Multisim仿真軟件在發(fā)動(dòng)機(jī)電控設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在電子電路設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，電子工程師為了驗(yàn)證電路的功能，往往是焊接一塊試驗(yàn)板或在面包板上搭接電路，然后通過測(cè)試儀器進(jìn)行分析和判斷。這種方法耗資耗時(shí)耗力，而且還受到硬件設(shè)備的制約，測(cè)量精度差。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助分析和仿真技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用。加拿大Interactive Image Technologies公司在成功推出EWB（Electronics Workbench），Multisim2001的基礎(chǔ)上，于2003年5月發(fā)布了Multisim7.0仿真軟件，為電路功能的全面驗(yàn)證及優(yōu)化提供了快捷、高效的手段。

一、Multisim 7.0的功能特點(diǎn)

Multisim7.0是一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，為使用者造就了一個(gè)集成一體化的試驗(yàn)環(huán)境，他采用圖形化的輸入方式，只需進(jìn)行簡單的拖放和連接操作，便可完成電路的搭建與分析。作為一個(gè)專業(yè)應(yīng)用軟件，他具有以下特點(diǎn)：

（一）豐富的元件和測(cè)試儀器

Multisim7.0提供了數(shù)千種電路元件，包括基本獨(dú)立元件（電阻、電容、三極管等）、集成電路（74及40系列芯片、DA及AD、集成運(yùn)放等）、源器件（各種獨(dú)立源、受控源、時(shí)鐘信號(hào)等）、基本顯示器件（伏特表、電流表、數(shù)碼管等）和其他元器件（繼電器、電磁鐵、直流電機(jī)等），而且還可以根據(jù)需要擴(kuò)充或新建已有的元器件庫，大大方便了使用者。軟件中各元器件參數(shù)可調(diào)，并提供了理想值，這為分析電路的實(shí)際值與理論值的差異提供了依據(jù)。Multisim7.0的測(cè)試儀器包括數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、多綜示波器、掃頻儀、頻率計(jì)、邏輯分析儀等，很難設(shè)想實(shí)際購置這些儀器設(shè)備所需的巨額投資。

（二）動(dòng)態(tài)可視化效果

Multisim7.0的元器件采用與實(shí)物一致的外形，使用者即便是第一次使用，也能方便地找到所需的元器件。對(duì)于測(cè)試儀器，其測(cè)量結(jié)果的顯示也與實(shí)際設(shè)備一致，能實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行。另外，他的數(shù)碼管能夠發(fā)光、熔斷絲可以燒斷、蜂鳴器能夠發(fā)聲、電阻器能夠通過鍵盤隨時(shí)改變阻值，形象地表征了電路的動(dòng)態(tài)特性，體現(xiàn)了其“軟件即儀器”的本質(zhì)特性。

（三）多種分析功能

作為虛擬的電子工作臺(tái)，Multisim7.0提供了詳細(xì)的電路分析手段，不僅可以完成電路的瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析等常規(guī)電路分析方法，而且還提供了離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析和電路容差分析等共計(jì)27種電路分析方法，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。此外他還可以對(duì)被仿真電路中的元件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察到在不同故障情況條件下的電路工作狀態(tài)。

（四）兼容性好

Multisim 7.0的器件模型和分析方法都是建立在SPICE（Simulation Program with Integrated CircuitEmphasis）仿真程序的基礎(chǔ)上，因此他與SPICE的網(wǎng)格兼出PCB文件，這樣利用Multisim7.0一個(gè)軟件，便可完成從電路的設(shè)計(jì)分析直至印刷電路板格式文件輸出等全部設(shè)計(jì)工作，大大加快了產(chǎn)品的開發(fā)速度，提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。

二、Multisim 7.0用于噴油器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

（一）發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)模型

在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制中，噴油控制是其控制的核心，發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能的好壞都取決于噴油質(zhì)量的高低，為了保證電控噴射系統(tǒng)有良好的工作性能，除了要求噴油器具有好的結(jié)構(gòu)特性外，還應(yīng)具有一個(gè)工作可靠的噴油器驅(qū)動(dòng)電路。因此，要求在該電路的設(shè)計(jì)中有足夠的功率輸出以保證噴油器的正常工作；有快速的響應(yīng)特性，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)在高速時(shí)也能正確放大噴射的脈沖信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路也應(yīng)該具有良好的開關(guān)特性，以減少噴油器開啟與關(guān)閉所需要的時(shí)間。因?yàn)閲娪推髅看蔚淖畲髧娪蜁r(shí)間較短，在其驅(qū)動(dòng)電路上，應(yīng)力求在噴油器開啟期間適當(dāng)加大電流，使噴油器中的電磁線圈迅速勵(lì)磁，將噴油器快速開啟；在噴油器打開之后，只提供保持電流即可，這樣有助于噴油器迅速關(guān)閉，還可節(jié)省耗電。圖1是一種實(shí)用的噴油器驅(qū)動(dòng)電路方案。

