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1、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
2、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
3、 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
4、 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 QAQBQCQD 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 File Save as
5、 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 标识符与元器件组系列 RefDes and Component Grop Family
6、LED1 LED blueDiodesLED VCC GND DGNDSourcesPOWER SOURCES GRROUND U1 SEVEN SEG DECIMAL IndicatorsHEX DISPLAY COM A BLUE U2 74LS190N TTL74LS U3 74LS47N R1 200 BasicRESISTOR R2 8Line IsolatedBasicRPACK R3 1kBasicRESISTOR R4 50kBasicRESISTOR S1 S2 SPDTBasicSWITCH U4 741AnalogOPAMP V1 AC VOLTAGESources SI
7、GNAL VOLTAGE SOURCES C1 1uF C2 10nFBasicCAP ELECTROLIT C3 100uF J1 HDR1X4ConnectorsHEADERS TEST 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
8、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 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 VCCVCC LED1 R1 200 R2 U2U3 U1 15 AQA 37 AOA
9、13 12112 BQBBOB 106211 CQCCOC 97610 DQDDOD 9 OE 4315 CTEN LTOF 11514 LOAD RBIOG 5134 U DRCO BI RBO 12 14 MAX MIN CLK 74LS47N 74LS190N GND180 6 放置计数控制部分的元器件如下图所示 VCC 1 1 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 751 3 2 741 4 V1 R3 1kHz 1k 0 13 U4 6 R4 50k 50 Key A 8 放置 旁路电容 部分的元器
10、件如下图所示 14 VCCVCC C1C2C3 1 F10nF100 F 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
11、所 示 R2 200 U2 15 AQA 3 12 BQB 106 CQC 97 DQD RCO 13 CLKMAX MIN 12 74LS190N 1 6 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 VCCVCC LED1 U1 R1 200 R2 U2U3 15 AQA 37 AOA 13 12112 BQBBOB 106211 CQCCOC 97610 DQDDOD 9 4 OE 315 CTEN LTOF 11514 LOAD RBIOG 5134 U DRCO BI RBO 12 14 MAX MIN CLK 74LS47N 74LS190N GND180 3
12、 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 善工作 17 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
13、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
14、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 21 第二 我们可以用三个分压电阻与一个 10uF 隔离电容设置运放的直流中点偏置 同样 我们也必须将 100uF 电容与 R3 串联 如下所示 C5 10 F V1 2Vpk 1kHz 0 R5VCC 22k R7 751 100k 3 2 741 R6 422k R3 1k C4 100 F U4 6 R4 50k 15 Key A 两种方法的结果都是一样的 如下图所示 22 5 下面进行 AC 扫描分析 也就是交流小信号分析 用来分析仿真电路的频率响应特性 即当输入信号的 频率发生变化时输出信号的变化情况 执行菜单 Place Probe Voltage 后 将探针放在运放的输出端 如果放置好了 探针会呈现绿 色 否则将呈现灰色 如下图所示 6 执行菜单 Simulate Analyses and simulation 即可打开如下图所示的 分析与仿真 对话框 选 择 AC Sweep 项后点击 Run 按钮即可 23 7 运行后即可弹出如下图所示的数据视图 从中可以观察幅频与相频特性 24
