›

Khóa luận Tìm hiểu sử dụng phần mềm mô phỏng mạch điện tử Multisim

pdf 46 trang thiennha21 14/04/2022 8210
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Tìm hiểu sử dụng phần mềm mô phỏng mạch điện tử Multisim", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_tim_hieu_su_dung_phan_mem_mo_phong_mach_dien_tu_mu.pdf

Nội dung text: Khóa luận Tìm hiểu sử dụng phần mềm mô phỏng mạch điện tử Multisim

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIÊP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: TÌM HIỂU SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN TỬ MULTISIM NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 7510203 Giảng viên hướng dẫn : ThS. Lê Minh Đức Sinh viên thực hiện : Trịnh Duy Mã sinh viên : 1651080097 Lớp : K61-CNKTCĐT Khóa học : 2016 - 2021 Hà Nội, 2020
  2. LỜI NÓI ĐẦU Trong thực tế, khi thử nghiệm các mạch điện tử và điều chỉnh các trị số của linh kiện điện tử. Trong trường hợp chúng ta tiến hành thử nghiệm bằng các linh kiện thật thì việc điều chỉnh thông số qua linh kiện sẽ gặp khó khăn và phức tạp. Để khắc phục được nhược điểm này chúng ta có thể sử dụng phần mềm vẽ và mô phỏng mạch điện tử. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin đã cung cấp cho chúng ta phần mềm vẽ và mô phỏng mạch điện tử như: Proteus, Cricuit Maker, Multisim Nhận thấy được khả năng và ứng dụng của một số phần mềm mô phỏng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học kĩ thuật nên em quyết định chọn đề tài nghiên cứu khóa luận là: “Tìm hiểu sử dụng phần mềm mô phỏng mạch điện tử MULTISIM” để mô phỏng một số mạch điện tử số. Nội dung khóa luận bao gồm: 3 chương Chương 1: Cơ sở lý thuyết về mô phỏng. Chương 2: Cài đặt và sử dụng cơ bản phần mềm MULTISIM. Chương 3: Mô phỏng một số mạch điện tử số. Do hạn chế về thời gian cũng như khả năng nghiên cứu, nội dung khóa luận này không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, em rất mong được sự chỉ bảo của thầy cô để đề tài khóa luận này hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Lâm nghiệp nói chung và các thầy cô trong khoa Cơ điện – Công trình nói riêng đã truyền dạy những kinh nghiệm quý báu và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên ThS. Lê Minh Đức người đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này ! Em xin chân thành cảm ơn ! Hà nội ngày, .tháng, ,năm 2020 Sinh viên thực hiện đề tài Trịnh Duy
  3. NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giảng viên hướng dẫn (Chữ ký, họ tên)
  4. NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, họ tên)
  5. MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÔ PHỎNG 1 1.1. Khái niệm về mô phỏng 1 1.2. Vai trò của phương pháp mô phỏng trong việc nghiên cứu 1 1.3. Ưu điểm và nhược điểm của mô phỏng 1 1.3.1. Ưu điểm của mô phỏng 1 1.3.2. Nhược điểm của mô phỏng 2 1.4. Quy trình mô phỏng 2 CHƯƠNG 2 CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG CƠ BẢN PHẦN MỀM MULTISIM 4 2.1. Cài đặt phần mềm Multisim 4 2.1.1. Tổng quan phần mềm Multisim 4 2.1.2. Cài đặt phần mềm Multisim 5 2.2. Sử dụng Phần mềm Multisim 12 2.2.1. Các thành phần cơ bản của phần mềm Multisim 12 2.2.2. Huớng dẫn mô phỏng cơ bản 14 2.2.3. Giới thiệu các thành phần linh kiện cơ bản 17 2.2.4. Các dụng cụ mô phỏng 18 CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN TỬ SỐ 24 3.1. Mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn 24 3.2. Mạch giải mã dùng IC 71438 (74LS138) 26 3.3. Mạch đếm đồng bộ sử dụng IC 74LS193 27 3.4. Mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit dùng hàm NAND 2 đầu vào 30 3.5. Bộ đếm thập phân 33 3.5.1. Bộ đếm thập phân 1 chữ số 33 3.5.2. Bộ đếm thập phân 2 chữ số 35 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM THẢO
  6. DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Trạng thái của mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn 25 Bảng 3.2: Trạng thái của mạch giải mã dùng IC 71438 (74LS138) 27 Bảng 3.3: Trạng thái của mạch đếm đồng bộ sử dụng IC 74LS193 28 Bảng 3.4: Trạng thái của mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit dùng hàm NAND 2 đầu vào 32
