上篇 基于NI Multisim11的PLD的仿真设计
第1章 概述
1.1 NI Multisim11简介
使用NI Multisim，可以使学生融入学习氛围，通过动手实践巩固理论知识，还可以提供易于使用的交互式电路教学和学习环境。为教学目的而开发的NI Multisim包含多种特性，能协助教师授课，能为学生提供交互式学习环境从而查看和研究各种电路。
1．使用交互式电路仿真巩固理论知识
NI Multisim提供了一种易于使用的电路教学环境，使用了全交互式仿真器提取概括SPICE仿真的复杂特性，从而达到简化电路设计的目的。用户可以通过仿真实现电路概念而无须担心SPICE句法。NI Multisim让学生可以专注于理解电路概念，而不用为学习应用环境而烦恼。在NI Multisim中，学生可以在线修改电路值，然后查看实时仿真结果。通过仿真让学生探索“假设”情景，可以巩固学生在课堂或实验室学到的知识。NI Multisim 11软件界面如图1.1.1所示。
图1.1.1 NI Multisim11软件界面图
2．鼓励使用仿真驱动的仪器进行探索学习
使用NI Multisim，可以将仿真驱动的仪器用于电路图中，然后就可以像在硬件实验室中一样与电路进行交互；可以使用22种与真实仪器具有相同功能的虚拟仪器对电路进行测量、探测和故障排除工作，如图1.1.2所示，除了NI Multisim仪器套件外，通过使用仿真的Agilent或Tektronixy仪器可以教会学生如何使用这些公司的真实仪器。
图1.1.2 将仿真驱动的仪器用于电路图
3．使用20个功能强大的分析工具查看数据
使用NI Multisim提供的20个功能强大的分析工具（包括瞬态分析、噪音分析、Monte Carlo应用分析、最难案例分析、I-V分析器等），可以对电路特性进行深入分析，从而获得对电路特性的直观认识。学生可以探索不同的电路配置、元器件选择、噪声以及信号源如何影响电路的设计。使用NI Grapher可以对数据进行可视化操作，该工具可以用标签标注显示的数据，并可以将数据以不同文件格式导出或进行其他操作，如图1.1.3所示。
图1.1.3 数据查看功能
4．将仿真数据与NI Multisim内NI ELVIS提供的真实测量值进行比较
只需单击鼠标，即可从NI Multisim中的仿真电路跳转到真实物理电路。随着NI Multisim 10.1和NI教学实验室虚拟仪器套件II（NI ELVIS II）的发布，结合使用这些产品可以弥补理论和实际的差距，从而提供全新动手学习的方法。学生使用NI Multisim可以对理论概念进行仿真；使用NI ELVIS对电路进行原型化模拟；使用NI Multisim环境中的NI ELVIS图解与NI ELVIS虚拟仪器，可以将实际测量值与仿真测量值进行比较，如图1.1.4所示。
图1.1.4 数据比较功能
5．使用PLD图解简化数字电路的教学
通过对复杂的VHDL语言进行提取概括，使得硬件实现更加容易，从而使学生很容易融入数字电子电路的学习之中，同时通过动手实践来巩固理论学习。使用NI Multisim，学生可以捕捉并仿真可编程逻辑设备（PLD）图解中的数字电路，生成原始VHDL语言。将VDHL文件应用到现场可编程门阵列（FPGA）硬件中，例如NI数字电子FPGA板，可以很容易地实现仿真理论知识到真实的过渡，如图1.1.5所示。
6．部件应有尽有
部件库包含超过14000个部件，可以满足理论教学的需要。这些部件及特有部件被清楚地组织联系起来，查找方便。NI Multisim包含一些常用部件，包括领先制造商（如Analog Device、Linear Technologies、Microchip、National Semiconductor以及Texas Instruments）使用的符号、模型以及IPC标准连接盘图形，因而可以向学生介绍工业中使用的部件。
图1.1.5 使用PLD图解简化数字电路的教学
NI Multisim包含的特有部件列述如下：
