地端等。

1）功率电源

接地元件电压均为0V，为计算电子提供了一个参考点。如果需要，可以使用多个接地元件，所有连接到接地元件的端都表示同一个点，视为连接在一起。

（1）接地端。在电路中，“地”是一个公共参考点，电路中所有的电压都是相对于该点而言的电势差。Multisim支持多点接地系统，所以接地连线都直接连到了地平面上。

（2）数字接地端。在实际数字电路中，许多数字元件需要接上直流电源才能正常工作，而在原理图中并不直接表示出来。为了更接近于现实，Multisim在进行数字电路的Real仿真时，电路中的数字元件要接上示意性的电源，数字接地端是该电源的参考点。

注意：数字接地端只能用于含有数字元件的电路，通常不能与任何器件相接，仅示意性地放置于电路中。要接0V电位，还是用一般接地端。

（3）VCC电压源。VCC电压源是直流电压源的简化符号，常用于为数字元件提供电能或逻辑高电平。在使用时应注意：同一个电路只能有一个VCC；VCC用于为数字元件提供能源时，可示意性地放置于电路中，不必与任何器件相连。

（4）VDD电压源。VDD电压源与VCC基本相同，当为CMOS（complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体）器件提供直流电源进行Real仿真时，只能用VDD电压源。

（5）VSS电压源。为CMOS器件提供直流电源。

（6）VEE电压源。与数字接地端基本相同。

2）时钟电压源

时钟电压源。实质上是一个幅度、频率及占空比均可调节的方波发生器，常作为数字电路的时钟触发信号，其参数值在其属性对话框中设置，如图1.26所示。

图1.26　时钟电压源属性

3）时钟电流源

（1）直流电流源。这是一个理想直流电流源，与实际电源不同之处在于，使用时允许开路但电流值将降为0A。电流由该电源产生，其变化范围为mA到kA之间。

（2）时钟电流源。除输出电流外，其他与时钟电压源相同。

2.基本元件库

1）开关

（1）电流控制开关。用流过开关线圈的电流大小来控制开关动作。当电流大于输入电流时，开关闭合；当电流小于输出电流时，开关断开。可在其属性对话框中对这两个电流进行设置。注意输入电流应小于输出电流，否则开关不能闭合；输出电流最好也不为0，否则开关一经闭合后不易断开，如图1.27所示。

（2）单刀双掷开关。通过计算机键盘可以控制其通断状态。使用时，首先用鼠标从库中将该元件拖动至电子工作台，在其属性对话框中的“Key”文本框中输入一个字母（A～Z均可）作为该元件的代号。默认值设置为Space（空格键）。当改变开关的通断状态时，按该元件的代号字母键即可。

（3）单刀单掷开关。其设置方法与单刀双掷开关相同。

（4）封装的单掷开关。单刀单掷开关的封装使用，在使用时应注意封装的单掷开关有好多。若电路符号是一样的，则其后面的数字表示该封装中存在几个开关。

（5）开关包。有时在画数字电路时会用到很多开关，一个一个地画会比较麻烦，这时可使用开关包开关。开关打开为1，并保留未使用的开关在关闭位置。开关包后面的数字代表有几个开关，如图1.28所示。

图1.27　电流控制开关属性

图1.28　开关包开关示意图

2）普通电阻

电阻器是数字电路中经常用到的元件，它们的值可以自己调节，如图1.29所示。

3）上拉电阻

该元件用于提升它所连接电路的电压。它的一端连接到VCC（-5V），另一端连接到需要提升电压的逻辑电路，使该电路的电压水平接近于VCC即可。

4）封装电阻

封装电阻其实是多个电阻器并联封装在一个壳内。它的配置是可变的，主要取决于该封装的用途。封装电阻用于最小化PCB（printed-circuit board，印制电路板）设计中的占用空间。在一些应用中，噪声也是封装电阻的考虑因素之一。

图1.29　电阻属性

3.TTL元件库

TTL（transistor-transistor logic，晶体管-晶体管逻辑）元件库含有74系列的TTL数字集成逻辑器件，使用时要注意以下几点。

（1）74STD是标准型，74LS是低功耗肖特基型，使用时应根据具体要求选择。(www.xing528.com)

（2）有些器件是复合型结构，如7400N。在同一个封装中存在4个相互独立的二端与非门：A、B、C、D，选用时会弹出选择对话框。这4个二端与非门功能完全一样，可任意选取一个，如图1.30所示。

图1.30　7400N选择对话框

（3）同一个器件如有多种封装形式，如74LS1380和74LS138N，则当仅用于仿真分析时，可任意选取；当要把仿真结果传送给Ultiboard等软件进行PCB设计时，一定要区分选用。

