Создание схемы в программе multisim. Пример моделирования схемы Моделирование схем в программе Multisim

Electronics Workbench Multisim 14 наиболее известная программа для конструирования, проектирования и моделирования радиоэлектронных схем. Multisim сочетает в себе профессиональные возможности с простотой работы интерфейса программы. Это идеальный инструмент не только для учебного, но и для промышленного производства.

Простая в использовании среда проектирования Multisim позволит пользователю уйти от использования традиционных методов моделирования схем, и обеспечит мощным инструментом для анализа схем. Утилита – позволяет оптимизировать свои проекты, минимизировать ошибки и снизить число итераций при разработке. Кроме того теперь в комплект ПО NI Ultiboard (проектирования топологии печатных плат).

Огромная подборка готовых радиоэлементов, диодов, конденсаторов, транзисторов и т.п. Поможет вам очень быстро смоделировать процессы происходящие почти в любой радиолюбительской конструкции.

Начнем с ознакомления с интерфейсом программы .

Особый интерес для радиолюбителя лежит в панели компонентов. С помощью нее происходит доступ к базе радиоэлементов. При нажатии на любую из выбранных пиктограмм открывается окно выбор компонента . В левой части окна мы выбираем требуемый компонент.

Вся база радиоэлектронных компонентов поделена на разделы (пассивные элементы, транзисторы, микросхемы и т. д.), а разделы на семейства (диоды - стабилитроны, светодиоды, тиристоры и т. д.). Надеюсь смысл ясен.

Кроме того, в окне выбора радио-элемента можно посмотреть обозначение выбранного компонента, описание его функции, выбрать тип корпуса.

Моделирование схем в Multisim

Давайте соберем несложную схему и посмотрим эмуляцию ее работы! За основу я взял , где в качестве нагрузки подключил светодиоды.

При необходимости можем использовать различные виртуальные измерительные приборами, например осциллограф и посмотреть сигналы в любых точках схемы.

Моделирование электрических цепей в электротехнике при помощи Multisim

Соберём простую электрическую цепь, для этого нам понадобиться (dc-power) источник постоянного напряжения и парочка (resistor) сопротивлений.

Допустим нам требуется определить ток в неразветвленной части цепи, напряжение на первом сопротивлении и мощность на втором. Для этого нам потребуются три виртуальных измерительных прибора два мультиметр и ваттметр. Первый мультиметр установим в режим измерения силы тока - амперметра, другой – вольтметра. Токовую обмотку ваттметра подсоединим во вторую ветвь - последовательно, обмотку напряжения параллельно второму сопротивления.

После того как виртуальная схема собрана нажимаем на кнопку пуск и смотрим показания измерительных приборов.

На всякий пожарный по проверим правильность показаний виртуальных измерительных устройств.

Как видно из расчетов виртуальные показания оказались верными.

Предоставляет средства для создания электрических схем, а также для разработки и трассировки печатных плат, которая производится в редакторе Ultiboard. Ultiboard используется для разработки печатных плат, подготовки результатов проектирования к производству, обладает возможностью автоматизированного размещения компонентов на плате и автоматической трассировки, а так же предоставляет разработчикам возможность работать в ее среде как в системе 3D моделирования, в результате чего печатная плата и ее компоненты будут отображены в реальном виде. Средства Ultiboard позволяют формировать трехмерные модели компонентов из плоских графических данных из библиотек топологических посадочных мест, разрабатывать собственные модели посредством импорта сложных контуров компонентов из механических САПР а также при помощи специального мастера. Трассировка проводников платы в Ultiboard может быть проведена вручную или автоматически.

Автоматическая трассировка проводников в Ultiboard.

Автоматическая трассировка проводников предусматривает использование специальных средств, которые самостоятельно выполняют прокладывание печатных проводников (участков токопроводящего покрытия, нанесенного на изоляционную основу, эквивалентных обычному монтажному проводу) на основе правил проектирования, заданных разработчиком. Установить настройки автотрассировки можно в окне «Параметры автотрассировки», которое можно вызвать при помощи команды «Автотрассировка/Установки автотрассировщика/установщика» основного меню Ultiboard. Диалоговое окно «Параметры автотрассировки» содержит следующие вкладки:

• «Основные»;
• «Оценочные»;
• «Разрывы»;
• «Оптимизация»;
• «Авторазмещение»;
• «Шины».

Рис. 1. Диалоговое окно «Параметры автотрассировки»: (а) вкладка «Основные», (б) вкладка «Оценочные», (в) вкладка «Разрывы», (г) вкладка «Оптимизация», (д) вкладка «Авторазмещение», (е) вкладка «Шины».

