用Multisim10提升电子技术实验教学水平.doc

用Multisim10提升电子技术实验教学水平雷 跃 谭永红摘要：通过实例介绍Multisim10在电子技术验证类实验、设计类实验中的应用，举例说明了Multisim10中虚拟仪器的应用。充分体现将计算机仿真软件Multisim10引入电子技术实验教学当中，切实提高了电子技术实验教学的水平。关键词：Multisim10；仿真实验；虚拟仪器1 引 言计算机仿真软件Multisim10是美国国家仪器公司(NI)推出的最新版本。它提供了一个庞大的元件数据库，具有21种虚拟仪器及强大的电路分析功能。将其引入电子技术实验教学，不仅能够替代实验室中的多种传统仪器，而且可以实现“软件虚拟实验室”，即只要有1台计算机并安装上Multisim10软件，就可以构成一个虚拟的实验工作台1。这样在实验项目的开发上与传统的实验方法相比具有灵活多样，实验低成本高效率的优势23。2 Multisim10在验证类实验中的应用进行电子技术验证类实验的目的是通过实验验证电子技术的有关理论，或通过实验加深理论的理解。以单管放大电路仿真实验为例，说明Multisim10在验证类实验中的应用4。在Multisim10电路窗口中建立单管放大的仿真实验电路如图1所示，对该电路进行如下分析。（1）静态工作点分析单击Simulate/Analyses/DC Operating Point Analysis,在弹出的对话框中将全部节点选为仿真变量，从对话框的左边添加到右边。单击Simulate按钮，开始仿真，静态分析结果如图2所示。也可用万用表测量得到。从静态分析结果可看出电路处于放大工作状态。图1单管放大的仿真实验电路 图2静态分析结果（）动态分析如图1所示，由函数信号发生器XFG1提供输入信号，双击XFG1图标，将信号频率设置为1kHz，峰峰值为10mV的正弦波。 相位比较用双踪示波器XSC1观察比较放大电路的输入与输出波形，仿真结果如图3所示。可见输出波形的幅度比输入波形幅度大，输入与输出波形的相位相差了180。 放大倍数测量用万用表XMM1、XMM2测量放大电路的输入和输出电压，测量结果Ui =7.071mV ,Uo =863.25mV ,可以估算该电路的电压放大倍数。 观察静态工作点对输出波形失真的影响电位器Rp旁边标注的文字“Key=A”表明按动键盘上A键，电位器的阻值按5%的速度增加，按Shift+A键,阻值将以5%的速度减少。电位器变动的数值大小直接以百分比的形式显示在一旁。启动仿真开关，反复按键盘上Shift+A键，观察示波器波形变化。随着一旁显示的电位器值百分比的减少，输出波形产生饱和失真越来越严重。波形如图4所示。若反复按A键，增大电位器的阻值，从示波器中可观察到输出波形产生了截止失真，如图5所示。 幅频特性测量用波特图示仪XBP1测量放大电路的幅频特性，显示结果如图6所示。也可以利用Multisim10提供的交流分析对电路进行交流频率响应分析5。 图3输入和输出波形 图4 饱和失真 图5截止失真 图6单管放大电路的幅频特性3 Multisim10在设计类实验中的应用设计类实验是综合应用电子技术的有关知识设计并制作实用的电子电路。例如：要求用二输入与非门设计一个2位二进制七段译码显示电路，电路框图如图7所示，使之满足表1的显示结果。设计思路：这是组合逻辑电路设计与七段译码显示电路的综合应用6。用Multisim 10中的逻辑转换仪进行逻辑电路设计，用Multisim 10中的共阴七段LED数码管作显示器7。对应表1的显示结果，输入A、B与LED数码管每一段的状态如表2所示。表中数码管每一段的状态0表示灭，1表示亮。表1显示结果输入A B数码显示0 0H0 1L1 0E1 1F表2数码管每一段的状态A Babcdefg0 001101110 100011101 010011111 11000111 图7 设计电路框图设计步骤：（1）双击逻辑转换仪图标，打开逻辑转换仪的控制面板。（2）分别用逻辑转换仪设计出a、b、d、g段的输入端的控制电路，从表2看出c段与b段相同，e、f段始终为1。下面以a、b段为例说明：a段： 单击逻辑转换仪控制面板的输入端A和B，然后单击？