Multisim примеры схем. Multisim программа для моделирования электронных схем. Создание схемы в программе multisim

Этой статьей начинаю освещать одну из интереснейших тем это тема компьютерного, еще говорят, схемотехнического моделирования схем различных электронных устройств .

Вообще термин моделирование электронных схем имеет много синонимов, это и эмуляция электронных схем, симуляция электронных схем и т. д. Я буду придерживаться термина «компьютерное моделирование» или моделирование схем на компьютере, не суть важно.

Итак, поехали.

На сегодняшний день существуем множество компьютерных программ, которые предназначены в первую очередь для разработки различных электронных устройств и в таких программах существует одна из важных функций – эмуляция электрических схем.

Перечислю только самые известные из них:

LTSpice и множестов других программ.

Сегодня я хочу вас познакомить с программой компании National Instruments – это эмулятор схем Multisim.

Бесплатную программу Multisim с ограничениями на 50 элементов в схеме можно скачать с сайта производителя по ссылке https://lumen.ni.com/nicif/confirmation.xhtml, там же на сайте можно найти версию для учебных заведений, более расширенную по сравнению с предидущей, но тоже имеющую свои ограничения https://lumen.ni.com/nicif/us/academicevalmultisim/content.xhtml

Начнем с изучения интерфейса программы.

Основные функциональные панели программы показаны на следующем рисунке.

Отдельный интерес представляет панель компонентов. С помощью панели компонентов осуществляется доступ к базе компонентов. При нажатии на любую из выбранных пиктограмм компонентов схем открывается окно Выбор компонента . В левой части окна осуществляется выбор необходимого компонента.

Вся база данных компонентов разделена на разделы (пассивные элементы, диоды, транзисторы, микросхемы и т. д.), а разделы на семейства (например, для диодов – это сами диоды, стабилитроны, светодиоды, тиристоры и т. д.). Надеюсь идея понятна.

Так же в окне выбора компонента можно посмотреть обозначение выбранного компонента, описание его функции, выбрать тип корпуса.

Моделирование схем в программе Multisim.

Теперь переходим непосредственно к практике. Давайте соберем простую схему в программе Multisim и заставим ее работать!

Я скачал из интернета схему мультивибратора на двух транзисторах, где в качестве нагрузки используются светодиоды.

Можем воспользоваться измерительными приборами, например виртуальным осциллографом и посмотреть сигналы в различных точках схемы.

Мы убедились, что схема работает, на этом знакомство с программой Multisim заканчиваю, если вас заинтересовала тема моделирования схем, пишите свои вопросы в комментариях, отвечу с удовольствием.

Ну и на последок, по традиции представляю вам подробное видео по моделированию схем в программе Multisim.

Если вы еще не подписались на новые выпуски интернет журнала «Электрон», то заполняйте форму внизу страницы и получайте новые выпуски на электронную почту в формате PDF.

Времена, когда схемы электрические чертили на бумаге вручную, ушли в старину. На данный момент подавляющее большинство специалистов производят разработку комплекта конструкторской документации при помощи специальных программ, одной из которых является Multisim. Система Multisim в одно и то же время является редактором схем, позволяющим разрабатывать сложные схемы электрические принципиальные и приложением для их симуляции. Multisim предназначена для ввода схемы, а также подготовки к следующему этапу, такому как разводка печатной платы.

Работа с иерархическими блоками и подсхемами.

При наличии в разрабатываемой схеме нескольких однотипных узлов для ее построения можно использовать иерархические структуры (иерархические блоки и подсхемы). При этом на схеме каждый узел будет представлен специальным компонентом («черным ящиком») в виде прямоугольника с выводами. Построение схемы каждого узла производится на отдельном листе. Схема иерархического блока хранится в отдельном файле с расширением *.ms12 (на этот файл ссылается файл основной схемы). Подсхема хранится вместе с основной схемой. Любой фрагмент схемы можно оформить в виде иерархического блока, а затем разместить его на схеме, что позволяет уменьшить ее размеры. Так как иерархический блок фактически является отдельным файлом то его можно редактировать как отдельную схему. Иерархические блоки и подсхемы позволяют делить сложный проект на более мелкие взаимосвязанные схемы.

Только что созданный в Multisim новый проект по определению становится схемой верхнего уровня в текущей разработке. Все подсхемы и иерархические блоки, на которые ссылается этот файл, будут отображены в дереве проекта как подчиненные.