  7. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ thể hiện quy trình mô phỏng 3 Hình 2.1: File chứa tập tin cài đặt 5 Hình 2.2: Giải nén file cài đặt 6 Hình 2.3: Bắt đầu quá trình cài đặt 6 Hình 2.4: Serial Number 7 Hình 2.5: Giao diện nhập Serial Number 7 Hình 2.6: Chọn đường dẫn chứa file để cài đặt phần mềm Multisim 14 8 Hình 2.7: Các loại tool cần thiết cho máy tính khi cài Multisim 14 8 Hình 2.8: Hộp thoại yêu cầu chấp nhận 9 Hình 2.9: Điều khoản chấp nhận khi sử dụng phần mềm 9 Hình 2.10: Tiến trình cài đặt phần mềm 10 Hình 2.11: Phần mềm đã được cài đặt xong 10 Hình 2.12: Hộp thoại yêu cầu khởi động lại máy tính 11 Hình 2.13: Yêu cầu mở khóa và kich hoạt phần mềm 11 Hình 2.14: Active phần mềm 12 Hình 2.15: Giao diện của phần mềm Multisim khi được cài đặt xong 12 Hình 2.16: Giao điện của phần mềm Multisim 13 Hình 2.17: Biểu tượng phầm mềm Multisim 14 Hình 2.18: Lưu tập tin nhanh 14 Hình 2.19: Lưu tập tin trên Menu 14 Hình 2.25: Cổng logic 18 Hình 2.26: Vị trí thanh công cụ mô phỏng 19 Hình 2.27: Osilloscope và vị trí biểu tượng của Osilloscope 19 Hình 2.28: Bode Plotter (Máy phân tích tần số cộng hưởng) 20 Hình 2.29: Distortion Analyzer (Máy phân tích độ méo) 21 Hình 2. 30: Function generator (Máy phát sóng) 21 Hình 2. 31: Logic Converter (Máy chuyển đổi logic) 22 Hình 2. 32: Logic Analyzer (Máy phân tích mức logic) 22 Hình 2. 33: Word generator (Máy phát từ) 23 Hình 2. 34: Multimeter (Đồng hồ vạn năng) 23
  8. Hình 3.1: Mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn 24 Hình 3.2: Mạch giải mã dùng IC 71438 (74LS138) 26 Hình 3.3: Mạch đếm đồng bộ sử dụng IC 74LS193 28 Hình 3.4: Mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit dùng hàm NAND 2 đầu vào 30 Hình 3.5: Đầu vào S1 đóng, đầu vào S2 đóng 31 Hình 3.6: Đầu vào S1 mở, đầu vào S2 đóng 31 Hình 3.7: Đầu vào S1 mở, đầu vào S2 mở 31 Hình 3.8: Đầu vào S1 đóng, đầu vào S2 mở 32 Hình 3.9: Bộ đếm thập phân 1 chữ số 33 Hình 3.10: Kết quả trường hợp 1 của bộ đếm thập phân 1 chữ số 34 Hình 3.11: Kết quả trường hợp 2 của bộ đếm thập phân 1 chữ số 34 Hình 3.12: Bộ đếm thập phân 2 chữ số 35 Hình 3. 13: Kết quả của thí nghiệm bộ đếm thập phân 2 chữ số 36
  9. CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÔ PHỎNG 1.1. Khái niệm về mô phỏng Mô phỏng là việc nghiên cứu trạng thái của mô hình để qua đó để hiểu được hệ thống thực, mô phỏng là tiến hành thử nghiệm trên mô hình. Đó là quá trình tiến hành nghiên cứu trên vật thật nhân tạo, tái tạo hiện tượng mà người nghiên cứu cần để quan sát và làm thực nghiệp, từ đó có thể rút ra kết luận tương tự vật thật. Ta có thể thực hiện việc mô phỏng từ những phương tiện đơn giản như giấy, bút đến các nguyên liệu tái tạo lại nguyên mẫu, hay hiện đại hơn là dùng máy tính để thực hiện quá trình mô phỏng. Mô phỏng trên máy tính là một xu hướng mới, hiện đại hơn và áp dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực và đặc biệt là lĩnh vực điện tử. Để có thể mô phỏng trên máy tính chúng ta dùng những phần mềm có thể mô phỏng và có rất nhiều phần mềm mô phỏng phù hợp với từng lĩnh vực nghiên cứu. 1.2. Vai trò của phương pháp mô phỏng trong việc nghiên cứu Trong việc nghiên cứu, phương pháp mô phỏng là một phương pháp hiện đại và có ích cho việc nghiên cứu bởi vì phương pháp mô phỏng thực hiện cho một số mục đích sau: - Có được cái nhìn sâu sắc về các hoạt động của một hệ thống. - Thay đổi nguyên tắc điều hành hoặc tài nguyên để cải thiện hiệu năng hệ thống. - Kiểm tra các khái niệm mới hoăc hệ thống trước khi thi hành. - Có được thông tin không làm ảnh hưởng đến hệ thống thực tế. 1.3. Ưu điểm và nhược điểm của mô phỏng 1.3.1. Ưu điểm của mô phỏng Mô phỏng có rất nhiều ưu điểm có lợi cho việc nghiên cứu, dưới đây là các ưu điểm của mô phỏng: - Có khả năng nghiên cứu các hệ thống phức tạp, các yếu tố ngẫu nhiên, phi tuyến. 1
