Sessão Prática - Multisim & Ultiboard: Captura Esquemática e Simulação.
Software Necessário: Multisim 13.0 Exercício 1: Criando um Esquemático com o NI Multisim Propósito do Exercício Criar e testar um circuito básico no Multisim. Sinópse do Exercício Este exercício fornece uma introdução geral ao software para criação e simulação de esquemáticos no Multisim. Você criará e conectará um circuito básico no Multisim, utilizando diversas maneiras de inserir e conectar componentes, além de simular o circuito. Exercício Completo Figura 1 Esquemático completo do exercício Instruções do Exercício 1. Abra o Multisim. 2
Se o Multisim não estiver aberto, selecione Start>>All Programs>>National Instruments>>Circuit Design Suite 13.0>>Multisim 13.0 O Multisim abre um arquivo padrão chamado Design 1 e uma área de trabalho para este arquivo. 2. Salve o arquivo do circuito como 40kFILTER1. Clique em File>>Save As... Busque por uma pasta onde você deseja salvar os seus exercícios e digite 40kFILTER1 no campo File name. Clique em Save. 3. Construa o circuito 40kFILTER1 como mostrado na figura 1. Instruções sobre a localização dos componentes são dadas nos próximos passos. Selecione Place>>Component. Selecione o banco de dados Master Database e depois selecione o grupo Sources. Selecione a família Signal_Voltage_Sources e depois selecione o componente CLOCK_VOLTAGE. Para inserir este componente na área de trabalho, clique duas vezes no mesmo e depois clique em algum local da área de trabalho. Você pode inserir novos componentes ou clicar em Close para finalizar. A tabela a seguir fornece a localização para cada componente: Tabela 1 Localização dos componentes 3
4. Girando componentes. Insira o DC_POWER (V2) seguindo o mesmo procedimento do CLOCK_VOLTAGE (V1) e tomando como referência a tabela anterior. Uma vez que o componente for anexado ao cursor do mouse pressione <CTRL-R> no seu teclado e você verá como o componente é girado. Clique para inserir o componente. Se o componente já foi inserido, selecione o componente com o mouse e pressione as teclas <CTRL-R> para girá-lo. 5. Configure os componentes virtuais. Para mudar os valores dos componentes virtuais, como a fonte de clock e a fonte de tensão, clique duas vezes no componente. Na aba Valor altere os parâmetros de acordo com a tabela 1. 6. Lista em Uso. Como você pode ver no diagrama do circuito, existem duas fontes de tensão de 15V, V2 e V3. Se você já inseriu V2 e a configurou, ao invés de voltar ao Buscador de Componentes para selecionar uma segunda fonte de tensão, utilize a Lista em Uso na barra de ferramentas Principal localizada no canto superior direito da janela do Multisim (veja a figura a seguir). Clique na lista e selecione DC_POWER. Uma cópia exata será anexada ao ponteiro do mouse e você poderá inserir a fonte na área de trabalho para criar V3. Figura 2 Lista em Uso Insira a referência GROUND (terra) e utilize a Lista em Uso para inserir outras referências de terra necessárias. 7. Utilize o Filtro para localizar componentes. No Buscador de Componentes, selecione o grupo Basic. Selecione a família Resistor e no topo da lista de componentes digite 40.2. Veja como isto age como um filtro, para encontrar o componente que você está procurando (40.2k). Coloque outro resistor (R2), o capacitor (C1) e o potenciômetro (R3).} 4
8. Buscando componentes Agora, você irá colocar um OpAmp (amplificador operacional). No Buscador de Componentes clique no botão Search... No campo Component, digite *358* e clique em Search. Você está buscando por todos os componentes que tenham a sequência de caracteres 358 em seu nome. Dos resultados da busca, selecione o componente LM358N. Clique em OK. Isto levará você à localização exata do OpAmp. No campo Model Manufacturer/Model ID, selecione o modelo Motorola e clique em OK para inserir o componente. Uma vez que este é um componente com múltiplas seções, a caixa de diálogo Section Selector aparecerá. Clique na seção A e insira o componente. Clique em Cancel. 9. Inverta os terminais de um componente. Note como os terminais (+ e -) do OpAmp estão posicionados no diagrama do circuito. Selecione o OpAmp na área de trabalho, clique com o botão direito do mouse nele e selecione Flip Vertically. O OpAmp que você colocou na área de trabalho deverá ficar idêntico ao mostrado no diagrama do circuito. Mova e posicione os componentes como é mostrado no diagrama do circuito (figura 1). 10. Inserindo fios. Para conectar o seu circuito, mova o ponteiro do mouse até qualquer terminal de algum componente. O ponteiro mudará sua forma para uma cruz. Clique e mova o mouse para iniciar a conexão. Clique novamente na área de trabalho para fixar o fio em um ponto e prosseguir com a conexão. Clique no terminal de destino para finalizar a conexão. Complete a conexão do seu circuito conforme o diagrama da figura 1. 11. Modifique as propriedades das conexões. Clique duas vezes no nó do terminal positivo da fonte de clock (V1) e altere o nome do nó para entrada. Para isso clique no campo Preferred Net Name e digite entrada. Clique em Apply e depois em OK. Clique duas vezes no nó do terminal de saída do AmpOp (U1A) e mude o nome do nó para saída seguindo o mesmo procedimento do passo acima. 5