Для того, что бы добавить иерархический блок в разрабатываемую схему необходимо в меню «Вставить» выбрать пункт «Новый иерархический блок». В результате чего будет открыто одноименное окно (рис. 1) в котором необходимо указать название новой схемы иерархического блока (поле «Файл иерархического блока») и количество входных и выходных выводов иерархического блока (поля «Входных выводов» и «Выходных выводов»), а затем нажать на кнопку «ОК».

Рис. 1. Диалоговое окно "Новый иерархический блок".

Выбрать месторасположение файла схемы иерархического блока можно следующим образом:

1. нажмите в окне «Новый иерархический блок» в поле «Файл иерархического блока» на кнопку «Просмотр…»;
2. в открывшемся окне проводника Windows перейдите в каталог расположения файла;
3. введите в поле «Имя файла» название файла схемы иерархического блока;
4. нажмите в окне проводника Windows на кнопку «Сохранить»;
5. нажмите на кнопку «ОК» в окне «Новый иерархический блок».

После выполненных действий все диалоговые окна будут закрыты, а к курсору мыши будет прикреплен созданный иерархический блок, который можно сразу же подсоединить к цепи схемы или просто разместить на чертеже, щелкнув в необходимом месте левой кнопкой мыши. Название нового иерархического блока появится в дереве проектов на вкладке «Структура» панели «Панель разработки». Выделите строку с названием при помощи левой кнопки мыши для того, что бы перейти к листу схемы только что созданного иерархического блока. Перейти к листу схемы можно и другим способом:

1. подведите курсор мыши к иерархическому блоку на чертеже, в результате чего над блоком появится значок стрелки (рис. 2) и всплывающая подсказка «Редактировать ИБ/ПС»;
2. нажмите на значок стрелки.

Рис. 2. Проект Multisim в котором присутствует иерархический блок.

Лист схемы только что созданного иерархического блока представляет собой обычный лист схемного проекта Multisim и содержит контакты соединения блока с основной схемой. Контакты в схему блока добавлены автоматически, и их количество зависит от того числа, которое вы ввели в полях «Входных выводов» и «Выходных выводов» диалогового окна «Файл иерархического блока» при создании иерархического блока. Теперь, когда вы находитесь в рабочем поле схемы иерархического блока, остается создать необходимый узел и подсоединить его выводы к контактам соединения блока с основной схемой (рис. 3).

Рис. 3. Схема иерархического блока.

Так же иерархический блок можно добавить в разрабатываемую схему из уже существующего файла. Для этого необходимо в меню «Вставить» выбрать пункт «Иерархический блок из файла» и в открывшемся окне проводника Windows выбрать при помощи левой кнопки мыши необходимый файл схемы, а затем нажать на кнопку «Открыть». После чего диалоговое окно проводника Windows будет закрыто, а к курсору мыши будет прикреплен созданный иерархический блок, который можно сразу же подсоединить к цепи схемы или просто разместить на чертеже, щелкнув в необходимом месте левой кнопкой мыши. После открытия листа схемы созданного иерархического блока, в рабочем поле будет размещена схема из файла. После создания иерархического блока из файла, к нему автоматически (на основании анализа цепей схемы из файла) добавляются соединители ИБ/ПС. В том случае если это не произошло, соединители необходимо добавить вручную. Для этого перейдите к схеме иерархического блока и в меню «Вставить/Соединитель» выберите пункт «Вывод иерарх.блока/подсхемы». Добавьте в рабочую область чертежа необходимое количество соединителей и подсоедините их к схеме. В результате после выполненных действий иерархический блок основной схемы будет содержать количество выводов соответствующее количеству добавленных соединителей ИБ/ПС в схеме иерархического блока.

При проектировании больших проектов может возникнуть необходимость заместить группу компонентов на схеме иерархическим блоком. Для этого необходимо в рабочей области проекта выделить при помощи мыши нужные компоненты и выбрать в меню «Вставить» пункт «Заменить иерархическим блоком». В результате чего будет открыто окно «Новый иерархический блок», в котором необходимо в поле «Файл иерархического блока» при помощи кнопки «Просмотр…» выбрать месторасположение на диске компьютера и задать имя нового файла схемы иерархического блока. После выполненных действий к курсору мыши будет прикреплен созданный иерархический блок. Для того, что бы разместить его в рабочей области проекта, щелкните левой кнопкой мыши в необходимом месте на чертеже – соединение со схемой произойдет автоматически. На рисунке 4 (а, б) представлена основная схема проекта до и после замещения группы компонентов на схеме иерархическим блоком.