  10. - Có thể đánh giá các đặc tính của hệ thống làm việc trong các điều kiện dự kiến trước, ngay hoặc ngay cả khi hệ thống còn đang trong giai đoạn thiết kế khảo sát, hệ thống chưa tồn tại. - Giúp hiểu được quá trình vận hành của hệ thống. - Xác định được các điểm thắt cổ chai của hệ thống. - Có thể so sánh, đánh giá các phương án khác nhau của hệ thống. - Có thể nghiên cứu các giải pháp điều khiển hệ thống. 1.3.2. Nhược điểm của mô phỏng Tuy nhiên trong quá trình làm việc với phương pháp mô phỏng thường có những nhược điểm sau: - Phương pháp mô phỏng đòi hỏi công cụ mô phỏng đắt tiền như máy tính, phần mềm chuyên dụng. - Sự thành lập mô hình đòi hỏi sự huấn luyện đặc biệt. - Phương pháp mô phỏng sản sinh ra khối lượng lớn các dữ liệu có tính thống kê xác suất đó đòi hỏi dùng các công cụ thống kê để xử lý kết quả mô phỏng. - Có thể tiêu tốn thời gian và chi phí. - Mô phỏng tuy không phải là công cụ tối ưu hiệu quả, nhưng lại hiệu quả trong việc so sánh các mô hình để thay đổi lựa chọn. 1.4. Quy trình mô phỏng Phương pháp mô phỏng thường được ứng dụng vào các giai đoạn khác nhau của việc nghiên cứu thiết kế và vận hành của hệ thống: - Giai đoạn nghiên cứu hệ thống. - Thiết kế hệ thống. - Vận hành hệ thống. Sơ đồ thể hiện quy trình mô phỏng: 2
  11. Hình 1.1: Sơ đồ thể hiện quy trình mô phỏng 3
  12. CHƯƠNG 2 CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG CƠ BẢN PHẦN MỀM MULTISIM 2.1. Cài đặt phần mềm Multisim 2.1.1. Tổng quan phần mềm Multisim Multisim là một phần mềm mô phỏng mạch điện - điện tử, đo đạc các thông số của mạch tương tự và mạch số của hãng NATIONAL INSTRUMENTS COMPANY. Multisim là một phần mềm hỗ trợ khá mạnh trong các lĩnh vực điện tử, trợ giúp thiết kế mạch tương tự và mạch số rất hoàn chỉnh, cho phép ta thiết kế rồi thử nghiệm, mô phỏng với nhiều nguồn tín hiệu: nguồn sin, xung, Và nhiều thiết bị mô phỏng như Oscilloscope, VOM, Bode Plotter, Logic Probe Multisim có cách sử dụng đơn giản, giao diện trực quan, dễ hiểu và phần “Help- Hỗ trợ” khá chi tiết. Multisim còn hỗ trợ cho người dùng một thư viện các linh kiện điện tử phong phú, các thông tin linh kiện chi tiết và hướng dẫn cách sử dụng các kinh kiện đó. Phần mềm mô phỏng Multisim có các tính năng vượt trội: - Thư viện linh kiện phong phú. - Mô phỏng các mạch điện - điện tử trực quan, chính xác, bạn có thể thay đổi các thông số đầu vào và nhìn ngay được sự biến đổi đầu ra. Hệ thống mô phỏng tích hợp nhiều công cụ hỗ trợ như máy đo, đồng hồ vạn năng, máy phát hàm, phát tín hiệu, xung, các loại nguồn, máy hiện sóng giúp cho bạn có cảm giác như ở trong một phòng thí nghiệm thực thụ. - Tích hợp lập trình code hỗ trợ cho các loại vi điều khiển, altera - Với những mạch điện có sơ đồ nguyên lý phức tạp bạn có thể vẽ chúng thành nhiều module khác nhau và khi các module này được ghép lại thành sơ đồ khối thì ta có thể mô phỏng bình thường, giúp bạn thiết kế mạch nhanh chóng, test và kiểm tra từng module một. - ULTIboard của Multisim thiết kế PCB nhanh chóng, các đường dây đi mạch tuân thủ theo các tiêu chuẩn, với những bạn mới làm quen với phần mềm hoặc không có nhiều kinh nghiệm về thiết kế PCB thì ULTIboard là lựa chọn tối ưu khi bạn sử dụng các tính năng của nó. Các chức năng chính của Multisim: 4
  13. - Dùng để vẽ cách mạch điện - điện tử (Mạch số, mạch tương tự). - Dùng để mô phỏng, đo đạc các mạch điện tử. - Dùng để thiết kế mạch in. - Dùng để giả lập trong việc nhúng các lệnh trong C, Assembly vào IC. Đây là một trong những phần mềm mô phỏng hỗ trợ rất tốt cho các bạn sinh viên trong quá trình học tập, đặc biệt trong một số môn học như Kỹ thuật điện tử tương tự, Kỹ thuật điện tử số, Mạch vi điện tử, Thiết kế mạch tích hợp tương tự, Thiết kế mạch tích hợp số, 2.1.2. Cài đặt phần mềm Multisim Đầu tiên chúng ta truy cập trang chủ của phần mềm Multisim để tải về: l#312060 hoặc lựa chọn web này để tải về: ni-multisim-ultiboard-14-0-full-ban-quyen.html Sau khi tải về xong và giải nén file được hiện như sau: tập tin bao gồm file để cài đặt phần mềm và file crack. Hình 2.1: File chứa tập tin cài đặt Khi mở được file để cài đặt và làm theo trình tự các bước như sau: - Bước 1: Chọn thư mục để chứa file Unzip và click Unzip: 5
  14. Hình 2.2: Giải nén file cài đặt - Bước 2: Sau khi Unzip thành công chọn Close file: “Setup” của phần mềm sẽ tự khởi chạy như hình 2.3. Và ta Click “Next” để tiếp tục. Hình 2.3: Bắt đầu quá trình cài đặt - Bước 3: Xong bước 2 và giao diện xuất hiện như hình 2.4, yêu cầu ta phải nhập “Serial Number” để tiếp tục. 6
  15. Hình 2.4: Serial Number - Bước 4: Lấy serial number bằng cách mở thư mục giải nén lúc đầu, mở thư mục crack và giải nén file carck, sau đó mở nó lên. Click “Options”, chọn tiếp “Generate Serial Number” để lấy Serial. Khi hiện Serial và copy mã đã được hiện trên màn hình và dán và “Serial Number” và click “Next” để tiếp tục (Hình 2.5). Hình 2.5: Giao diện nhập Serial Number - Bước 5: Xuất hiện hình ảnh như bên dưới và ta chọn thư mục để cài đặt phần mềm Multisim 14 và ấn “Next” để tiếp tục. 7