由單片機(jī)發(fā)出的噴油脈沖，分別送入單穩(wěn)態(tài)電路和功放管Q2，單穩(wěn)態(tài)電路輸出窄的開啟脈沖，經(jīng)波形變換后進(jìn)入功放管Q1，這2個(gè)功放管均工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)電路輸出的窄脈沖使功放管Q1導(dǎo)通而處于飽和狀態(tài)時(shí)，相當(dāng)于電阻R5短路，這時(shí)電源提供噴油器的開啟電流。通過調(diào)節(jié)R1C1即可得到適當(dāng)?shù)膰娪烷_啟脈沖寬度。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)電路提供的噴油開啟脈沖消失時(shí)，功放管Q1截止，這時(shí)電源通過R5向噴油器提供保持電流，直到噴油脈沖消失時(shí)，功率管Q2也由飽和狀態(tài)變?yōu)榻刂?，噴油器關(guān)閉，噴油結(jié)束。

（二）仿真的實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析

利用Multisim7.0進(jìn)行仿真時(shí)，從元件庫中選擇所需的器件拖放到工作區(qū)，雙擊器件可進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，拖動(dòng)引腳可進(jìn)行連線操作，圖2為噴油器驅(qū)動(dòng)電路仿真電路圖。

在設(shè)計(jì)中，為了與實(shí)際情況一致，采用了頻率30 Hz，占空比10％的方波模擬控制信號(hào)，其代表的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1800 rpm，噴油脈寬為3.3ms。R1C1回路和電壓比較器A1構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，輸出窄的開啟脈沖。比較器的負(fù)相輸入端通過R2和R3的分壓固定在2.5V，當(dāng)噴油脈沖到來時(shí)，由于電容C1上的電壓不突變，所以a點(diǎn)得到5V的電壓，比較器輸出高電平，隨著噴油脈沖對(duì)電容的充電，a點(diǎn)電壓不斷下降，當(dāng)?shù)陀?.5 V時(shí)，比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出低電平。根據(jù)所需開啟脈沖寬度，可得到R1C1的參數(shù)大小，本設(shè)計(jì)中輸出的脈寬為1ms。比較器輸出的開啟脈沖，經(jīng)過三極管Q3后，變?yōu)?2V的反相脈沖，配合PNP型功放管Q1來驅(qū)動(dòng)由L1和R6構(gòu)成的噴油器。由于噴油器為感性負(fù)載，為了避免電流消失時(shí)產(chǎn)生的反相電動(dòng)勢(shì)對(duì)電路造成損壞，并聯(lián)了二極管D1來進(jìn)行保護(hù)。

Multisim7.0仿真軟件的強(qiáng)大功能不僅體現(xiàn)在電路的方便設(shè)計(jì)上，更體現(xiàn)在他能夠?qū)﹄娐返墓ぷ髑闆r進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，利用靜態(tài)分析工具，可以得到各測(cè)試點(diǎn)的靜態(tài)電壓，為了取得電路的瞬態(tài)特性，可以利用多路示波器進(jìn)行觀測(cè)，圖3為同一時(shí)刻采集到的不同位置的電壓波形。

從圖3中可以看出，噴油器上得到了先高后低的電壓，達(dá)到了驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)要求，如果調(diào)節(jié)R1C1參數(shù)，開啟脈沖會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)變化。示波器得到的電壓波形，還可以保存為數(shù)據(jù)格式，方便進(jìn)一步的處理。

三、結(jié)　語

在本設(shè)計(jì)中，許多器件采用了標(biāo)準(zhǔn)模型，所以得到的波形也比較理想，在實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)考慮抗干擾和器件選擇等問題，但使用Multisim7.0仿真軟件無疑對(duì)電路的正確性和可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，為電路的實(shí)際開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。