第五章_仿真世界里的电子元器件

第五章仿真世界里的电子元器件

5.1 仿真概述

随着数字计算机的发展，“仿真”这个词越来越受到业界的青睐。何谓仿真啊，实际上在计算机领域，“仿真”一般都是指的“仿真软件”，仿真软件（英文simulation software）就是专门用于仿真的计算机软件。它是从50年代中期开始发展起来的。它的发展与仿真应用、算法、计算机和建模等技术的发展相辅相成。1984年出现了第一个以数据库为核心的仿真软件系统，此后又出现采用人工智能技术（专家系统）的仿真软件系统。这个发展趋势将使仿真软件具有更强、更灵活的功能、能面向更广泛的用户。

举一个接地气的例子，比如我们想要搭建一个硬件电路实现某个特定功能。在正式搭建电路之前，我们就可以通过电脑的仿真软件（比如PSPICE、Multisim等），利用其中集成好的虚拟器件，搭建起一个虚拟的电路来，然后运行电路，看一看电路是否能达到我们预想的效果，如果成功了再使用真正的硬件搭建电路。所以仿真的一个非常重要的作用就是验证电路原理正确与否。

更牛的是，有些仿真软件还能仿真单片机的功能，还有仿真FPGA的，还有仿真声学传播，光学传播的等等。向这些开发者们致以崇高的敬意吧！在这一章，我们将学习到两个非常重要的仿真软件，一个是电路仿真软件Multisim，一个是单片机仿真软件Proteus。编写这一章的时候，我们的宗旨就是让您快速掌握Multisim和Proteus的使用，所以在写的时候尽量做到了取舍得当，选取案例的时候也是尽量做到典型而又容易理解。在您学习的时候试着体会一下作者的用心吧。

5.2 基于Multisim的电路仿真

电路仿真，就是利用软件把电子元器件和电路模块用图形化模型的方式展示，配合数学模型和数值分析方法实现电路的功能模拟和特性分析，它的目的就是验证电路设计方案的正确性、优化电路设计、模拟测试电路性能等。它能在设计前期验证模型的正确性，提早发现设计中可能存在的缺陷，从而节省设计成本，另外，它还可以进行传统方法难以进行或无法进行的蒙特卡罗分析、噪声分析等，进一步提高电路设计的性能。在现代电子电路设计中，电路仿真已经成为了必须环节。

目前比较流行的电路仿真软件有这么几种。

（1）PSPICE电路仿真软件。

（2）Multisim（前身为Electronics Workbench，也就是传说中的EWB）电路设计仿真软件，它主要以各种虚拟仪器来实现对电路的仿真。

（3）TINA电路设计、分析仿真软件，其界面和仿真方法和Multisim相似，令大家欣喜的是，它有中文版产品，这在同类产品中十分难得，嗯。

（4）System View电子系统仿真软件。

（5）Protel 99、AltiumDesigner电路仿真与分析功能。

这一节，我们以Multisim为例，利用两个经典案例来体会电路仿真的功能与意义。

5.2.1 Multisim简介

Multisim是NI公司推出的一款仿真工具，它是由加拿大IIT公司在EWB基础上推出的电子电路仿真软件，后来IIT公司就被美国国家仪器（National Instruments，NI）收购了，它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，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，可以实现虚拟的器件建模、电路设计、电路功能测试等防真功能，我们可以虚拟设计测试和演示各种电子电路( 模拟电路、数字电路等)，能够进行详细的电路分析功能，在不需要消耗实际硬件的前提下，很方便地把理论知识用计算机仿真再现出来。简而言之，Multisim就是一个虚拟的实验室。

5.2.2安装注意事项

在网上下载一个Multisim10.0的安装包按照提示安装即可，以下是安装时的注意事项。

（1）为了防止软件自动升级导致破解版本不能再用，安装时建议不安装第一项。

（2）安装时请选择Education Edition版本，这个版本元件含有3D模式（即以实物在电路中显示）

（3）安装时请选择Education Edition版本，这个版本元件含有3D模式（即以实物在电路中显示）

5.2.3界面的介绍

直接打开Multisim后自动生成一个新的电路文件，出现下图所示的主窗口

屏幕中央区域最大的窗口就是电路窗口，在电路窗口上可将各种电子元器件和测试仪器仪表连接成实验电路。电路窗口左边是元器件栏，右侧是仪表工具兰。元器件栏有着各种电子元器件，仪表栏有着各种仪器仪表，用鼠标可以直接从元器件和仪表栏中拖取所需的各种元器件及仪表到电路窗口。电路最上方是菜单栏、工具栏。从菜单栏可以选择完成实验所需的各种命令。标准工具栏包含了常用的操作命令按钮，可以自行设置标准工具栏显示的内容。按下电路工作窗口的上方的“启动／停止”开关或“暂停／恢复”按钮可以方便地控制实验的进程。

下面我们具体介绍一下标准工具栏、元器件栏、仪表工具以及电路窗口的基本功能. （1）标准工具栏

Multisim的标准工具栏如图所示。

标准工具栏中包含了菜单栏中各个菜单中常用的命令，如新建、打开、保存、打印、剪切、复制、撤销、重做、粘贴、旋转、全屏、放大、缩小、电子表、数据库管理、后处理、运行、暂停、停止、电源开关等一系列常用命令，我们可以右击鼠标，来选择在工具栏中显示的常用菜单，我们在应用软件的时候会慢慢熟悉各个命令的位置，这有助于我们快速方便地进行试验。

（2）元器件栏

元器件栏如图所示，左侧为实际元器件库，用鼠标左键单击元器件库栏的某一个图标即可打开该元件库。右侧为虚拟（理想）元件库，打开方式和实际元件库打开方式相同。其中的虚拟元器件的参数是可以任意设置的，非虚拟元器件的参数是不可更改的。元器件库中的各个图标所表示的元器件含义如下面所示。