将对应的电平信号输入。 单击真值表转换为表达式转换按钮，将真值表转换为表达式，在仪器界面正下方的逻辑表示显示栏就会出现相应的逻辑表达式。再单击简化按钮，得到最简表达式为A。b段：用上述方法同样得到最简表达式为。表达式中、表示逻辑变量A的非、B的非。再单击逻辑表达式转换为与非门电路按钮，得到逻辑图。同理可以得到g段的输入端的控制逻辑电路。（3）将各部分电路连接完整如图8所示。图中用两个开关JA、JB来控制输入端A、B的四种输入状态。 启动仿真开关，仿真结果完全符合设计要求。图8 2位二进制七段译码显示电路4 Multisim10虚拟仪器的应用Multisim10仪器库中提供了21种虚拟仪器，分别是数字万用表、失真分析仪、函数信号发生器、功率表、双踪道示波器、频率计、安捷伦函数发生器、四踪示波器、波特图示仪、IV分析仪、字信号发生器、逻辑转换仪、逻辑分析仪、安捷伦示波器、安捷伦万用表、频谱分析仪、网络分析仪、泰克示波器、电流探针、 LabVIEW仪器、测量探针。上述仪器可以用来测量各种电子技术仿真实验电路的性能参数，这些仪器的设置、使用和数据读取方法与在现实中的仪器仪表一样。特别是安捷伦万用表、安捷伦函数发生器、安捷伦示波器、泰克示波器，它们不仅与实际仪表具有相同的功能，而且具有完全相同的面板，能完成实际仪表的各种操作89。Multisim10中的Agilent 54622D Mixed-Signal Oscilloscopes（混合信号示波器），是带宽为100MHz、有两个模拟通道和16个逻辑通道的高性能示波器。把示波器对信号细节的详尽分析与逻辑分析仪的多通道时序测量融为一体。能同时看到18个通道上信号间的复杂交互关系，解决了传统示波器所无能为力的模拟数字混合电路设计的调试问题。安捷伦示波器还具有对任何模拟通道上采集的信号进行相减、相乘、积分、微分和快速傅里叶变换等数学运算，并显示结果。下面通过实例说明安捷伦示波器对逻辑信号进行测量10。图9所示，V1为时钟信号源，U1是一个4位计数器，QA、QB、QC、QD分别为计数器的输出端，U2是一个带译码器的七段数码管，将安捷伦示波器的数字通道与这四位相连。启动仿真开关，计数器从0开始进行加1计数并通过数码管显示出来。再双击安捷伦示波器并打开电源开关，单击逻辑分析功能区中的数字通道D7D0选择按钮，并调节水平时基按钮，将得到如图10所示的输出波形，为QA、QB、QC、QD的高低电平变化，即电路的逻辑。可以保存当前示波器显示的波形，单击在功能按钮栏上保存功能按钮，即可完成保存。图图9使用安捷伦示波器的逻辑分析功能图10安捷伦示波器的显示结果4 结语从上述仿真实验实例可以看出，无论是验证类实验还是设计类实验与传统的实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，边设计边实验，修改调试方便；实验所用的元器件及测试仪器仪表齐全，种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高。同时，Multisim10易学易用，将其引入电子技术实验教学中，便于学生学习及进行综合性的设计、实验，有利于培养学生综合分析能力、开发能力和创新能力。参考文献:1黄智伟，李传琦，邹其洪.基于NI Multisim10 的电子电路计算机仿真设计与分析M.北京:电子工业出版社，2008.2陈跃华，杜明茜，向启荣.基于计算机仿真技术的电子电路探究性学习J.，2007，26（9）：49-55.3丁晨华,田社平.用Multisim实现负电阻的仿真和分析J. 实验室研究与探索，2008，27(2):63-66 4黄培根.Multisim10虚拟仿真和业余制版实用技术M.北京：电子工业出版社，2008.5唐赣，吴翔，苏建峰.Multisim10 & Ultiboard10原理图仿真与PCB设计M.北京：电子工业出版社，2008.6刘建成，严 婕.电子技术实验与设计教程M北京：电子工业出版社，2007.7聂典，任清褒，黄培根等.Multisim9计算机仿真在电子电路设计的应用M北京：电子工业出版社，2007.8杨 欣