第4章 Multisim14仿真软件入门 4.常用仿真软件的比较 1 电子电路仿真技术,通常意义上而言,主要是将电子器件及电路模块用数学模型的方 式表达出来,而后再通过精确的数值分析,最终精准地把握电路的实际工作状态。电子电 路仿真软件具有海量而齐全的电子元器件库和先进的虚拟仪器、仪表,十分方便进行仿真 与测试;仿真电路连接简单、快捷、智能化,不需要焊接,使用仪器调试不用担心损坏,可以 大幅减少设计时间及成本,还可以进行多种精确而复杂的电路分析。因此,电子电路仿真 软件技术的应用大大推动了电子技术应用开发进程。电子电路仿真技术也是当今相关专 业工作者及学习者必须掌握的技术之一。随着电子电路仿真技术的不断发展,许多公司 推出了各种功能先进、性能强劲的电子电路仿真软件。目前主要有以下几款主流的电子 电路仿真软件。 4.1.1　Altium Designer AltiumDesigner继承了Protel99SE 、ProtelDXP的功能和优点,全面集成了现场 可编程门阵列(fieldprogrammablegatearay,FPGA)设计功能和可编程片上系统 (systemonprogrammablechip,SOPC)设计实现功能,主要用于原理图设计、电路仿真、 印制电路板(printed-circuitboard,PCB)绘制编辑等。AltiumDesigner的缺点是对复杂 板的设计不及Cadence。 4.1.2　TINA TINA的界面简单直观,元器件不算多,但是分类很好,而且德州仪器(Texas Instruments,TI)公司的元器件相对齐全。在比赛时经常用到TI公司的元器件,当 Multisim找不到对应的器件时,就会用TINA来仿真。 TINA的缺点是功能相对较少,对TI公司之外的元器件支持较少。 4.1.3　Proteus Proteus作为一款集电路仿真、PCB设计、单片机仿真于一体的软件,它的动态仿真 是基于帧和动画的,因而提供了很好的实时显示视觉效果。Proteus支持单片机汇编语 言的编辑、编译、源码级仿真,内带8051单片机、AVR单片机、PIC(PeripheralInterface Controler)的汇编语言编译器,也可以与第三方编译环境(如IAR 、Keil和HighTech)结 合,进行高级语言的源码级仿真和调试。Proteus的缺点是在电路的数据计算方面存在 不足。 4.1.4　Cadence Cadence收购并整合了PSpice的功能,涵盖了电子设计的整个流程,包括系统级设 计,功能验证,模拟信号、全定制IC设计, IC综合级布局布线, 混合信号及射频IC设计, IC物理验证,PCB设计和硬件仿真建模等。Cadence是复杂EDA设计的首选。 Cadence的缺点是操作较为复杂,比较适合复杂板的开发。 4.1.5　MATLAB 仿真工具包Simulink Simulink是MATLAB软件工具包中最重要的功能模块之一,是交互式、模块化的建 模和仿真动态分析系统。在电力电子领域,通常利用Simulink建立的电力电子装置的简 化模型组成系统进行控制器的设计和仿真。其数据处理十分有效、精细,运行速度较快, 但主要是对理想模型的仿真。 4.1.6　Multisim 在模拟电子技术、数字电子技术的复杂电路虚拟仿真方面,Multisim的效果表现良 好。它有形象化的、极其真实的虚拟仪器,无论是界面外观还是内在功能,都达到了很高 水平。它有专业的界面和分类,具备强大而复杂的功能,在数据的计算特别是模拟电路方 面极其准确。同时,Multisim不仅支持微控制单元(microcontrolerunit,MCU),还支持 汇编语言和C语言为单片机写入程序,并有与之配套的制版软件Ultiboard,可以提供从 电路设计到制版的一条龙服务。 4.2 NIMultisim14软件简介 NIMultisim14是美国国家仪器有限公司(NationalInstruments,NI)推出的以 Windows系统为基础的、符合工业标准的、具有SPICE仿真模型的电路设计套件。该电 路设计套件含有NIMultisim14和UItiboard14两个软件,能够实现电路原理图的图形 输入、电路硬件描述语言输入、电子线路和单片机仿真、虚拟仪器测试、多种性能分析、 PCB布局布线和基本机械CAD设计等功能。本章主要介绍NIMultisim14 。 NIMultisim14电路仿真软件可追溯到20世纪80年代末,加拿大图像交互技术公 司(neatvmaehoois,推出的一款专门用于电子线路仿真的虚拟电子 ItrcieIgeTcnlgeIT) 105 工作平台(electronicsworkbench,EWB),它可以对数字电路、模拟电路及模拟/数字混合 电路进行仿真,克服了传统电子产品设计受实验室客观条件限制的局限性,能够用虚拟元 件搭建电路,用虚拟仪表进行元件参数和电路性能的测试。