Multisim 11 完整教程

第一部分：初识 Multisim 11

什么是 Multisim 11？

Multisim 是美国国家仪器公司推出的一款功能强大的电子电路仿真软件，Multisim 11 是一个经典版本，它集成了电路原理图设计、元器件仿真、虚拟仪器测量、分析功能以及后续的 PCB 设计（通过配套的 Ultiboard）于一体。

核心优势：

• 虚拟原型： 在实际焊接和搭建电路之前，在计算机上完成电路的设计、测试和验证,大大节省了时间和成本。
• 丰富的元器件库： 包含数万种真实元器件的模型，从基本的电阻、电容到复杂的微控制器、FPGA 等。
• 强大的虚拟仪器： 提供了如示波器、万用表、函数发生器、频谱分析仪等与现实世界仪器操作方式相同的虚拟工具。
• 直观易用： 图形化界面，拖拽操作,上手快。

Multisim 11 的启动与工作界面

启动 Multisim 11 后,你会看到以下主要工作区域：

• 菜单栏: 包含所有命令，如 File (文件), Edit (编辑), Place (放置), Simulate (仿真), Transfer (传输) 等。
• 标准工具栏: 常用命令的快捷图标，如新建、打开、保存、缩放等。
• 视图工具栏: 用于控制电路图的显示和缩放。
• 主工具栏: 核心功能的快捷图标，如设计工具箱、元器件库、仿真运行/停止等。
• 元器件工具栏: 这是最常用的工具栏，分类罗列了所有可以使用的电子元器件。
  • Sources (电源): 电压源、电流源、地等。
  • Basic (基本元件): 电阻、电容、电感、开关、连接器等。
  • Diodes (二极管): 普通二极管、稳压管、发光二极管等。
  • Transistors (晶体管): BJT、MOSFET、JFET 等。
  • TTL / CMOS: 逻辑门电路、触发器、计数器等数字集成电路。
  • Mixed Components (混合元件): 模拟集成电路、定时器、ADC/DAC 等。
  • Indicators (指示器): 电压表、电流表、LED、七段数码管、蜂鸣器等。
  • Power Components (功率组件): 电机、变压器、保险丝等。
  • Miscellaneous (杂项): 晶体、保险丝、传感器等。
  • RF Components (射频元件): 传输线、混频器、放大器等。
  • Electromechanical (机电元件): 继电器、开关、电机等。
• 仿真开关: 绿色的“Play”按钮开始仿真，红色的“Stop”按钮停止仿真，蓝色的“Pause”按钮暂停仿真。
• 设计工具箱: 类似于 Windows 的资源管理器,显示当前项目下的所有电路图纸和层次。
• 电路设计窗口: 你在这里绘制电路图的核心区域。
• spreadsheet view (电子数据表视图): 显示电路中所有元器件的详细参数,可以直接在这里修改。
• 虚拟仪器工具栏: 提供各种虚拟仪器，如万用表、示波器、函数发生器等。

第二部分：第一个电路仿真 - LED 闪烁灯

让我们通过一个最简单的例子来熟悉 Multisim 的操作流程。

目标： 搭建一个由 555 定时器控制的 LED 闪烁电路。

步骤 1：创建新电路图

• 点击菜单栏 File -> New (或直接点击标准工具栏的新建图标),打开一个空白电路图设计窗口。

步骤 2：放置元器件

1. 放置电源和地:

   • 点击元器件工具栏的 Sources。
   • 在弹出的对话框中，选择 POWER_SOURCES 组。
   • 找到 VCC (直流电压源) 和 GROUND (地)，点击 OK，然后在电路图窗口中点击放置它们，放置后，可以双击 VCC 图标，将其值修改为 5V。

2. 放置 555 定时器:

   • 点击元器件工具栏的 Mixed Components。
   • 选择 TIMER 组。
   • 找到 555，点击 OK 并放置在电路图上。

3. 放置电阻和电容:

   • 点击元器件工具栏的 Basic。
   • 选择 RESISTOR 组，找到两个电阻（1k 和 10k）并放置。
   • 选择 CAPACITOR 组，找到两个电容（10uF 和 01uF）并放置。

4. 放置 LED 和限流电阻:

   • 点击元器件工具栏的 Diodes，选择 LED,放置一个发光二极管。
   • 再点击 Basic，放置一个 330 的电阻作为 LED 的限流电阻。

5. 放置虚拟仪器 - 示波器:

   • 点击虚拟仪器工具栏的 Oscilloscope (示波器) 图标,在电路图上放置一台示波器。

步骤 3：连接电路

• 使用鼠标，将光标移动到元器件的引脚上，光标会变成一个带十字的圆圈 。
• 点击鼠标左键，开始画线，拖动鼠标到另一个需要连接的引脚或导线上，再次点击鼠标左键,完成一段连接。
• 提示： Multisim 会自动在导线拐角处添加节点，要删除一段导线，只需用鼠标点击选中它，然后按 Delete 键。

连接好的电路图大致如下：

• 关键连接：
  • VCC (5V) 连接到 555 的 Pin 8 (VCC) 和 Pin 4 (Reset)。
  • GND 连接到 555 的 Pin 1 (GND)、电容 C1 (10uF) 的负极和 C2 (0.01uF) 的另一端。
  • 示波器的 A 通道连接到 555 的 Pin 3 (Output)，GND 端连接到电路的 GND。