  16. Hình 2.6: Chọn đường dẫn chứa file để cài đặt phần mềm Multisim 14 - Bước 6: Chọn các Tool để thêm vào máy của mình và click “Next”. Hình 2.7: Các loại tool cần thiết cho máy tính khi cài Multisim 14 - Bước 7: Khi xong bước 6 xuất hiện hộp thoại như hình 2.8 và ta bỏ tích vào và ấn “Next” tiếp. 8
  17. Hình 2.8: Hộp thoại yêu cầu chấp nhận - Bước 8: Bỏ tích vào “I accept the aboce 2 License Agreemen(s)” để chấp nhận điều khoản và ấn “Next” để tiếp tục. Hình 2.9: Điều khoản chấp nhận khi sử dụng phần mềm - Bước 9: Chờ đến khi cài đặt xong và ta hoàn thành cài đặt phần mềm. Và ta ấn “Next” để tiếp tục. 9
  18. Hình 2.10: Tiến trình cài đặt phần mềm Hình 2.11: Phần mềm đã được cài đặt xong - Bước 10. Khi cài đặt xong sẽ xuất hiện hộp thoại yêu cầu khởi động lại máy tính ta chọn “Restart Later” để bỏ qua tự động khởi động sau khi cài đặt xong. 10
  19. Hình 2.12: Hộp thoại yêu cầu khởi động lại máy tính - Bước 11: Mở thử phần mềm Multisim 14 và xuất hiện hộp thoại như hình: 2.13 đó là phần mềm chưa được cài đặt hoàn thiện và cần mở khóa kích hoạt phần mềm. Hình 2.13: Yêu cầu mở khóa và kich hoạt phần mềm - Bước 12: Mở lại thư mục crack như ở bước 4 và chạy file crack. Nếu giao diện nó không như hình mà chỉ có dòng “Right-click to open license folder” thì hãy click chuột phải vào dòng này và chọn đến đường dẫn “C:\ProgramData\National Intruments\License Manager\Licenses” 11
  20. Hình 2.14: Active phần mềm - Bước 13: Hoàn thành cài đặt phần mềm và có thể sử dụng phần mềm. Hình 2.15: Giao diện của phần mềm Multisim khi được cài đặt xong 2.2. Sử dụng Phần mềm Multisim 2.2.1. Các thành phần cơ bản của phần mềm Multisim Phần mềm Multisim có các giao diện khá là quen thuộc đối với những người đã sử dụng một số phần mềm khác trước khi dùng tới phần mềm Multisim. 12
  21. Hình 2.16: Giao điện của phần mềm Multisim Giao diện người sử dụng của Multisim bao gồm các thành phần cơ bản sau: - Menu: Gồm các cửa sổ ứng dụng, ở đó bạn có thể tìm thấy các lệnh của tất cả các Hàm. - Thanh công cụ hệ thống (System toolbar): Có các nút thực hiện các chức năng chung như tạo một mạch điện mô phỏng mới, mở một mạch điện mô phỏng đã tạo trước đó có trên đĩa, - Thanh thiết kê mô phỏng (MultiSim Design Bar): Là một phần tích hợp của Multisim giúp chúng ta có thể dễ dàng sử dụng lại các linh kiện. - Các linh kiện mẫu (Component toolbar): Gồm các mẫu linh kiện, ta có thể mở các nút để lấy các linh kiện cùng họ được liệt kê trong bảng. - Màn hình làm việc: Nơi đặt các linh kiện của mạch thiết kế. - Công cụ mô phỏng: Dùng để tiến trình mô phỏng các loại mạch được thiết kế. - Switch mô phỏng: Dùng để bật, tắt hay tạm dừng quá trình mô phỏng. - Thanh trạng thái làm việc: Hiển thị các trạng thái hoạt động của mạch. 13
  22. 2.2.2. Huớng dẫn mô phỏng cơ bản 2.2.2.1. Tạo tập tin mô phỏng Để thiết kế một mạch điện mô phỏng, ta chạy chương trình Multisim bằng cách click double click chuột vào biểu tượng Multisim trên Desktop của màn hình Window. Hình 2.17: Biểu tượng phầm mềm Multisim Tạo tập tin mới bằng cách chọn File -> New -> Schematic Capture hoặc nhấn tổ hợp phím “Ctrl + N”. Để lưu tập tin ta nhấn vào biểu tượng Save như dưới hình 2.19 hoặc nhấn tổ hợp phím “Ctrl + S”. Hình 2.18: Lưu tập tin nhanh Trong việc lưu tập tin chúng ta có thể đặt tên tập tin và lựa chọn vị trí lưu tập tin và dịnh dạng của tập tin là đuôi: “* .ms”. Hình 2.19: Lưu tập tin trên Menu 14
  23. Mở tập tin có sẵn trong máy, ta chọn File -> Open rồi tìm tập tin có sẵn trong máy hay được làm và lưu từ trước. 2.2.2.2. Hướng dẫn vẽ mạch điện tử Sau khi tạo được file mô phỏng mới, ta đã sẵn sàng đặt linh kiện để thiết kế và mô phỏng mạch điện tử. a) Lấy linh kiện Ta có thể tìm linh kiện trực tiếp trên thanh công cụ linh kiện, theo từng loại linh kiện chúng ta cần. Các linh kiện ta cần sử dụng để thiết kế được phân loại trong các nhóm logic đặc trưng cho tính chất của loại linh kiện, mỗi nhóm được ký hiệu bởi một nút trên thanh linh kiện. Khi ta click vào các nút này, họ các linh kiện sẽ xuất hiện hoặc ta nhấn phím tổ hợp “Ctr+W”. Hình 2.20: Thanh công cụ linh kiện Sau khi mở sẽ xuất hiện bảng tìm kiếm: Hình 2.21: Bảng công cụ linh kiện Trong đó: - Database (a): Là lớp cơ sở dữ liệu của các linh kiện, tại đây ta để mặc định Master Database là cơ sở dữ liệu có sẵn khi ta mới cài đặt Multisim. - Group (b): Là nhóm các linh kiện, ở đây ta có thể chọn nhóm linh kiện nguồn, nhóm linh kiện cơ bản, - Family (c): Là họ linh kiện cùng nhóm. 15