1996年推出EWB5. 0版本, 由于其操作界面直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点,在我国高等院校得 到迅速推广,也受到电子行业技术人员的青睐。 在EWB5. IT公司对EWB进行升级, 0版本后,将专门用于电子电路仿真的模块更 名为Multisim,将原 IT公司的PCB制版软件ElectronicsWorkbenchLayout更名为 Ultiboard。为了增强其布线能力,开发了Ultiboard布线引擎,还推出了用于通信系统的 仿真软件Commsim。至此,Multisim、Ultiboard、Ultiroute和Commsim构成EWB的基 本组成部分,能够完成从系统仿真、电路仿真到电路版图生成的全过程。其中最具特色的 是电路仿真软件Multisim。 2003年, IT公司又对Multisim2001进行了较大的改进,升级为Multisim7,提供了 19种虚拟仪器,尤其增加了3D元件及万用表、示波器、函数信号发生器等仿实物的虚拟 仪表,将电路仿真分析增加到19种,元件增加到13000个;提供了专门用于射频电路仿 真的元件模型库和仪表,以此搭建射频电路并进行实验,提高了射频电路仿真的准确性。 随后推出的Multisim8,增加了虚拟示波器,仿真速度有了进一步提高,而仿真界面、虚拟 仪表和分析功能都变化不大。 2005年以后, IT公司隶属于NI公司,于2005年12月推出Multisim9,其仿真界 面、元件调用方式、搭建电路、虚拟仿真、电路分析等方面没有很大改变,但软件的内容和 功能有了很大不同,将NI公司的LabVIEW仪表融入了Multisim9,从而可以将实际输 入输出(inu/upt,/O) liim9, lii ptotuI设备接入Muts克服了原Mutsm软件不能采集实际 数据的缺陷。Multisim9可以与LabVIEW软件交换数据,调用LabVIEW虚拟仪表,增 加了51系列和PIC系列的单片机仿真功能,以及交通灯、传送带、显示终端等高级外部 设备元件。 rcuitDesignSuite NI公司于2007年8月发行NI系列电子电路设计套件(NICi10),该套件含有电路仿真软件NIMultisim10和PCB制作软件NIUltiboard10软件。 安装NIMultisim10时,会同时安装NIUltiboard10,且两个软件位于同一路径下,给用 户使用带来极大的方便。该套件增加了交互部件鼠标的单击控制,虚拟电子实验室虚拟 仪表套件(NIELVISⅡ )、电流探针、单片机的C语言编程及6个NIELVIS仪表。 2010年初,NI公司正式推出NIMultisim11 。该版本新增了550多种元器件,使元 件总数达到了17000余种,提升了可编程逻辑器件(programmablelogicdevice,PLD)原 理图设计仿真与硬件实现一体化融合的性能。通过安装NIELVISmx驱动软件4.3及 2. 以上版本,用户可以访问一个新的NIELVIS仪器———波特图分析仪,可以帮助学生分析 其实际电路。该版本还新增100多种新型基本元器件,搭接电路后可直接生成超高速集 成电路硬件描述语言(VHSIChardwaredescriptionlanguage,VHDL)代码。为了帮助用 户熟悉仿真软件的使用,NIMultisim11自身携带了大量的实例,用户可以通过关键词或 带有逻辑性的文件夹搜索所有范例,提高了Multisim原理图与Ultiboard布线之间的设 计同步性与完整性。 106 2012 年3月,NI 公司正式推出NIMultisim12,添加了新的SPICE 仿真模型, LabVIEW 和Multisim结合得更加紧密,虚拟仪表和实际仪表面板完全相同,能动态交 互和显示。2013 年12 月,NI 公司正式推出NIMultisim13,2015 年4月NI 公司推出NI Muliim14, liim14.其主要特点如下。 ts本书采用的版本是2022 年4月发布的NIMuts3, (3提供良好的电路仿真体验,无论是模拟电路还是数字电路,用户 1)Multisim14. 都可以利用集成的示波器、函数发生器、信号发生器等工具对电路进行全面而精确的仿真 分析。 (2)软件内置13 个行业标准库,涵盖基本元件、运算放大器、模拟和数字器件、传感 器等多种元件。此外,用户还可以通过NI 官方网站下载更多元件,进一步扩展Multisim 3的功能与应用范围。 14. (3)Muts3不仅能够验证电路设计是否满足特定的性能要求, liim14.