Для установки основных параметров автотрассировки предназначена вкладка «Основные» (рис. 1а). В ее верхней части находится поле «Трассировка», в котором можно задать режим трассировки, установки сетки, и необходимость оптимизации проекта (задается путем установки флажка в чекбоксе «Оптимизация»). Разрешение оптимизации позволяет маршрутизатору производить дополнительные проходы с целью оптимизации расположения проводников. Оптимизация запускается после того, как трассировка полностью завершена. Режим трассировки устанавливается путем выбора из выпадающего списка одного из трех значений:

• «По сетке» - привязка проводников производится к установленной сетке;
• «Бессеточный» - используется для отключения привязки проводников;
• «Прогрессивный» - прокладка проводников производится к установленной сетке, но при необходимости оставшиеся неразведенные проводники прокладываются в бессеточном режиме.

Для того, что бы выполненные изменения вступили в силу, нажмите на кнопку ОК.

Для выработки алгоритмом автотрассировщика стратегии прокладывания проводников и установки переходных отверстий служат параметры оценки. Просмотр и редактирование оценочных параметров производится на вкладке «Оценочные» диалогового окна «Параметры автотрассировки» (рис. 1б).

При внесении изменений в параметры установленные по умолчанию, разработчику необходимо учитывать, что данные параметры являются оптимальными. Для получения наилучших результатов в большинстве случаев не рекомендуется их изменять. В том случае если разработчик все таки считает нужным выбрать свои значения в настройках вкладки «Оценочные», ему должно быть известно, что даже незначительные изменения параметров могут ухудшить работу автотрассировщика. Не следует одновременно изменять более двух оценочных параметров или производить изменения с большими отклонениями от рекомендованных. Так же разработчику необходимо знать, что большинство оценочных параметров взаимосвязаны и изменение одного из них может привести к затруднению при расчете других.

Рассмотрим вкладку «Разрывы» (рис. 1в). Здесь настраиваются параметры разрывов проводников платы. Высокие значения параметров разрывов увеличивают интенсивность алгоритма применений этой операции. В поле «Дополнительно» путем установки флажка в чекбоксе «Очистка памяти во время трассировки» можно при необходимости задать разрешение на очистку памяти для удаления из нее ненужной информации.

Если есть на то разрешение, после завершения трассировки запускается процесс оптимизации, при котором маршрутизатор производит дополнительные проходы с целью оптимизации расположения проводников. Параметры оптимизации (количество проходов алгоритма оптимизации после завершения трассировки и направление оптимизации) задаются на одноименной вкладке (рис. 1г) диалогового окна «Параметры автотрассировки». В поле «Дополнительно» устанавливается разрешение на очистку памяти во время оптимизации.

На вкладке «Авторазмещение» (рис. 1д) задаются следующие параметры авторазмещения компонентов на плате: количество заходов, фактор вывода, фактор корпуса, разрешение поворота компонентов при авторазмещении, минимальный интервал между компонентами на плате, разрешение смены выводов/секций/корпусов для наиболее оптимального авторазмещения компонентов. Для настройки параметров трассировки шин предназначена вкладка «Шины» (рис. 1е).

Запуск автоматической трассировки производится при помощи команды основного меню «Автотрассировка/Запуск/просмотр автотрассировки» после настройки параметров трассировки и размещения компонентов на плате. На рисунке 2 представлен результат автоматической трассировки схемы электрической принципиальной блока питания (рис. 3). Переданный из Multisim проект представлен на рисунке 4. На рисунке 5 показано размещение компонентов на плате в рабочей области программы Ultiboard.

Рис. 2. Результат автоматической трассировки проводников платы.

Рис. 3. Схема электрическая принципиальная блока питания.

Рис. 4. Импортированный из Multisim проект.

Рис. 5. Размещение компонентов на плате в рабочей области программы Ultiboard.

3 D визуализация разработанной платы.

В программе Ultiboard есть возможность просматривать разработанную плату в 3D изображении. Для просмотра платы в трех измерениях необходимо выбрать в основном меню программы «Инструментарий» команду «Вид 3D», в результате чего в проекте будет открыта новая вкладка «3D вид» (рис. 6). Для получения наиболее полного представления о габаритах разработанной платы 3D изображение на данной вкладке можно поворачивать во всех плоскостях. Манипулируя курсором с помощью мыши, можно изменять угол обзора и положение платы в пространстве. Посредством вращения колесика мыши можно производить масштабирование 3D изображения платы. На вкладке «3D вид» находится панель разработки, на которой размещено две вкладки: «Проекты» и «Слои». Управлять отображением элементов 3D изображения платы (компоненты, шелкография, проводники, плата, выводы) можно путем установки/снятия флажков в соответствующих чекбоксах на вкладке «Слои».

Рис. 6. 3D вид печатной платы: (а) со стороны компонентов, (б) с обратной стороны платы.

Ручная трассировка проводников в Ultiboard.

Для ручной трассировки в системе Ultiboard предлагаются следующие инструменты:

• «Линия» - данный инструмент предоставляет разработчику полную свободу выбора маршрута прокладываемой трассы;
• «Следуй за мной» - проводник/цепь прокладывается за курсором, огибая возникающие препятствия;
• «От точки до точки» - автоматическое прокладывание проводника между двумя выбранными контактами.