  24. - Component (d): Tên linh kiện và các linh kiện liên quan. - Hình minh họa linh kiện (e): Để phân biệt được loại linh kiện và lựa chọn đúng linh kiện cần thiết, tránh bị nhầm lẫn. Để lấy linh kiện ta sử dụng 2 cách cơ bản đó là: Tìm trực tiếp tại Component hoặc tìm theo nhóm họ, loại linh kiện. b) Xoay linh kiện Sau khi cửa sổ lựa chọn linh kiện đóng lại tại con trỏ trên cửa sổ làm việc sẽ hiện ra cùng hình ảnh linh kiện, di chuyển linh kiện để vị trí mà ta muốn đặt. Về việc xoay linh kiện, ta nhấn phím tổ hợp “Ctr + R” để xoay linh kiện. Hình 2.22: Trước và sau khi xoay linh kiện Thay đổi thông số các linh kiện cơ bản như: nguồn điện, công suất của nguồn, Sau khi chúng ta chọn được linh kiện thì tại khung làm việc ta cũng có thể thay đổi các thông số. Bằng cách nhấn chuột trái hai lần vào linh kiện đó và thay đổi thông số tại ô giá trị và chọn OK. Hình 2.23: Thay đổi giá trị điện trở c) Nối dây linh kiện Có 2 cách nối dây linh kiện: - Cách thứ nhất đó là lựa chọn thanh Bus ở phần thanh linh kiện trên Menu hoặc dùng phím tổ hợp “Ctrl + U” sau đó lựa chọn 2 đầu của linh kiện cần nối dây. 16
  25. - Cách thứ 2 đó là nối dây bằng cách nhấp chuột phải vào 2 đầu linh kiện cần nối với nhau, trong quá trình đó cần đi dây sao cho gọn gàng. 2.2.3. Giới thiệu các thành phần linh kiện cơ bản 2.2.3.1. Linh kiện cơ bản Ở mục Group ta tìm Basic tức là nhóm linh kiện cơ bản, trong bao gồm các linh kiện điện tử cơ bản như điện trở, tụ điện, Hình 2.24: Linh kiện trong nhóm basic 17
  26. 2.2.3.2. Cổng Logic và flip flop Cổng Logic ta có thể tìm tại nhóm TTL hay nhóm CMOS. Hình 2.25: Cổng logic 2.2.4. Các dụng cụ mô phỏng Trong Multisim có rất nhiều dụng cụ mô phỏng để có thể xác định được khả năng của mạch bằng các thử nghiệm chạy thử với thanh công cụ mô phỏng, và Multisim có những thanh công cụ mô phỏng cơ bản sau đây và cũng là những thanh công cụ để mô phỏng: - Bode Plotter (Máy phân tích tần số cộng hưởng). - Distortion Analyzer (Máy phân tích độ méo). - Function generator (Máy phát sóng). - Logic Converter (Máy chuyển đổi logic). - Logic Analyzer (Máy phân tích mức logic). - Word generator (Máy phát từ). - Multimeter (Đồng hồ vạn năng). - Oscilloscpoe (Máy hiện sóng). 18
  27. Hình 2.26: Vị trí thanh công cụ mô phỏng 2.2.4.1. Osilloscope (Máy hiện sóng) Osilloscope là thiết bị hiển thị đầy đủ các thông số ta cần như điện áp, dạng sóng, . Và để mở Osilloscope ta nhấn 2 lần chuột trái vào biểu tượng của Osilloscope. Hình 2.27: Osilloscope và vị trí biểu tượng của Osilloscope 2.2.4.2. Bode Plotter (Máy phân tích tần số cộng hưởng) Bode Plotter dùng để phân tích tần số cộng hưởng của mạch điện, tạo ra một đồ thị cho đáp ứng tần số của mạch điện và được dùng rất hiệu quả trong việc phân tích các mạch lọc. Máy có thể dùng để đo tỷ lệ biên độ tín hiệu (Độ lợi tín hiệu tính bằng dB) hoặc độ dịch pha (tính theo độ). Khi sử dụng trong mạch điện thiết kế thì máy đo sẽ tự kích hoạt tần phổ, tạo ra một dãy tần số trên một phổ tần đặc biệt. Tần số của bất kỳ nguồn AC trong mạch đều không ảnh hưởng đến Bode Plotter, nhưng trong 19
  28. mạch vẫn phải có nguồn AC cung cấp ở một vài chỗ. Tuy nhiên, các tín hiệu AC được tạo ra thì có ảnh hưởng nhiều đến Bode Plotter. Để mở Bode Plotter ta nhấn 2 lần chuột trái vào biểu tượng của Bode Plotter. Hình 2.28: Bode Plotter (Máy phân tích tần số cộng hưởng) 2.2.4.3. Distortion Analyzer (Máy phân tích độ méo) Đặc trưng của máy này là cung cấp việc đo độ méo trong dãy tần số từ 20 Khz đến 100 Khz, bao gồm tín hiệu âm thanh (Hạ tần). Các phương pháp thực hiện việc đo này là Total Harmonic Distortion (THD: hoàn toàn điều hòa độ méo) hoặc Signal Plus Noise and Distor tion (SINAD: cộng nhiễu và méo vào tín hiệu). Để thiết lập ta click vào Settings và chọn Harmonic Distortion (Điều hòa độ méo) Harmonic Distortion phát ra những tín hiệu điều hòa của tần số kiểm tra. Chẳng hạn, tín hiệu có tần số là 1Khz, Harmonic có thể là 2Khz, 3Khz, 4Khz Một mức nhọn đột ngột có thể điều hòa, được yêu cầu điều hòa độ méo. Mạch lọc được điều chỉnh đến tần số kiểm tra như là 1Khz, nó sẽ loại bỏ tín hiệu có tần số 1 Khz, chỉ loại bỏ tần số cần điều hòa hoặc độ méo. Việc điều hòa độ méo được đo và giá trị kết quả được so sánh với biên độ của tín hiệu kiểm tra. SINAD: Phương pháp đo này dùng để đo tỷ lệ của tín hiệu (Tín hiệu thêm nhiễu và méo)/(Mức nhiễu và méo). 20