如预期的增益 或幅度响应,还提供了设计自动化功能,可以帮助用户快速设计和验证原型电路,确保性 能达标 4) 。 Multisim14. (3能够应对大型和复杂电路的模拟需求,支持多次仿真,便于用户 比较不同的设计方案。同时,它还支持多线程技术,可以利用多核处理器提升仿真效率。 (5)在仿真过程中,Mu3能够实时显示电路的运行状态,并提供了多种可 ltisim14. 视化工具,如波形图、频谱图、波特图等,帮助了解电路的性能指标。 (6)对于学生和教师,Mu3提供了丰富的学习工具,包括交互式电路实验、 ltisim14. 电路故障诊断、自动检查和教学示例等。它还支持保存和导出仿真数据,为学生撰写实验 报告提供便利。 4.IMlii4的安装 3 Nutsm1 使用NIMultisim14 软件之前,首先要下载、安装NIMultisim14 软件。 4.3.1　NI Multisim 14 软件的下载 (1)进入NI 网站(www.ic的程序下载页面,1所示。 n.om) 如图4. (2)在图4.1的搜索栏中输入NIMultisim,可以找到Multisim的下载位置,如图4.2 所示。 (3)单击“ lii链接,3所示的版本选择页面, 下载Mutsm” 弹出图4.在版本下拉列表框 中选择14.单击选中“ 单选按钮。 3选项, 教学版” 4所示。 (4)然后单击页面右下方的“下载”按钮,会弹出注册登录页面,如图4. (5)注册完成后, ackageManager下载页面,5所示。 会弹出NIP如图4. (6)单击“ 按钮下载NIPcangr, 如图4. 下一步” akgeMaae弹出许可协议页面,6所 示,单击选中“我接受上述2条许可协议。单(”) 选按钮,单击“下一步”按钮。 (7)随即弹出图4.再次单击“ 按钮,弹出检查对话框, 7所示的同意对话框, 下一步” 与同意对话框相似,继续单击“下一步”按钮。 107 图4. m 搜索页面 1 NIMultisi 图4.搜索到NIMum 的页面 2 ltisi 108 图4. m 版本选择页面 3 NIMultisi 图4.注册登录页面 4 109 图4.ggr下载页面 5 NIPackaeManae 图4.ggr许可协议页面 6 NIPackaeManae 110 图4.ggr同意对话框 7 NIPackaeMane (8)弹出对话框进行NIPackageManager安装并显示其安装进程直至安装完毕,如 图4. 8所示。 图4.ggr安装对话框 8 NIPackaeManae 111 (9)NIPackageManager安装完毕后,会弹出CircuitDesign(电路设计)套件安装对 话框,如图4.安装过程与以上NIPackageManage这里不再 9所示,r安装过程类似, 赘述。 图4.gn套件安装对话框 9 CircuitDesi (10)安装完毕后,用户可以选择“开始”→“最近添加”3和NI →NIMultisim14.3选项进行访问,可以拖动NIMu3至桌面生成Mum图标,如 Ultiboard14.ltisim14.ltisi 图4. 10 所示。 图4. m 桌面图标 10 Multisi 4.3.2　NI Multisim 14.3 的安装环境 NIMuliim14.now-it、WidsSre-it、Wids ts3可以在Wids1064bnowevr201664bnowServer201964-bit中安装。 4.4 NIMultisim14的基本使用方法 Multisim14 的主窗口包括标题栏、菜单栏、工具栏、项目管理区、电路绘制区、虚拟仪 器栏及结果数据区七大部分菜单栏,如图4. 11 所示。 112 图4.im14 主窗口 11 Multis 1. 标题栏 显示当前打开软件的名称及当前文件的路径、名称。 2. 菜单栏 菜单栏提供了各类命令,如图4.ndows系统其他应 12 所示。其使用方法等同于Wi 用软件。 图4.im14 菜单栏 12 Multis 这里介绍以下简单的电路常用命令的含义。 (1)Place(绘制)。绘制电路时,根据设计需要,向电路设计区放置元器件、节点、总 线、说明文字、标题、模块电路、多图电路等。 (2)Simulate(仿真)。Run(启动仿真功能)、Intruments(放置各种虚拟仪器)、 Analyses(选择仿真项目)、Seting(设置仿真参数)等。 (3)Transfer(转移)。主要用于将仿真通过的电路转换为PCB 所需的文件。 (4)Tools(工具)。数据库操作、标准电路生成、元器件重命名和替换、电路检测工具 及一些编辑器工具等。 (5)Reports(生成报表)。生成与电路相关的各种报表,如主要的元器件清单,可以 将其存为文本文件。 113