Рис. 4. Основная схема проекта до и после замещения группы компонентов на схеме иерархическим блоком.

Для того, что бы добавить подсхему в разрабатываемую схему необходимо в меню «Вставить» выбрать пункт «Новая подсхема». В результате чего будет открыто окно «Имя подсхемы», в котором необходимо указать название новой подсхемы и нажать на кнопку «ОК». После этого диалоговое окно будет закрыто, а к курсору мыши будет прикреплен созданный блок подсхемы, который можно разместить на чертеже, щелкнув в необходимом месте левой кнопкой мыши. Название новой подсхемы появится в дереве проектов на вкладке «Структура» панели «Панель разработки». Выделите строку с названием при помощи левой кнопки мыши для того, что бы перейти к листу схемы только что созданной подсхемы. Перейти к листу схемы можно и другим способом:

1. подведите курсор мыши к блоку подсхемы на чертеже, в результате чего над блоком появится значок стрелки и всплывающая подсказка «Редактировать ИБ/ПС»;
2. нажмите на значок стрелки.

Так же как и лист схемы иерархического блока, лист схемы только что созданной подсхемы представляет собой обычный лист схемного проекта Multisim. Теперь, когда вы находитесь в рабочем поле схемы подсхемы, остается создать необходимый узел и подсоединить его выводы к контактам соединения блока подсхемы с основной схемой. Соединительные контакты в схему подсхемы добавляются вручную. Для этого находясь на листе схемы подсхемы в меню «Вставить/Соединитель» выберите пункт «Вывод иерарх.блока/подсхемы». Добавьте в рабочую область чертежа необходимое количество соединителей и подсоедините их к разработанному узлу. В результате после выполненных действий блок подсхемы, расположенный в основной схеме, будет содержать количество выводов соответствующее количеству добавленных соединителей ИБ/ПС в схеме подсхемы. Теперь разработчику остается только подсоединить эти выводы к цепи основной схемы.

При проектировании больших проектов может возникнуть необходимость заместить группу компонентов на схеме подсхемой. Для этого необходимо в рабочей области проекта выделить при помощи мыши нужные компоненты и выбрать в меню «Вставить» пункт «Заменить подсхемой». В результате чего будет открыто окно «Имя подсхемы», в котором необходимо задать имя новой подсхемы и нажать на кнопку «ОК». После выполненных действий к курсору мыши будет прикреплен созданный блок подсхемы. Для того, что бы разместить его в рабочей области проекта, щелкните левой кнопкой мыши в необходимом месте на чертеже – соединение со схемой произойдет автоматически. На рисунке 5 (а, б) представлена основная схема проекта до и после замещения групп компонентов на схеме подсхемами podsxema1 и podsxema2. На рисунке 6 показаны листы схем подсхем podsxema1 и podsxema2.

Рис. 5. Основная схема проекта до и после замещения групп компонентов на схеме подсхемами.

Рис. 6. Листы схем подсхем podsxema1 и podsxema2.

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

В качестве примеров для создания принципиальной электрической схемы(рисунок 2.3) были взяты Arduino Uno на микропроцессоре ATMega328 и ChipKIT Max32 на базирующийся на PIC32MX795F512.

Рисунок 2.3 - Принципиальная электрическая схема разработки.

Как говорилось ранее, в качестве микропроцессора используется Intel 8051. Для питания может быть использовано как 5В, так и 3.3В. Схема (рисунок 2.3) содержит разъём ICSP(In-Circuit Serial Programming), он необходим для того, чтобы к схеме можно было подключить программатор для внесения прошивки в микропроцессор. Также схема включает в себя набор цифровых и аналоговых выходов, для подключения всевозможных датчиков. Так в неё включен кварцевый генератор, который предназначен для получения колебаний фиксированной частоты с высокой температурной и временномй стабильностью, низким уровнем фазовых шумов. Транзисторы в цепи используются для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. Конденсаторы в цепи применяются в качестве фильтра, который способен довольно успешно подавлять ВЧ и НЧ помехи, пульсации напряжения и скачки переменного тока. Диоды - чтобы переменный ток преобразовать в постоянный, в частности их используют для выпрямителей которые входят в конструкции сетевого адаптера. Разъём D-sub широко применяются для передачи данных по последовательному интерфейсу RS-232. Стандарт рекомендует, но не обязывает использовать для этих целей разъёмы D-sub.