  29. Hình 2.29: Distortion Analyzer (Máy phân tích độ méo) 2.2.4.4. Function generator (Máy phát sóng) Máy phát sóng dùng để tạo ra tín hiệu điện thế dạng sin, tam giác và vuông. Đó là một phương pháp thực tế và tiện lợi để cung cấp những tín hiệu kích thích cho một mạch điện. Chúng ta có thể thay đổi dạng sóng và điều chỉnh tần số, biên độ và chu kỳ thao tác. Dãy tần số của máy phát sóng là đủ lớn để tạo tín hiệu tần số âm thanh và vô tuyến. Máy phát sóng có 3 nút (+), common và (–) dùng để cung cấp dạng sóng cho mạch điện. Hình 2. 30: Function generator (Máy phát sóng) 2.2.4.5: Logic Converter (Máy chuyển đổi logic) Đây là một thiết bị dùng để thực hiện các việc chuyển đổi của mạch điện, nó có 8 ngõ vào và 1 ngõ ra. Nó có thể chuyển đổi mạch điện sang bảng sự thật hoặc biểu thức Boolean và tạo ra một mạch điện từ bảng sự thật hoặc biểu thức Boolean. 21
  30. Hình 2. 31: Logic Converter (Máy chuyển đổi logic) 2.2.4.6: Logic Analyzer (Máy phân tích mức logic) Logic Analyzer hiển thị các mức của 16 tín hiệu số trong mạch điện. Nó được dùng để nhận dữ liệu trạng thái logic và đưa ra thời gian phân tích giúp cho việc thiết kế các hệ thống lớn và chống xung đột. Hình 2. 32: Logic Analyzer (Máy phân tích mức logic) 2.2.4.7: Word generator (Máy phát từ) Sử dụng để gửi các từ số hoặc mẫu bit vào trong mạch điện để cung cấp sự kích thích đến mạch số. 22
  31. Hình 2. 33: Word generator (Máy phát từ) 2.2.4.8: Multimeter (Đồng hồ vạn năng) Multimeter dùng để đo điện áp, cường độ dòng điện hoặc cường độ suy hao âm thanh trở kháng giữa các điểm đo thử trong mạch điện (kết nối đến nút (+) và (-) của máy đo. Có thể hiệu chỉnh lại các nút điều khiẻn của máy để đo Ampere(A), Volt (V), Ohm, dB, tín hiệu AC hoặc DC. Điều chỉnh các giá trị cần thiết với nút lệnh Set như trở kháng nội vi của Volt kế và Ampere kế, riêng cường độ nội vi của Ohm kế và giá trị dB được áp dụng theo tiêu chuẩn. Những giá trị thể hiện trên biểu tượng của máy đo trong chương trình đều đã được ấn định theo tiêu chuẩn của các máy đo thực tế, cho nên những giá trị đo được trong mạch điện không có ảnh hưởng nào đáng kể đối với mạch đang được đo thử. Hình 2. 34: Multimeter (Đồng hồ vạn năng) 23
  32. CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN TỬ SỐ 3.1. Mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn a) Mục tiêu: Mô phỏng hoạt động của mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn, và nắm được kiến thức cơ bản. b) Các bước tiến hành: - Bước 1: Hoàn thành sơ đồ nguyên lý của mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn sử dụng các thành phần sau: + 04 công tác (Logic Siwitch) + 01 IC 74SL47_IC + 01 Màn hình hiển thị LED 7 đoạn (Place Virtual 7 - Segment Display) Hình 3.1: Mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn - Bước 2: Kiểm tra các kết nối dây dẫn tới các thiết bị. - Bước 3: Nhấn nút Run tại thanh công cụ này: hoặc ấn phím F5 để thực hiện quá trình mô phỏng. - Bước 4: Lần lượt thay đổi công tác Logic Switch sao cho thay đổi trạng thái của các đầu vào, quan sát LED 7 đoạn ở đầu ra từ đó lập bảng trạng thái tương ứng như sau: Bảng trạng thái của mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn: 24
  33. Bảng 3.1: Trạng thái của mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn Đầu vào Hiển thị LED S1 S2 S3 S4 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 25