Данные инструменты доступны из основного меню «Вставить» либо на панели инструментов «Главная». Наиболее простым и быстрым способом прокладывания трасс вручную является использование инструмента «От точки до точки». Последовательность действий при работе с данным инструментом может быть следующей:

1. Выбор инструмента «От точки до точки»;
2. Выбор линии связи, которую предполагается развести и прокладывание трассы. Для того, что бы выбрать линию связи, необходимо подвести к ней курсор (при этом контактные площадки, которые соединяет эта линия связи, будут подсвечены крестиками – рис. 7) и щелкнуть левой кнопкой мыши по ней. В результате чего трасса будет закреплена за курсором, при помощи передвижения которого можно выбрать оптимальный маршрут. Необходимо отметить, что маршрут прокладывается автоматически, разработчику остается только выбрать наиболее удачный вариант. Для того, что бы закрепить трассу, необходимо щелкнуть левой кнопкой мыши в рабочем поле. Предложенные системой варианты маршрута для одного и того же проводника представлены на рисунке 8. По мере прокладывания следующих трасс, система подбирает для них оптимальный маршрут (рис. 9).
3. Окончание работы с инструментом «От точки до точки» посредством нажатия кнопки Esc на клавиатуре.

Рис. 7. Выбор линии связи при помощи инструмента «От точки до точки».

Рис. 8. Предложенные системой варианты маршрута проводника в режиме «От точки до точки».

Рис. 9. Ручная трассировка нескольких проводников в режиме «От точки до точки».

Необходимо отметить, что при помощи инструмента «От точки до точки» нельзя соединять одновременно большое число выводов, то есть развести сразу всю цепь. Для этого в Ultiboard предназначен другой инструмент – «Следуй за мной». Последовательность действий при работе с данным инструментом может быть следующей:

1. Выбор на панели «Панель разработки» проводящего слоя при помощи двойного щелчка левой кнопки мыши;
2. Выбор инструмента «Следуй за мной»;
3. Выбор цепи, которую предполагается развести и прокладывание трассы. Также вместо цепи можно выбрать вывод компонента этой цепи. Для того, что бы выбрать цепь, необходимо подвести к ней курсор и щелкнуть по ней левой кнопкой мыши (при этом контактные площадки и переходные отверстия, входящие в состав этой цепи, будут подсвечены крестиками – рис. 10). Вывод компонента выбирается также щелчком левой кнопкой мыши. В результате чего трасса будет закреплена за курсором. Прокладывание маршрута трассы производится посредством передвижения курсора и щелчков левой кнопкой мыши в местах изгибов проводника. В результате чего разработчиком выбирается наиболее оптимальный маршрут (рис. 11).
4. Окончание работы с инструментом «Следуй за мной» посредством вызова при помощи правой кнопки мыши контекстного меню и выбора в нем пункта «Esc».

Рис. 10. Выбор цепи при помощи инструмента «Следуй за мной».

Рис. 11. Трассировка цепи при помощи инструмента «Следуй за мной».

При использовании инструмента «Линия» ответственность за маршрут трассы полностью лежит на разработчике. При этом система может указывать на допущенные им ошибки при помощи цветных маркеров, которые появляются в местах возникновения ошибок (рис. 12).

Рис. 12. Цветные маркеры в местах возникновения ошибок и информация об ошибках допущенных в процессе ручной трассировки.

Последовательность действий при работе с данным инструментом может быть следующей:

1. Выбор на панели «Панель разработки» проводящего слоя при помощи двойного щелчка левой кнопки мыши;
2. Выбор инструмента «Линия»;
3. Выбор начала маршрута проводника и прокладывание трассы. Выбор начала маршрута производится путем выбора вывода компонента, с которым соединен проводник путем щелчка по нему левой кнопкой мыши. В результате чего трасса будет закреплена за курсором. Прокладывание маршрута трассы производится посредством передвижения курсора и щелчков левой кнопкой мыши в местах изгибов проводника. В конечной точке маршрута щелкните правой кнопкой мыши и в появившемся контекстном меню выберите пункт «Esc».

Информация о полученных в результате прокладки трассы ошибках отображается на вкладке «DRC» панели «Блок информации».

Трассировку, произведенную вручную можно оптимизировать. Сделать это можно при помощи команды основного меню «Автотрассировка/Запустить оптимизатор». При этом проводники и переходные отверстия платы должны иметь разрешение на перемещение, которое можно установить на вкладках «Основные» (рис. 13) и «Переходное отверстие» (рис. 14) диалогового окна свойств этих элементов в поле «При автотрассировке».

Рис. 13. Вкладка «Основные» диалогового окна «Свойства проводника».

Рис. 14. Вкладка «Переходное отверстие» диалогового окна «Свойства переходного отверстия».

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.

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.