Multisim 14仿真设计流程
用一个案例(模拟小信号放大及数字计数电路)来演示 Multisim 仿真大体流程,这个案例来自Multisim 软件自带 Samples,Multsim 也有对应的入门文档(Getting Started)。只要用户安装了Multsim 软件,就会有这样的一个工程在软件里,这样就不需要再四处搜索案例来学习。
执行菜单【File】→【Open samples…】即可弹出“打开文件”对话框,从中找到“Getting Started” 下的“Getting Started Final”(Final 为最终完成的仿真文件)打开即可。
此案例的难度与复杂度都不高,因为过于复杂的电路会让 Multisim 仿真初学者精力过于分散,难以从宏观上把握 Multisim 电路仿真设计流程。在这个案例中,我们对于 Multisim 软件的使用操作(如调用元器件、连接元器件、编辑参数、运行仿真)都会做尽量详细的描述,以期达到尽快让新手熟悉 Multisim 目的,这也是为更简要阐述后续案例打基础。
本书在行文时描述的 Multisim 步骤操作,均使用菜单方式,事实上,大多数操作可以直接使用工具栏上的快捷按钮,读者可自行熟悉,执行的结果与菜单操作都是一致的
1 电路原理
我们将要完成的仿真电路如下图所示:
2
一切不以原理为基础的仿真都是耍流氓,所以这里我们简要阐述一下原理:以 U4-741 运算放大
器为核心构成的同相比例放大器,对来自 V1 的交流信号进行放大(其中,R4 为可调电阻,可对放大
倍数进行调整)。放大后的信号,一路送入示波器进行观测,另一路作为时钟脉冲信号送入 U2-74LS190N(可预置同步 BCD 十进制加减法计数器)进行计数,计数结果输出为十进制,经 U3-74LS47N(BCD-七段数码管译码器)译码后驱动七段数码管进行数字显示。另外 U2-74LS190N 配置为
加法器,同时将行波时钟输出第 13 脚(RCO)驱动发光二极管。
左下区域有两个单刀双掷开关进行计数控制,S1 接到 U2 的第 4 脚(CTEN)计数使能控制引脚,低有效,当 S1 切换到接地(GND)时,计数才开始,否则计数停止;S2 接到 U2 的第 11 脚(LOAD),也是低有效,当 S2 切换到接地(GND)时,就把预置数(ABCD)赋给(Q A Q B Q C Q D),这里电路配置的(ABCD)都是接地(GND),因此相当于 S2 开关为清零功能。
右上区域还有三个旁路电路,左侧的插座与仿真没有关系。
新建仿真文件
1、首先我们打开 Multsim 软件,如下图所示,默认有一个名为 Design1 的空白文件已经打开在
工作台(WorkSpace)中。
2、这个名为“Design1”的文件是没有保存的,我们先将其保存起来,并将其重新命名。执行菜单【F ile】→【Save as】即可弹出如下图所示的“另存为”对话框,选择合适的路径,并将其命名为“MyGettingStarted”,最后点击“保存”即可
3
3、此时的主界面应如下图所示:可以看到之前为“Design1”的地方都已经被我们刚刚取的名称“MyGettingStarted”替换掉了
4放置元器件
仿真文件新建完成后,下一步应该将电路相关的元器件从器件库中调出来,这个案例涉及的器件
有点多,请读者耐心点。
下表为本电路中所有元器件在库中的位置,熟悉 Multisim 软件的读者可以直接根据表中信息进
行查找并调出相应的元器件。
如果是 Multisim 软件新手,可以一步步往下阅读:
1、执行菜单【Place】→【Component】即可打开“选择元器件”(Select a Component)对话框。首先如下图所示选择“ Indicators ” 组下“ HEX_DISPLAY ” 系列中的“SEVEN_SEG_DECIMAL_COM_A_BLUE”,再点击 OK 按钮即可。
5
2、此时元器件在光标上呈现为虚线等待用户确定放置的位置。在此过程中,如果元器件有必要进
行旋转或镜像等操作,可以使用通用的【Ctrl+R】、【Ctrl+X】、【Ctrl+Y】等快捷键
3、将光标移动到工作台的合适位置,再左键点击即可放置此元器件,可以看到,此元器件的标识符是U1。
4、我们继续放置“计数器电路”的其它元器件,如下图所示:
6
7
8
9