  34. 3.2. Mạch giải mã dùng IC 71438 (74LS138) a) Mục tiêu: Xây dựng và khảo sát hoạt động của mạch giải mã dùng IC 74138. b) Các bước tiến hành: - Bước 1: Hoàn thành sơ đồ nguyên lý của mạch giải mã dùng IC 71438 bao gồm các thành phần sau: + 03 Công tác (Logic Switch) + 11 Đèn báo (Logic Display) + 01 IC 74138 + 01 Nguồn + 01 Đất Hình 3.2: Mạch giải mã dùng IC 71438 (74LS138) - Bước 2: Kiểm tra các kết nối dây dẫn tới các thiết bị. - Bước 3: Nhấn nút Run tại thanh công cụ này: hoặc ấn phím F5 để thực hiện quá trình mô phỏng. - Bước 4: Lần lượt thay đổi công tác Logic Switch sao cho thay đổi trạng thái của các đầu vào, quan sát và từ đó lập bảng trạng thái tương ứng như sau, với quy ước lấy đèn sáng là 0, đèn tắt là 1. 26
  35. Bảng 3.2: Trạng thái của mạch giải mã dùng IC 71438 (74LS138) Đầu ra Đầu vào S1 S2 S3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 3.3. Mạch đếm đồng bộ sử dụng IC 74LS193 a) Mục tiêu: - Hiểu rõ về LED 7 đoạn (Hex Display) hoạt động như thế nào và có thể sử dụng như một thiết bị chỉ, báo màn hình ra sao. - Hiểu được nguyên lý hoạt động của IC 74LS193. b) Các bước tiến hành: - Bước 1: Hoàn thành sơ đồ nguyên lý của mạch đếm đồng bộ sử dụng IC 74LS193 bao gồm các thành phần sau: + 02 Công tác (Logic Switch) + 05 Đèn báo (Logic Display) + 01 IC 74LS193 + 01 Nguồn + 01 Nối Đất + 01 Màn hình hiển thị LED 7 đoạn (Place Virtual 7 - Segment Display) 27
  36. Hình 3.3: Mạch đếm đồng bộ sử dụng IC 74LS193 - Bước 2: Kiểm tra các kết nối dây dẫn tới các thiết bị. - Bước 3: Nhấn nút Run tại thanh công cụ này: hoặc ấn phím F5 để thực hiện quá trình mô phỏng. - Bước 4: Đầu tiên ta ấn phím Space để mở nguồn, sau đó ta lần lượt ấn phím C để mở các đèn LED X1, X2, X3, X4, với các đèn LED có thể hiểu được là đầu vào, quan sát LED 7 đoạn, và lập bảng trạng thái như sau: Bảng 3.3: Trạng thái của mạch đếm đồng bộ sử dụng IC 74LS193 Đầu Vào Hiển thị LED X1 X2 X3 X4 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 28
  37. 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 29
  38. 3.4. Mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit dùng hàm NAND 2 đầu vào a) Mục tiêu: Thiết kế và mô phỏng hoạt động của mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit dùng hàm NAND 2 đầu vào. b) Các bước tiến hành: - Bước 1: Hoàn thành sơ đồ nguyên lý của mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit dùng hàm NAND 2 đầu vào bao gồm các thành phần sau: + 07 Cổng NAND 2 đầu vào (74LS00N) + 02 Công tác (Logic Display) + 03 đèn báo ( Logic Switch) Hình 3.4: Mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit dùng hàm NAND 2 đầu vào - Bước 2: Kiểm tra các kết nối dây dẫn tới các thiết bị. - Bước 3: Nhấn nút Run tại thanh công cụ này: hoặc ấn phím F5 để thực hiện quá trình mô phỏng. - Bước 4: Lần lượt thay đổi công tác Logic Switch sao cho thay đổi trạng thái của các đầu vào, quan sát ở và từ đó đưa ra các kết quả như hình 3.5 -> hình 3.8. + Lần 1: Đầu vào S1 đóng, đầu vào S2 đóng, ta có trạng thái của đầu ra là A=B 30
  39. Hình 3.5: Đầu vào S1 đóng, đầu vào S2 đóng + Lần 2: Đầu vào S1 mở, đầu vào S2 đóng, ta có trạng thái của đầu ra là A>B Hình 3.6: Đầu vào S1 mở, đầu vào S2 đóng + Lần 3: Đầu vào S1 mở, đầu vào S2 mở, ta có trạng thái của đầu ra là A=B Hình 3.7: Đầu vào S1 mở, đầu vào S2 mở 31
  40. + Lần 4: Đầu vào S1 đóng, đầu vào S2 mở ta có trạng thái của đầu ra là A B 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 - Bước 6: Nhận xét kết quá mô phỏng: Bảng trạng thái của mạch đã mô phỏng thu được trùng với lý thuyết. Ta xét các trường hợp: + A = B (Đầu ra A = B có giá trị logic 1 - đèn sáng) khi hai đầu vào có cùng mức Logic (A = B = 0 hoặc A = B = 1). + A B (Đầu ra A > B có giá trị logic 1- đèn sáng) khi đầu vào A có mức Logic lớn hơn đầu vào B (A = 1 , B = 0). 32
  41. 3.5. Bộ đếm thập phân a) Mục tiêu: Thiết kế và mô phỏng hoạt động bộ đếm 1 chữ số và 2 chữ số sử dụng IC 74LS190 và IC 74LS47. b) Tiến hành thực hiện thí nghiệm: 3.5.1. Bộ đếm thập phân 1 chữ số - Bước 1: Chuẩn bị các linh kiện sau đây: + 01 IC 74LS190 + 01 IC 74LS47 + 01 công tác (Logic Siwitch) + 01 HRX1x2 + 01 Digital_Cloock + 01 Đèn báo (Logic Display) + 01 Nguồn + 01 Đất + 01 Màn hình hiển thị LED 7 đoạn (Place Virtual 7 - Segment Display) - Bước 2: Sau khi chuẩn bị xong các linh kiện thì vẽ mạch theo hình 3.9: Hình 3.9: Bộ đếm thập phân 1 chữ số - Bước 3: Tiến hành chạy mô phỏng bằng cách: Nhấn nút Run tại thanh công cụ này: hoặc ấn phím F5 để thực hiện quá trình mô phỏng và quan sát đèn LED để đưa ra kết quả: 33
