最全面的Multisim14仿真设计流程指南

1第2章Multisim仿真流程本节我们用一个案例（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（GettingStarted），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】→【Opensamples…】即可弹出“打开文件”对话框，从中找到“GettingStarted”下的“GettingStartedFinal”（Final为昀终完成的仿真文件）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2.1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（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。2.1.1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。32、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】→【Saveas】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”，昀后点击“保存”即可43、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2.1.2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（RefDesandComponent）组（Grop）系列（Family）LED1–LED_blueDiodesLEDVCCGND-DGNDGRROUNDSourcesPOWER_SOURCESU1-SEVEN_SEG_DECIMAL_COM_A_BLUEIndicatorsHEX_DISPLAYU2–74LS190NU3–74LS47NTTL74LSR1-200ΩBasicRESISTORR2–8Line_IsolatedBasicRPACKR3–1kBasicRESISTORR4–50kBasicRESISTORS1,S2-SPDTBasicSWITCH5U4-741AnalogOPAMPV1–AC_VOLTAGESourcesSIGNAL_VOLTAGE_SOURCESC1–1uFC2–10nFC3–100uFBasicCAP_ELECTROLITJ1–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”（SelectaComponent）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。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63、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：78910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U1ABCDEFGCAHR1200ΩR2180ΩVCC5.0VVCC5.0VLED1GNDU274LS190NA15B1C10D9U/D5QA3QB2QC6QD7CTEN4LOAD11RCO13MAX/MIN12CLK14U374LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4116、放置计数控制部分的元器件如下图所示S1Key=SpaceS2Key=SpaceGNDVCC5.0V127、放置“模拟运算放大器”部分的元器件如下图所示：13VCC5.0VU47413247651R450kΩKey=A50%R31kΩV10.2Vpk1kHz0°148、放置“旁路电容”部分的元器件如下图所示：VCC5.0VVCC5.0VC11µFC210nFC3100µFGND159、放置“插座”部分的元器件如下图所示：J1HDR1X4GNDVCC5.0V2.1.3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。161、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：R2200ΩU274LS190NA15B1C10D9U/D5QA3QB2QC6QD7CTEN4LOAD11RCO13MAX/MIN12CLK142、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：U1ABCDEFGCAHR1200ΩR2180ΩVCC5.0VVCC5.0VLED1GNDU274LS190NA15B1C10D9U/D5QA3QB2QC6QD7CTEN4LOAD11RCO13MAX/MIN12CLK14U374LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4173、昀终连接好的电路如下图所示：U1ABCDEFGCAHR1200ΩR2180ΩVCC5.0VVCC5.0VLED1GNDU274LS190NA15B1C10D9U/D5QA3QB2QC6QD7CTEN4LOAD11RCO13MAX/MIN12CLK14U374LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4S1Key=SpaceS2Key=SpaceGNDVCC5.0VVCC5.0VVCC5.0VC11µFC210nFC3100µFGNDJ1HDR1X4GNDVCC5.0VVCC5.0VU47413247651R450kΩKey=A50%R31kΩV1.2Vpk1kHz0°2.1.4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。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Keyfortoggle值，表示按下此按键时，此开关将进行切换182、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：194、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：20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2.5V，同时将100uF电容与R3串联；更多精彩文章，可关注微信订阅号“电子制作站中国”dzzzzcn21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：VCC5.0VU47413247651R450kΩKey=A15%R31kΩV1.2Vpk1kHz0°R522kΩR622kΩR7100kΩC4100µFC510µF22两种方法的结果都是一样的，如下图所示：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:236、执行菜单【Simulate】→【Analysesandsimulation】即可打开如下图所示的“分析与仿真”对话框，选择“ACSweep”项后点击Run按钮即可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扫描以下二维码关注“电子制作站”订阅号：dzzzzcn，免费阅读所有相关的原创书籍章节