排阻默认值为 1k 欧姆,我们双击排阻元器件,即可弹出如下所示的对话框,将 Value 值改为 180 即
可 10
5、放置元器件的顺序不同时,元器件标记符可能有所不同,但这不会对仿真产生影响。完成后应如下图所示
LED1
R1
200Ω
R2
U2
U3
U1
15 A
QA 3 7 A OA 13 1 2 1 12 B QB B OB 10 6 2 11 C QC C OC 9
7
6
10 D
QD
D
OD 9
OE 4 3 15 CTEN
~LT OF 11 5 14
LOAD
~RBI OG
5 13 4
U/D RCO ~BI/RBO
12
14
MAX/MIN
CLK
74LS47N
74LS190N
GND
180Ω
6、放置计数控制部分的元器件如下图所示
11
S1
Key = Space
S2
Key = Space
GND
7、放置“模拟运算放大器”部分的元器件如下图所示:
12
VCC
7
5 1
3
2
741 4
V1
R3
1kHz
1kΩ
0°
13
U4
6
R4
50kΩ 50 % Key=A
8、放置“旁路电容”部分的元器件如下图所示:
14
C1C2C3
1μF10nF 100μF
GND
9、放置“插座”部分的元器件如下图所示:
15
VCC
J1
HDR1X4
GND
连接电路
所有的元器件都有用来连接其它元器件或仪器的引脚,与其它原理图或 PCB 设计工具不同的是,
连接操作不需要特殊的工具,只要你的光标放在元器件的某个引脚上方,光标就会变成十字准线,再
点击-移动-点击操作即可完成引脚的连接操作了。
1、将光标移动到电阻 R2 的下侧引脚上,此时光标将会变成上图所示的十字准线,点击后(放开)即有一根线粘在十字准线上,再移到 U2 的第 13 脚上再点击一下,此两个引脚之间的连接即完成了,如下图所示:
R2 200Ω
U2
15 A
QA 3
1 2
B QB 10 6
C QC 9
7
D
QD
4
11
5
RCO 13
14 CLK MAX/MIN
12
74LS190N
16
2、同理,将其它部分连接好,连接好后的“数字计数器”部分如下图所示:
VCC
VCC
LED1
U1
R1
200Ω
R2
U2
U3
15 A QA 3 7 A OA 13 1 2 1 12 B QB B OB 10 6 2 11 C QC C OC 9
7
6
10 D
QD
D
OD 9 4
OE 3 15 CTEN
~LT OF 11 5 14
LOAD
~RBI OG
5
13 4
U/D RCO ~BI/RBO
12
14
MAX/MIN
CLK
74LS47N
74LS190N
GND
180Ω
3、最终连接好的电路如下图所示:
仿真
电路设计仿真可以提前发现设计中的错误,节省时间与成本。这里我们首先对上步中的电路进行完
17善工作。
1、设置单刀双掷开关 S1、S2 切换的快捷键。这一步并不是必须的,在电路仿真进行时,你可以
用鼠标点击开关进行位置的切换,也可以提前设置好快捷键。双击 S1,在弹出的如下对话框中 Value 页表项设置 Key for toggle 值,表示按下此按键时,此开关将进行切换
2、同理,将 S2 设置切换按键为“L”,此时应如下图所示:
3、添加示波器观察信号。执行【Simulate】→【Instruments】→【Oscilloscope】即可添加示
虚拟示波器,与放置其元器件一样,再如下图所示连接两个通道的信号即可:
18
4、一切都已经准备就绪,执行菜单【Simulate】→【Run】即可开启电路的仿真了。双击上一步
中添加的示波器,即可弹出如下图所示的窗口
我们将其做适当的调整,如下图所示:
19
其中,红色是 AC 交流信号源,峰峰值 200mV,频率为 1KHz,蓝色为直流输出,但是很明显,已
经出现饱和失真与截止失真了。
注意:下面我们对电路图进行了一些修改,并不是为了说明 Samples 是错误的,而是通过仿真结
果找出后续其它应用可能遇到的问题,从而达到进一步理解 Multisim 仿真的目的。
波峰被削去了,是因为放大倍数过大,导致输出饱和。我们将可调电阻 R4 调小,再观察一下输
出,可以看到波峰已经正常了
20
波谷被削去了,是因为没有运放直流偏置,有两种办法可以解决:
第一种,将 V1 交流信号源的电压偏置设置为,同时将 100uF 电容与 R3 串联;