12. Inserindo outros objetos. Selecione Place>>Text. Crie uma caixa de texto com a letra A e outra com a letra B e as posicione conforme é mostrado no diagrama do circuito da figura 1. 13. Adicione um segundo capacitor (C2) entre os pontos A e B do circuito com a conexão automática. Utilize a Use List para selecionar o componente CAPACITOR_VIRTUAL. Com o capacitor adicionado ao ponteiro do mouse, gire-o para a orientação horizontal (pressionando CTRL+R) e então o posicione no fio, entre os pontos A e B, e solte o botão do mouse para conectá-lo automaticamente. 14. Você acaba de concluir a construção do circuito. O Circuito completo pode ser visto na figura 1. 15. Salve o circuito. Clique em File >> Save. Mantenha o Multisim aberto. 16. Carregue um arquivo de circuito já existente e simule-o. Selecione File>>Open. Procure pelo arquivo: C:\Exercises\Multisim\Lab01\Up_down Clique em Open. Um circuito contador é aberto para você. Figura 3 Circuito contador 6
17. Simule o circuito. Clique no botão Run na barra de ferramentas Simulação para iniciar a simulação. Para saber se a simulação está sendo executada, observe quadrados verdes se movendo no canto inferior direito da tela. 18. Componentes animados e interativos. Com a simulação sendo executada, você pode alterar a posição de qualquer chave se clicar nela. Estes componentes são interativos. Você pode também alterar a posição pressionando alguma tecla associada à chave. Altere a posição das chaves e observe o display de 7 segmentos que é um componente animado. Observe também o comportamento das pontas de provas digitais RCO e MAX. 19. Pare a simulação. Clique no botão Stop Simulation. 20. Feche todos os arquivos de circuito abertos. Selecione File>>Close All e clique em Yes se for perguntado se deseja salvar as modificações. Deixe o Multisim aberto para o próximo exercício. Fim do Exercício 7
Sessão Prática NI Multisim Software Necessário: Multisim 13.0 Exercício 2: Trabalhando com Instrumentos Propósito do Exercício Entender a resposta e o comportamento do filtro passa-faixa que você criou. Sinopse do Exercício Utilize instrumentos virtuais e simulação interativa para examinar a resposta e o comportamento do filtro passa-faixa criado no exercício 1. O Bode Plotter e o Osciloscópio serão inseridos no circuito para medir a resposta do filtro. Você substituirá a fonte por um gerador de funções. Exercício Completo 8
Figura 1 Esquemático completo do exercício Instruções do Exercício O arquivo do circuito que você criou no exercício 1 será utilizado neste exercício. 1. Abra o Multisim. 2. Carregue o arquivo do circuito. Abra o arquivo 40kFILTER1 que você criou no exercício 1. 3. A figura 1 é o diagrama do circuito com os instrumentos conectados. Se refira a ela para completar o exercício. 4. Substitua o componente CLOCK_VOLTAGE por um Function Generator. Clique no ícone do Function Generator na barra de Instrumentos localizada à direita da janela do Multisim. Posicione o instrumento próximo ao local onde está o componente CLOCK_VOLTAGE (V1) e clique para inserir. Figura 2 Barra de Instrumentos do Multisim 9
Posicione o ponteiro do mouse sobre cada ícone da barra Instrumentos e observe através de uma dica o nome do instrumento. Conecte o terminal negativo (-) do Gerador de Funções ao nó entrada, que é o nó conectado a R1. Conecte também o terminal central (terra) do Gerador de Funções à referência de terra. Selecione o componente CLOCK_VOLTAGE (V1) e pressione <Delete>. Clique duas vezes no símbolo do Gerador de Funções. O painel frontal do instrumento será aberto em uma nova janela. Configure-o conforme é mostrado na figura a seguir. Figura 3 Painel Frontal do Gerador de Funções O Painel Frontal de todos os instrumentos é mostrado em uma janela separada do circuito, o que significa que você pode deixá-lo aberto e trabalhar com o seu circuito, ou você pode fechá-lo pressionando o botão Close (localizado no canto direito superior da janela do instrumento). Se você decidir fechá-lo, as configurações que você acaba de realizar ainda serão aplicadas ao instrumento. 5. Insira o Bode Plotter e o Osciloscópio. Na barra Instrumentos selecione o Bode Plotter e o Oscilloscope e os coloque na seção superior direita da área do circuito. 10