步骤 4：设置元器件参数

• 双击任何一个元器件,都会弹出其属性对话框。
• 在这里可以修改其 值、、容差 等参数，双击 1k 电阻，可以将其标签改为 R1，值保持 1k。

步骤 5：运行仿真

• 检查电路连接无误后，点击仿真开关区域的 Run (绿色播放按钮)。
• 电路开始仿真，你应该能看到电路图中的 LED 开始闪烁。
• 双击示波器图标，打开示波器面板，你应该能看到清晰的方波输出，其频率和占空比由 R1, R2, C1 的值决定。

步骤 6：分析结果与停止仿真

• 观察示波器上的波形，可以测量其高电平时间、低电平时间和频率,验证是否与理论计算值相符。
• 分析完毕后，点击 Stop (红色方块按钮) 停止仿真。

恭喜！ 你已经成功完成了你的第一个 Multisim 电路仿真！

第三部分：核心功能详解

常用虚拟仪器使用

• 万用表:
  • 可以测量交/直流电压、电流和电阻。
  • 使用前需在仪器面板上选择正确的测量功能和档位（自动或手动）。
• 函数发生器:
  • 可以产生正弦波、方波、三角波。
  • 可以设置频率、幅值、占空比和偏移量。
  • 有三个输出端子： (正极)、COM (公共端)、 (负极)。
• 示波器:
  • 双通道,可以同时观察两个信号。
  • 可以调节 Timebase (时基) 来改变波形的水平缩放，调节 Channel A/B (通道A/B) 的 Scale (伏/格) 来改变垂直缩放。
  • 使用 Measure (测量) 功能可以自动读取波形的频率、峰峰值、有效值等参数。
• 波特图仪:
  • 用于测量电路的频率响应,即幅频特性和相频特性。
  • IN 端接电路的输入，OUT 端接电路的输出,需要配合一个交流信号源使用。

电路分析功能

Multisim 不仅仅是“搭个灯亮一下”，它的强大之处在于各种强大的分析功能，在菜单栏 Simulate -> Analyses 中可以找到。

• 直流工作点分析:
  • 用途： 计算电路在直流电源激励下,各节点的电压和各支路的电流。
  • 操作： Simulate -> Analyses -> DC Operating Point -> 设置要分析的节点 -> Run,结果会以表格形式显示。
• 瞬态分析:
  • 用途： 观察电路中某个节点电压或支路电流随时间变化的波形，这就像一个“虚拟示波器”,但可以同时观察多个点。
  • 操作： Simulate -> Analyses -> Transient Analysis -> 设置分析起始/结束时间 -> Run,结果会以图形显示。
• 交流分析:
  • 用途： 与波特图仪功能类似,分析电路在不同频率下的交流响应。
  • 操作： Simulate -> Analyses -> AC Analysis -> 设置扫描频率范围 -> Run。
• 参数扫描分析:
  • 用途： 当你想知道某个元器件（如电阻值）的变化对电路性能（如输出电压）有何影响时,这个分析非常有用。
  • 操作： Simulate -> Analyses -> Parameter Sweep -> 选择要扫描的元器件及其变化范围/步进 -> 选择分析类型（如瞬态分析）-> Run。

第四部分：进阶技巧与提示

1. 使用总线: 对于复杂的数字电路或有很多并行连接的电路，使用总线可以极大简化连线。Place -> Bus，然后通过网络标签 将导线连接到总线上。
2. 使用子电路: 将一个复杂的电路模块打包成一个“黑匣子”（子电路），可以简化顶层电路的设计。Place -> Subcircuit。
3. 虚拟 vs. 真实: Multisim 中的元器件分为“虚拟”和“真实”。
   • 虚拟: 模型简单，参数可任意修改,适合快速原理验证。
   • 真实: 基于真实制造商的元器件数据，模型更精确，参数固定，适合更接近实际的仿真,尽量使用真实元器件。
4. 电路注释: 使用 Place -> Text 和 Place -> Graphic Annotation 工具为你的电路图添加说明、标题框等，使其更专业、更易读。
5. 错误检查: 在运行仿真前，可以使用 Simulate -> Run Error Log / Clear Error Log 来检查电路连接中可能存在的错误（如悬空引脚、短路等）。

第五部分：资源与总结

Multisim 11 是一个功能强大且相对容易上手的EDA工具，掌握它的关键在于 “多练”，从简单的电路开始，逐步尝试更复杂的设计,并熟练运用虚拟仪器和分析工具来验证和优化你的设计。

学习资源推荐：

• 官方文档: NI 官网有关于 Multisim 的详细文档和手册。
• 视频教程: 在 YouTube、Bilibili 等视频网站上搜索 "Multisim 11 tutorial" 或 "Multisim 11 教程"，有大量视频教程可供学习,观看实际操作是学习软件最快的方式。
• 书籍: 可以寻找一些关于电路仿真或 EDA 技术的书籍，其中通常会包含 Multisim 的章节。

希望这份教程能帮助你顺利入门 Multisim 11,祝你学习愉快！