  42. Kết quả mô phỏng: - Trường hợp 1: Khi khóa ở vi trí S1 mở nguồn các LED hiển thị các số đếm lên từ 0 đến 9. Hình 3.10: Kết quả trường hợp 1 của bộ đếm thập phân 1 chữ số - Trường hợp 2: Khi khóa ở vi trí S1 đóng nguồn các LED hiển thị các số đếm xuống từ 9 về 0. Hình 3.11: Kết quả trường hợp 2 của bộ đếm thập phân 1 chữ số 34
  43. 3.5.2. Bộ đếm thập phân 2 chữ số - Bước 1: Chuẩn bị các linh kiện sau đây: + 02 IC 74LS190 + 02 IC 74LS47 + 04 Nguồn + 01 Đất + 02 Màn hình hiển thị LED 7 đoạn (Place Virtual 7 - Segment Display) + 01 Function generator (Máy phát sóng) - Bước 2: Sau khi chuẩn bị xong các linh kiện thì vẽ mạch theo hình 3.12 Hình 3. 12: Bộ đếm thập phân 2 chữ số - Bước 3: Tiến hành chạy mô phỏng bằng cách: Nhấn nút Run tại thanh công cụ này: hoặc ấn phím F5 để thực hiện quá trình mô phỏng. Kết quả thí nghiệm: - Trong quá trình chạy mô phỏng, quan sát đèn LED và thấy đèn LED xuất hiện các số đếm lên từ 0 đến 99, khi đếm đến 99 đèn LED về lại số 0 và tiếp tục đếm lên 99. 35
  44. Hình 3. 13: Kết quả của thí nghiệm bộ đếm thập phân 2 chữ số .  Nhận xét: - 74LS190 là IC dòng TTL dùng để đếm lên và đếm xuống chia 10 hay gọi là vi mạch thuận nghịch thập phân (MOD10). Khi có xung vào chân đếm của 74LS190 thì tùy vào điều kiện mà chúng ta cấu hình đếm lên hay đếm xuống thì IC này cứ mỗi sườn lên của xung đầu vào thì nó giải mã ra mã BCD. Nếu mà đếm xuống thì nó sẽ đếm và giải mã kiểu này: Xung vào thứ 1 nó giải mã BCD ra (0001) tức là số 9, tương tự như vậy thì xung thứ 2 nó giải mã BCD ra (1000) tức là số 8 cứ thế cho đến xung thứ 9 và BCD là số 0. Còn đếm lên thì ngược lại - Do đầu ra của 74LS190 là mã BCD do đó để hiện thị lên LED 7 thì cần phải mã hóa ra mã của LED 7 thanh. Do đó ta dùng IC mã hóa là 74LS47. Loại IC này cũng rất đơn giản và dễ kiếm tác dụng của nó là đầu vào BCD sau đó giải mã ra LED 7 tương ứng. 36
  45. KẾT LUẬN Trong quá trình làm khóa luận, em đã nắm được những nét khái quát về phần mềm Multisim, cũng như ứng dụng của phần mềm để vẽ và mô phỏng mạch điện từ thông qua các ví dụ ở từng phần làm việc thử nghiệm các mạch điện tử được dễ dàng hơn, đơn giản hơn, chính xác hơn. Qua đây, có thể thấy rằng việc sử dụng phần mềm này một cách hợp lý sẽ mang lại hiệu quả cao trong học tập và trong quá trình làm việc sau này. Sau thời gian nghiên cứu đã thu được một số kết quả: - Đã cài đặt phần mềm Multisim - Đã mô phỏng được một số mạch như: + Mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn. + Mạch giải mã dùng IC 74138 (74LS138). + Mạch đếm BCD 74168 (74LS168) thay thế bằng: Mạch đếm đồng bộ sử dụng IC 74LS193. + Mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit dùng hàm NAND 2 đầu vào. + Bộ đếm thập phân. - Nhận thấy phần mềm Multisim thiếu rất nhiều linh kiện, điển hình là IC_74LS168 không có trong phầm và không thể tự tạo thư viện linh kiện mới cho phần mềm như các phần mềm khác. Nếu có điều kiện tiếp tục nghiên cứu, thì em có thể mô phỏng một số mạch điện tử phức tạp hơn và nghiên cứu sâu hơn về phần mềm Multisim. 37
  46. TÀI LIỆU THAM THẢO 1. Le Nguyen Truong Giang. Chương 1. GIỚI THIỆU VỀ MÔ PHỎNG. Truy cập tại [Ngày truy cập 22/01/2020]. 2. Th.s Lê Minh Đức (2019). Bài Giảng: Thiết kế hệ thống số, Trường đại học Lâm Nghiệp. 3. Le Nguyen Truong Giang. Chương 3.GIỚI THIỆU VỀ MÔ PHỎNG. Truy cập tại [Ngày truy cập 22/01/2020]. 4. Minh Khôi. Báo cáo giới thiệu và hướng dẫn sử dụng phần mềm Multisim. Truy cập tại . [Ngày truy cập 25/01/2020]. 5. Nguyễn Thanh Hà cùng tập thể giáo viên Ban Điều Khiển Điện Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Hà Nội (05/2014). Mô phỏng mạch điện tử. Nhà xuất bản Lao Động Xã Hội. 6.Lab VIEW& MULTISIM. Multisim. Available from: . [ 28/02/2020]. 7. Tra Hoang Dieu. Chương 2: MULTISIM 6.20 VÀ ỨNG DỤNG VÀO MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN. Truy cập tại . [Ngày truy cập 22/01/2020]. 8.Trần Luyến (14/12/2014). Hướng dẫn vẽ và mô phỏng trên phần mềm MultiSim. Truy cập tại . [Ngày truy cập 25/01/2020]. 9. Nguyễn Thúy Vân (2004). Kỹ thuật số, NXB Khoa học và kỹ thuật. 10. Nguyễn Kim Giao (2006).Kỹ thuật điện tử số, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội. 11. Dr. Amir Aslani (2018). Introduction to NI Multisim & Ultiboard Software version 14.1, August 2018. Dr.Amir Aslani Blog, Available from . [21 February 2020].MM