СОЗДАНИЕ СХЕМЫ В ПРОГРАММЕ MULTISIM

Первым этапом в создании электрической схемы в программе Multisim был этап выбора из библиотеки (рисунок 2.4) необходимого микроопроцессора и задание его начальных параметров.

Рисунок 2.4 - Окно выбора компонентов.

В качестве микропроцессора был выбран Intel 8051 в корпусе DIP-40.

Рисунок 2.5 - Окно настройки микропроцессора (шаг 1).

В первом шаге настройки (рисунок 2.5) указывается название рабочей области и где она будет располагаться.

Рисунок 2.6 - Окно настройки микропроцессора (шаг 2).

Рисунок 2.7 - Окно настройки микропроцессора (шаг 3).

Во втором шаге настройки (рисунок 2.6) указывается тип проектирования микропроцессора. Для больше простоты был выбран тип с использование внешнего hex файла, в котором содержится уже готовая прошивка микропроцессора.

В заключительном шаге настройки (рисунок 2.7) указывается будет ли использован уже готовый проект или же будет создан пустой проект.

После того как все шаги настройки завершены осуществляется переход в настройки микропроцессора. В настройках указан объём встроенной внутренней RAM, встроенной внешней RAM, объём ROM, указывается тактовая частота на которой работает микропроцессор.

Для внесения файла прошивки необходимо перейти в раздел “Менеджер кодов MCU”. Далее выбирается проект, который был создан при настройке микропроцессора и указывается пусть для файла машинного кода для моделирования. Окно менеджера кодов MCU показано на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Менеджер кодов MCU.

После внесения прошивки производится проверка его работоспособности и проверяется память на наличие ошибок при заливки прошивки в микропроцессор (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 - Окно просмотра памяти.

В качестве макета, на которым располагаются все элементы схемы, был выбран Arduino Uno Shield, который представляет пустую плату, на которой лишь расположены выходы для подключения датчиков.

После создания макета в программе Multisim была произведена трансляция данный схемы в программу Ultiboard, для создания её 3D модели (рисунок 2.11) и расположения элементов на плате (рисунок 2.12). 3D модель показывает как будет выглядеть наша разработка, ещё до того, как она будет изготовлена.

На рисунке 2.12 показано расположение элементов на печатной плате. Оно необходимо для создания шаблона, по которому будут изготавливаться первые пробные образцы.

Рисунок 2.10. - Arduino Uno Shield в программе Multisim.

Рисунок 2.11 - 3D модель Arduino Uno Shield в программе Ultiboard.

Рисунок 2.12 - Arduino Uno Shield в программе Ultiboard

Рисунок 2.13 - Готовая разработка в программе Multisim.

После создания схемы в программе Multisim, она была транслирована в программу Ultiboard, для создания 3D модели разработки (рисунок 2.14), расположения элементов на печатной плате и разводке элементов по печатной плате (рисунок 2.15).

Рисунок 2.14 - 3D модель готовой разработки в программе Ultiboard.

Рисунок 2.15 - Печатная плата готовой разработки в программе Ultiboard.

Весь пусть создания разработки можно представить на блок схеме которая изображена на рисунке 2.16.

Рисунок 2.16 - Пусть создания разработки.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение и получение навыков работы в программе Multisim

ЗАДАНИЕ НА ПРОВЕДЕНИЕ РАБОТЫ

Изучить принцип построения электронных схем в программе Multisim

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Организация интерфейса программы Multisim представлена на рис. 1. Здесь показана стандартная инструментальная панель, содержащая кнопки для наиболее употребительных функций программы.

Панель симуляции позволяет осуществлять старт, остановку и другие функции симуляции, описанные ниже.

Панель инструментов имеет конпки для каждого из используемых инструментов, выбираемых из базы данных Multisim/

Общая панель разработки, показанная на рис.1. содержит окно схемы, в котором размещается исследуемая схема.