（4）含有TTL数字器件的电路进行Real仿真时，电路窗口中要有数字电源符号和相应的数字接地端，通常VCC=5V。

（5）这些器件的逻辑关系可以参阅有关器件手册，也可以打开Multisim12.0的帮助文件，从中得到帮助。

（6）器件的某些电气参数，如上升延迟时间和下降延迟时间等，可以通过单击其属性对话框中的“Edit Model”按钮，从弹出的对话框中读取。

TTL元件库有以下两个系列。

（1）74STD系列是普通型集成电路，列表中显示7400N～7493N。

74系列元件使用普通的+5V电源，在4.75～5.25V范围内，都可以稳定地工作。74系列的任何输入端数字信号，高电平不能超过+5.5V，低电平不能低于-0.5V；正常工作的环境温度范围为0～70摄氏度；允许最差情况的直流噪声极限是400mV。一个标准的TTL输出通常能驱动10个TTL的输入端。

（2）74LS系列是低功耗肖特基型集成电路，列表中显示74LS00N～74LS93N。

为了不让晶体管饱和过深并减少存储时延，可在每个晶体管的基极和集电极之间连接一个肖特基二极管，并利用一个小电阻提高开关速度，同时减小电路的平均功耗，并且还利用达林顿管减少输出的上升时间。经过这些改进后，就形成了74S系列。如果把74S系列中添加的小电阻换成大电阻，便构成了74LS系列。这个大电阻能够减少电路功耗，但同时增加了开关时间。

元件功耗的大小读取方法如下：可以双击元件图标，在弹出的对话框中单击“Value”选项卡中的“Edit Component in DB”按钮，在弹出的“Component Properties”对话框中的“Electronic parameters”选项卡中读取，即可如图1.31所示。

图1.31　元件功耗的读取

4.CMOS元件库

CMOS元件库含有74系列和4XXX系列等的CMOS数字集成逻辑器件。CMOS系列元件与其他MOS系列元件相比较，具有速度快、功耗低的特点，使用时应注意如下几点。

（1）当电路窗口中出现CMOS数字IC（integrated circuit，集成电路）时，如要得到精确的仿真结果，必须在电路窗口内放置一个VDD电源符号，其数值大小根据CMOS要求来确定。同时还要放置一个数字接地符号，这样电路中的CMOS数字IC才能获取电源。

（2）当某种CMOS元件是复合封装或统一模型且有多个型号时，处理方式与TTL电路相同。

（3）这些器件的逻辑关系可查阅有关器件手册，也可查看Multisim12.0的帮助文件。

（4）5V、10V和15V的4XXX系列CMOS逻辑器件元件箱的图标都容易误认为是5V的图标，使用时应注意区分。

CMOS元件库包含如下几个系列：4XXX系列/5V系列CMOS逻辑器件、4XXX系列/10V系列CMOS逻辑器件、4XXX系列/15V系列CMOS逻辑器件、V74HC/2V系列低电压高速CMOS逻辑器件、V74HC/4V系列低电压高速CMOS逻辑器件、V74HC/6V系列低电压高速CMOS逻辑器件。另外，还包含一些简单功能的数字CMOS芯片，通常用于完成只需要单个简单门的设计中，它们是Tiny Logic/2V系列、Tiny Logic/4V系列、Tiny Logic/5V系列、Tiny Logic/6V系列。

5.指示器部件库

指示器部件库中包含8种可用来显示电路仿真结果的显示器件，Multisim称之为交互式元件。对于交互式元件，Multisim不允许用户型模型上进行修改，只能在其属性对话框中对某些参数进行设置。这里我们只介绍和数字电路相关的4种元件。

1）探针

探针相当于一个LED（light emitting diode，发光二极管），仅有一个端子，可将其连接到电路中的某个点。当该点电平达到高电平（即“1”，其门限值可在属性对话框中设置）时便发光指示，可用来显示数字电路中某点电平的状态。

2）灯泡

其工作电压及功率不可设置。额定电压（即显示在灯泡旁边的电压参数）对交流而言是指其最大值。当加在灯泡上的电压大于（不能等于）额定电压的50%至额定电压时，灯泡一边亮；而大于额定电压至150%额定电压值时，灯泡两边亮；而当外加电压超过电压150%额定电压值时，灯泡被烧坏。灯泡烧坏后不能恢复，只能选取新的灯泡。对直流而言，灯泡恒定发光；对交流而言，灯泡将闪烁发光。

3）虚拟灯泡

该部件相当于一个电阻元件，其工作电压及功率可由用户在其属性对话框中设置，如图1.32所示。烧坏后，若供电电压正常，它会自动恢复。其余与现实灯泡相同。

图1.32　虚拟灯泡属性

4）十六进制显示器

（1）带译码的七段数码显示器：有4条引脚线，从左到右分别对应4位二进制数的最高位到最低位，可显示0～F之间的16个数，如图1.33所示。

（2）不带译码的七段数码显示器：共阳数码管，显示器的每一段和引脚之间有意义对应的关系。在某一引脚上加上高电平，其对应的数码段就发光显示。如果要用七段数码显示器显示十进制数，需要有一个译码电路。注意：译码电路在TTL元件库，如图1.34所示。

图1.33　带译码的七段数码显示器

图1.34　七段数码显示器

（3）不带译码的七段数码显示器（K）：共阴数码管，引脚呈高电平，对应的段亮。使用时与共阳数码管一样。

在Multisim12.0元件库中还存在很多元件，由于篇幅有限，这一节只挑选了数字电子技术中使用到的元器件进行介绍。