● 交互式部件，如仿真运行时可以操作的开关和电位计。
● 动画部件，如可以按照仿真结果更改显示的LED和7段显示。
● 虚拟部件，允许用户设置任意参数，即便现实中并不存在使用该参数的部件。这对理论概念的演示特别有用。
● 额定部件在特定参数（比如功率或电流）超出额定值时会“熔断”，从而强化学生的学习。
● 3D部件使用看起来十分真实的图片来替代传统的图解符号，如图1.1.6所示。这有助于学生在引论部分能迅速理解图解和实际电路设计的差别。
图1.1.6 NI Multisim中的3D部件
7．为教学而设计的强大教学功能
NI Multisim围绕教学的需要而设计，其具有的教学特性简化了电路理念和电子的教学。对NI Multisim用户界面以及现有的仪器和分析工具进行自定义设置，可以让学生控制电路的部分显示和使用。控制电路给用户提供了许多强大的教学功能，包括可以控制的概念引入。从而使软件的复杂特性与学生的知识水平或课堂内容相匹配。用户还可以简便地给电路文件加入描述和图形，以便在实验室或自学环境中进一步阐述各种概念。此外，用户还可以创建和发布可反复使用的仿真文件，每个文件都包含完整的SPICE参数设置，以确保学生在逐渐熟悉仿真后可以成功完成布置给他们的任务。电路限制功能可以让教师在讲述故障排除技巧时设置隐藏故障，或者锁定并隐藏子电路以创建“黑盒求解”的问题。易于使用的电路规则检查功能具有可视化错误标记和“放大至错误点”的功能，有助于学生快速定位并更正接线错误，以免打击学生的自信心，同时这样也节约了宝贵的实验时间。此外，测量探针现在可以放置在电路的任何位置，从而可以使用动态电压和电流值对图解进行注释，如图1.1.7所示。
图1.1.7 教学功能
8．3D模拟实验板环境中的无风险原型
使用NI Multisim 3D模拟实验板环境（NI ELVIS I和NI ELVIS II系列），学生可以方便地找到硬件原型。在进入实验室前，学生可以在3D模拟实验板环境下建立自己的电路并进行实验，如图1.1.8所示。
9．使用NI LabVIEW进行自定义设置
通过LabVIEW的图形编程功能，NI Multisim能够引入自定义的虚拟仪器，从而延伸现有产品的仿真和分析能力。NI Multisim内的LabVIEW虚拟仪器可以用于演示难以理解的或复杂的概念，比如相量或电梯控制，如图1.1.9所示。因此，需要时可以使用LabVIEW工具创建或编辑LabVIEW虚拟仪器来达到目的。
此外，NI Multisim和LabVIEW还可以将仿真数据和测量数据的比较功能集成到工作平台内。这样，LabVIEW不仅可以从硬件收集测量数据，还可以接收NI Multisim的仿真输出数据。由于两组数据处在同一个界面下，因此比较和关联变得很简单。LabVIEW能够分析出硬件原型是怎样与仿真期望结果产生偏差的。
图1.1.8 NI Multisim中的3D模拟实验板环境
图1.1.9 LabVIEW仪器相量图
10．用于高级设计的专业功能
NI Multisim不仅是世界上使用最广泛的电子教学软件，而且还是专业电子设计自动化（EDA）市场上很受欢迎的一款工具。它的许多功能超出了很多学生的需要，可供高级课程设计、研究生工作或研究项目使用。
NI Multisim包含的专业功能包括：项目管理，强大的总线支持，分级和多层设计，印制电路板（PCB）布局的限制设计，功能强大的电子表格视图，可自动生成与用户指定参数相匹配电路的电路向导以及变量支持等等。NI Multisim的专业功能可以很容易地处理更复杂的设计，从而使学生能应对未来复杂工程的挑战。
11．NI Multisim版本比较
下面列出了从以前的Electronics Workbench 5到现在的NI Multisim 11.0所发生的变化。
（1）操作系统（如表1.1.1所示）。
表1.1.1 操作系统
（2）原理图捕捉（如表1.1.2所示）。
表1.1.2 原理图捕捉
（3）仿真（如表1.1.3所示）。
表1.1.3 仿真