Стандартная панель содержит следующие кнопки:

На инструментальной панели расположены следующие кнопки:

И, наконец, на панели компонентов показаны следующие элементы:

Инструменты

В программе Multisim есть ряд виртуальных приборов. Эти приборы используются также как и их реальные эквиваленты. Использование виртуальных приборов - один из лучших и самых простых путей исследования схемы. Эти приборы могут быть помещены в любой уровень схемы или подсхемы, но они активны только в настоящее время для схемы или подсхемы на активных компонентах.

Виртуальные приборы имеют два вида: значок инструмента, который Вы устанавливаете на вашу схему, и, открытый прибор, где Вы устанавливаете способ управления прибором и отображения на экран.

Значок прибора показывает, как прибор связан со схемой. Когда инструмент активен, черная точка внутри индикаторов ввода-вывода показывает, что прибор связан с точкой разветвления.

Добавление прибора к схеме:

1. По умолчанию инструментальная панель приборов отображена на рабочем пространстве. Если инструментальная панель не отображена, нажмите кнопку Instruments. Появится Инструментальная панель Instruments, на которой каждая кнопка соответствует одному инструменту.

2. На инструментальной панели Instruments нажмите кнопку прибора, который Вы хотите использовать.

3. Переместите курсор в то место схемы, где Вы хотите разместить прибор и нажмите на кнопку мыши.

Появятся также значок и идентификатор инструмента. Инструментальный идентификатор идентифицирует тип прибора и его образца. Например, первый прибор, который Вы размещаете на схеме – будет назван "XMM1", второй - "XMM2", и так далее.

Примечание: чтобы изменить цвет значка Instrument, щелкните на немправой кнопкой мыши и выберете Color из контекстного меню. Выберите желатемый цвет, и нажмите OK.

Использование прибор:

1. Чтобы просмотреть и изменить средства управления прибором, дважды щелкните на нем. Появится окно управления Инструментом. Внесите необходимые изменения в параметры настройки также, как Вы сделали бы это на их реальных эквивалентах.

Обратите внимание на то, что параметры настройки должны соответствовать вашей схеме. Если параметры настройки неправильны, это может исказить результаты имитации.

Примечание : Не все участки открытого прибора поддаются изменению. Знак в виде руки появляется, если курсор находится на настройке, которая может изменяться.

2. Чтобы "активировать" схему, нажмите кнопку Simulate на Панели управления, и выберите Run из появившегося всплывающего меню. Multisim начнет имитировать поведение схемы и значения измеряемых параметров в точках, к которым Вы подключили прибор.

В то время, как схема активизирована, Вы можете корректировать параметры настройки инструмента, но Вы не можете изменять схему, изменяя значения или выполняя какие-либо действия, такие как вращение или перемещение элемента.

Создание электрических схем представляет собой вычерчивание их на рабочем поле. На первом этапе после запуска программы необходимо вынести требующиеся элементы из библиотек, а потом соединить их заданным образом.

Чтобы вынести элемент из библиотеки необходимо однократно щёлкнуть левой кнопкой мышки на библиотеке. Появится окно с компонентами библиотеки. Затем, однократно щёлкнув по элементу необходимо переместить указатель мышки на рабочее поле, после чего, щёлкнув мышкой по любой точке рабочего поля, вы помещаете туда элемент.

Соединение элементов осуществляется следующим образом: при наведении указателя мышки на один из зажимов элемента она примет вид крестика, далее однократно щёлкнув левой кнопкой мыши начните перемещать указатель мышки. За ним потянется пунктирная линия. Для необходимости сделать перегиб линии в заданной точке щёлкните левой кнопкой мыши. Когда вы подведёте указатель мыши к свободному выводу элемента, узлу или проводнику (соединительной линии) и щёлкните левой кнопкой мыши, то появится линия, соединяющая элементы (проводник).

Сопротивление проводников в Multisim нулевое. Необходимо иметь ввиду, что схема обязательно должна быть заземлена, и на рабочем поле должен присутствовать хотя бы один измерительный прибор. Заземление подключается к любой точке схемы.

Когда схема собрана, и подключены все необходимые измерительные приборы, то можно начать симуляцию (включить схему). Включение осуществляется выключателем в верхнем правом углу экрана. После включения схемы модель начинает работать. После снятия необходимых данных схему надо отключить. Любые изменения в схемы возможны только в отключенном режиме.