基于Multisim的自动售货机cae仿真设计

1．Multisim的特点以及cae仿真功能早期的电子线路设计通常在实验板上进行，经过反复调试，更新元器件，修改参数，才能获得符合要求的设计。这一过程中，设计人员往往需要花很多时间在连接线路，检验元器件、仪器是否正常上。同时，因受工作场所，仪器设备等因素的限制，许多实验不能进行。以上弊病促使着人们寻找高效率、低成本的设计途径。Multisim仿真软件是在计算机辅助设计(CAD)技术的基础上发展起来的计算机仿真设计软件之一，与早期的CAD软件相比它的自动化程度更高，功能更完善，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性，因此在现代设计中得到了广泛的应用。Multisim仿真软件（又称为cae仿真软件软件），是专门用于电子电路设计与仿真的“虚拟电子工作台”软件，其功能强大，能够提供电阻、电容，三极管，集成电路等十几个大类几千种元件，能够提供示波器，万用表等十几种常用的电子仪器，具有强大的电路图绘制功能及波形显示功能。用该软件对电路进行设计，分析非常方便。将Multisim软件引入到数字电子技术设计型教学中，为学生提供了一个大胆思维、充分发挥创造性的实验环境。Multisim软件的设计试验区好像一块“面包板”，在上面可以建立各种电路进行仿真实验。与其他电路仿真软件相比，具有界面直观、操作方便等优点。它改变了—般电路仿真软件输入电路必须采用文本方式的不便，创建电路的元器件和测试仪器等均可直接从屏幕上器件库和仪器库中直接选取。EWB中的元器件库不仅提供了数千种电路元器件供选用，而且还提供了各种元器件的理想值，因此，仿真的结果就是该电路的理论值，这对于验证电路原理，开发、设计新电路极为方便，同时具有很大的灵活性。利用Multisim辅助设计既可以提高电路设计的效率，降低设计成本，还可以缩短设计周期。虽然，软件的仿真不能完全代替硬件实验，但Multisim软件的仿真分析功能与精确度，是任何硬件实验都难以达到的。本文采用电子设计平台Multisim9.0，设计了自动售机核心的电路。在此电路基础上再辅以传感器电路和执行机械，则可彻底实现无人看管的自动售货功能。2．自动售货机设计方案(1)自动售货机功能要求：每次只能投入一枚1元或者0.5元的硬币，所售商品均为1.5元，当投入硬币不足1.5元时，不做任何反应；当投入硬币达到或超过1.5元时，根据投入的硬币的总额决定商品是否售出和是否找零。(2)自动售货机结构组成：自动售货机主要由传感电路、自动售货核心电路、和执行机械模块三个部分组成，传感器负责判断所投硬币面值大小，并送给自动售货机核心电路相应的面值信号，相应信号分别用A表示1元，B表示0.5元，然后自动售货机核心电路根据传感器传来的面值信号，输出X信号和Y信号，其中X信号决定是否售出商品，Y信号用决定是否找零，然后执行机械模块根据X，Y倍号的高低电平触发相应的执行机构去执行相应的动作。其结构框图如图1所示。图1自动售货机设计框图3．自动售货机核心电路的设计和cae仿真技术由于自动售货机核心电路要求能够记忆输入信号的状态，因此，该电路属于数字电路中的时序逻辑电路，要用触发器记录其输入状态，当输入发生改变时，存储器状态发生相应的变化，具体设计过程如下：(1)逻辑抽象：根据上面都该自动售货机的要求，其输入有两个变量分别为A和B，当投入一枚1元硬币时，A=1，否则，A=0；当投入一枚0.5元硬币时，B=1，否则，B=0，输出变量也有两个，分别为X和Y，当售出商品时，X=1，否则，X=0；当需要找零时，Y=1，否则，Y=0。(2)状态转换：由于当输入发生变化时，自动售货机电路中的触发器要记录器状态的变化，因此触发器要根据当前的状态（现态）决定下一时刻的状态（即次态）变化，该电路的状态转换图如图2所示，相应的状态表如图3所示。图2状态转换图图3状态转换表由状态装换图我们可以知到，一共只有三个状态，因此要设计该时序电路只需用两个个触发器即可，两个触发器有四个状态，我们用其中的00表示S0，01表示S1，10表示S2，则11为约束项，既在实际使用中，不影响最终结果的一个状态。将相应的状态带入到状态表，并考虑到让电路能够自启动，可以设计出自动售货机核心电路的卡诺图，如图4所示，最后利用卡诺图化简可以得到该电路的状态方程和输出方程，如图5所示。图4自动售货机卡诺图图5状态方程和输出方程根据前面的输出方程和状态方程，求出这两个触发器的驱动方程，最后可以设计出自动售货机的核心电路，如图6所示，在仿真设计图中，有两个JK触发器741s112，采用同步方式，除此之外还要用到741s08（两输入与门）、741sll（三输入与门）、741s02（两输入或非门）、741s04（非门），741s27（三输入或非门）等集成芯片。图6自动售货机核心电路通过上面的电路仿真出自动售货机的功能，该电路有两个输入端（A端、B端）和两个输出端（X端和Y端），根据A、B端输入硬币的面值，该电路会自动决定是否给出商品（X端）和找零钱（Y端）。在此电路的基础上配上传感器电路、执行机械模块，则可以实现投币出商品的功能。4．结束语使用Multisim软件，可以在电路设计付诸实现之前，完全掌握操作环境因素（如电源电压、温度等）对电路的影响，利用电脑辅助设计进行电路cae仿真、设计，并进行输入与输出信号响应的验证，突破了实验条件差的束缚，以软代硬，提高了实验的效率，节约了实验成本。本文利用cae仿真软件Multisim进行了自动售货机核心电路的设计，方便、快捷地实现了自动售货功能，节约了成本，在此基础上增加合适的传感器和机械设计，进而进行印刷电路板的设计，最后可以生产投诸使用，在未来的生活中将会得到广泛的应用。参考资料：e-works信息化门户网站