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 v
Trang 1TRƯỜNG 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:
Trang 2LỜI 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
Trang 3NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Hà Nội, ngày…… tháng……năm 2020
Giảng viên hướng dẫn
(Chữ ký, họ tên)
Trang 4NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
(Chữ ký, họ tên)
Trang 5MỤC 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
Trang 6DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Trạng thái của mạch giải mã nhị phân BCD sang LED 7 đoạn 25Bảng 3.2: Trạng thái của mạch giải mã dùng IC 71438 (74LS138) 27Bảng 3.3: Trạng thái của mạch đếm đồng bộ sử dụng IC 74LS193 28Bảng 3.4: Trạng thái của mạch so sánh 2 số nhị phân 1 bit dùng hàm NAND 2 đầu vào 32
Trang 7DANH 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
Trang 8Hình 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
Trang 9CHƯƠNG 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
Trang 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:
Trang 11Hình 1.1: Sơ đồ thể hiện quy trình mô phỏng
Trang 12CHƯƠNG 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:
Trang 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
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:
Trang 14Hình 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
Trang 15Hình 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
Trang 16Hình 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
Trang 17Hình 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
Trang 18Hình 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
Trang 19Hình 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”
Trang 20Hình 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
Trang 21Hình 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
Trang 222.2.2 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
Trang 23Hình 2.20: Thanh công cụ linh kiện
Hình 2.21: Bảng công cụ linh kiện
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”
Sau khi mở sẽ xuất hiện bảng tìm kiếm:
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