Para cada instrumento você pode conectar os terminais negativos a uma referência de terra. Se você não conectar um fio aos terminais negativos destes instrumentos, o Multisim assume uma referência de terra para eles. No entanto, para boas práticas na simulação de circuitos, você deve sempre conectar uma referência a estes terminais. Conecte o terminal positivo IN (+) do Bode Plotter ao nó entrada e o terminal OUT (+) ao nó saída. Conecte o terminal positivo (+) do Canal A do Oscilloscope ao nó entrada e o terminal positivo (+) do Canal B do Oscilloscope ao nó saída. Abra o painel frontal do Bode Plotter e do Oscilloscope e os configure conforme mostrado nas figuras a seguir. Figura 4 Painel Frontal do Bode Plotter 11
Figura 5 Painel Frontal do Osciloscópio 6. Mude as cores dos fios. Para ter uma melhor distinção entre os fios de entrada e saída, você pode mudar a cor dos mesmos. Clique com o botão direito do mouse em qualquer um dos nós conectados ao terminal OUT do Bode Plotter e selecione Cor do Segmento... Escolha então uma cor e clique em OK. Repita o procedimento acima para o Oscilloscope. Altere a cor do segmento conectado ao Canal B. A cor dos traços que são desenhados nos gráficos destes instrumentos é a mesma cor utilizada nos fios conectados aos terminais do instrumento. 7. Simule o circuito. Abra o painel frontal do Bode Plotter e do Oscilloscope. Simule o circuito. Observe os traços em ambos os instrumentos. 12
Clique no botão Inverter no painel frontal dos instrumentos, para alterar a cor de fundo da área dos gráficos. As curvas resultantes de ambos os instrumentos devem ser similares às mostradas nas figuras a seguir. Figura 6 Resultados da simulação do Bode Plotter Figura 7 Resultados da simulação do Osciloscópio 8. Modifique o comportamento do circuito durante a simulação. Com a simulação sendo executada, altere o valor do potenciômetro R. Posicione o ponteiro do mouse em cima do componente R3 e um cursor horizontal aparecerá. Mova o cursor para alterar o valor do potenciômetro. Você também pode alterar o valor pressionando uma tecla correspondente associada ao potenciômetro. Isto aumentará o valor do potenciômetro. Pressione <SHIFT+tecla associada> (Clique duas vezes sobre o componente e observe a tecla selecionada na opção: Key ) para diminuir o valor. Observe no osciloscópio a resposta do circuito ao aumentar e diminuir a resistência R3. A resposta do Bode Plotter será atualizada apenas quando você reiniciar a simulação. 9. Use a Ponta de Prova de Medição. 13
Feche os instrumentos clicando no botão vermelho Close no canto direito superior de cada painel frontal. Enquanto a simulação ainda está sendo executada, utilize a Measurement Probe para ter uma visão rápida dos níveis de tensão no circuito. Clique na Measurement Probe na barra de Instrumentos. Figura 8 Localização do Measurement Probe na barra de Instrumentos Com a Measurement Probe anexada ao ponteiro do mouse, mova-a para perto de qualquer nó (não clique) e observe a caixa amarela que aponta informações elétricas do respectivo nó. 10. Pare a simulação. Feche o painel frontal de qualquer instrumento que possa ainda estar aberto. 11. Feche todos os arquivos de circuito abertos. Selecione File>>Close All e clique em Yes se for perguntado se deseja salvar as modificações. Deixe o Multisim aberto para o próximo exercício. Fim do Exercício Sessão Prática NI Multisim Software Necessário: Multisim 13.0 Exercício 3: Gerando Relatórios e Transferindo o seu esquemático 14
Propósito do Exercício Uma introdução aos relatórios disponíveis no Multisim e você também irá aprender como transferir seu esquemático para o Ultiboard onde será possível desenvolver sua PCB. Sinopse do Exercício 1. Gerar a Lista de Materiais; 2. Aprender como customizar a lista; 3. Aprender como transferir o esquemático para layout de PCB. Instruções do Exercício O arquivo do circuito que você criou no exercício 1 será utilizado neste exercício. 1. Abra o Multisim. 2. Carregue o arquivo do circuito. Abra o arquivo 40kFILTER6 que você está na pasta <Exercises>\Multisim\Lab06 3. Gere a lista de materiais: Selecione Report>>Bill of Materials. 4. Customize a lista: Clique e segure e então arraste qualquer coluna para move-la para uma nova posição; Clique sobre o cabeçalho de qualquer coluna para classificar a lista com relação a aquela coluna; Experimente os outros botões que existem na janela da lista. Perceba que é possível salvar e imprimir a lista, feche a lista quando você tiver terminado. 15
5. Transfira o Esquemático para a PCB: a. Prepare seu circuito Insira os conectores para a fonte de alimentação e os sinais de entrada e saída. Selecione: Place>>Component, localize HDR1X5. Conecte-o como mostrado na figura abaixo: 16
Agora o circuito está pronto para ser transferido para o Ultiboard: Selecione Transfer>>Transfer to Ultiboard>> Transfer to Ultiboard 13. Salve o arquivo netlist (.ewnet); Quando o Ultiboard inicializar clique em OK para aceitar todas as ações do Import List. Será mostrada uma PCB padrão com todos os componente não posicionados e sem nenhuma conexão entre eles. Mantenha o Ultiboard aberto. Fim do Exercício 17