基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐宇寶

(皖西學(xué)院)

0 引言

Multisim是一種EDA(Electronic Design Automation)工具軟件，以 windows操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，具有非常強(qiáng)大而完備的功能．Multisim操作簡(jiǎn)單、成本較低，能夠?yàn)殡娮釉O(shè)計(jì)與測(cè)試提供計(jì)算機(jī)虛擬平臺(tái)．在教學(xué)中使用基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠提供虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，具有較高的效率和較快的速度，能夠開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)．根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討．

1 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Multisim

Multisim是一種虛擬電子實(shí)驗(yàn)軟件，其具有分析功能和虛擬測(cè)試功能，直觀便捷，功能全面，Multisim主要有以下一些功能．

(1)數(shù)據(jù)處理功能．使用Multisim能夠?qū)?shù)據(jù)和虛擬所得曲線進(jìn)行單個(gè)處理，如果有多個(gè)數(shù)據(jù)或曲線還可以進(jìn)行運(yùn)算．Multisim可以用數(shù)據(jù)和曲線表示運(yùn)算結(jié)果，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)打印出來(lái)．

(2)用戶(hù)界面操作功能．Multisim的用戶(hù)界面非常直觀，可以將實(shí)驗(yàn)所需的測(cè)試儀器和元器件放到用戶(hù)界面上，并使用鼠標(biāo)進(jìn)行操作．用實(shí)物操作的方式來(lái)操作軟件儀器，真實(shí)儀器上的特性曲線、波形和測(cè)量數(shù)據(jù)都會(huì)在用戶(hù)界面上直觀的表現(xiàn)出來(lái)．

(3)虛擬測(cè)試儀器功能．Multisim能夠?yàn)橛脩?hù)提供各種所需的虛擬測(cè)試儀器，不僅有示波器、信號(hào)發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表和萬(wàn)用表等常規(guī)儀器儀表，還包括邏輯分析儀、子函數(shù)發(fā)生器等高檔儀器儀表．

(4)分析功能．Multisim的分析功能多達(dá)十八種，包括RF分析、瞬態(tài)分析、交流分析和靜態(tài)工作點(diǎn)分析等等．用戶(hù)可以利用其分析功能對(duì)電路的性能進(jìn)行快速的分析．

(5)元件數(shù)據(jù)庫(kù)．Multisim內(nèi)的援建數(shù)據(jù)庫(kù)多達(dá)十一類(lèi)，電子元器件共計(jì)七十余種，包括集成電路IC、觸發(fā)器、多路開(kāi)關(guān)、譯碼器、通用邏輯電路、顯示測(cè)試器件等等．圖1就是基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電路圖．

2 基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的根本目的在于為用戶(hù)提供虛擬的電子實(shí)驗(yàn)環(huán)境，節(jié)約實(shí)驗(yàn)的成本，提高實(shí)驗(yàn)的效率．其針對(duì)的目標(biāo)是高校的電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，因此在設(shè)計(jì)基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)，要充分發(fā)揮教學(xué)的主導(dǎo)性，虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)要以學(xué)習(xí)者作為中心，為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)便捷的實(shí)驗(yàn)條件和良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境．

在設(shè)計(jì)基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)要遵循以下一些原則:

(1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法和內(nèi)容都應(yīng)該具有科學(xué)性．由于基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是教學(xué)，那么就應(yīng)該提供靈活的教學(xué)方法和科學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能夠通過(guò)基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)掌握知識(shí)、分析問(wèn)題．要通過(guò)該系統(tǒng)使學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫教岣撸?/p>

(2)基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)必須具有便利性，能夠打破時(shí)空限制和經(jīng)費(fèi)限制，使學(xué)生能夠隨時(shí)隨地的通過(guò)虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．由于學(xué)生是虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要用戶(hù)，因此在設(shè)計(jì)用戶(hù)界面時(shí)要做到一目了然、便于操作．

(3)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要具備討論數(shù)據(jù)庫(kù)功能．能夠創(chuàng)建臨時(shí)的Remind代理，對(duì)負(fù)責(zé)人進(jìn)行自動(dòng)通知，自動(dòng)進(jìn)行郵寄通知．在進(jìn)行Lotus Domino群件設(shè)計(jì)時(shí)，要注意對(duì)工作流關(guān)系信息系統(tǒng)的設(shè)置．從開(kāi)始生成工作流應(yīng)用程序文檔到具體的實(shí)施過(guò)程中，要由專(zhuān)門(mén)的負(fù)責(zé)人對(duì)每個(gè)階段的特定任務(wù)進(jìn)行負(fù)責(zé)．在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要注意對(duì)人員和組織進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，使用戶(hù)獲得所需數(shù)據(jù)和文檔時(shí)能夠更加快捷和便利．并且便于虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的日常管理．

3 基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在教學(xué)中的作用

在進(jìn)行基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)其在教學(xué)中的作用進(jìn)行明確，并在設(shè)計(jì)中將這些作用更好的體現(xiàn)和發(fā)揮出來(lái)．與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室相比，虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠發(fā)揮以下一些作用．

首先，對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行克服，為實(shí)驗(yàn)提供更為精準(zhǔn)的測(cè)量．在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室儀器中要使用物理實(shí)體作為操作面板，隨著使用時(shí)間的增加，操作面板很容易出現(xiàn)一些機(jī)械故障，例如旋鈕、開(kāi)關(guān)解除不良等故障．機(jī)械故障必然會(huì)影響實(shí)驗(yàn)測(cè)量的準(zhǔn)確度．而使用基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，由軟件自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)儀器及其操作面板，用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)來(lái)對(duì)儀器及其操作面板進(jìn)行操作，從而避免了機(jī)械故障這一情況．虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的儀器測(cè)量準(zhǔn)確度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)儀器．

其次，提高了實(shí)驗(yàn)的效率和速度．學(xué)生在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，僅需要對(duì)電路進(jìn)行模擬調(diào)試，就可以對(duì)電路進(jìn)行組裝．這樣一來(lái)，實(shí)驗(yàn)的時(shí)間得到了節(jié)約，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展更加方便快捷．基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還有對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線和數(shù)據(jù)進(jìn)行直接打印的功能，可以將電路原理圖、測(cè)試曲線和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行打印，學(xué)生可以更加便利的分析測(cè)試的結(jié)果．

最后，對(duì)實(shí)驗(yàn)室空間以及資金的節(jié)約．基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有一機(jī)多用的功能．基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠?yàn)閷W(xué)生提供不同種類(lèi)的實(shí)驗(yàn)儀器，便于學(xué)生進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)．如果使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)，則需要占用很大的空間，花費(fèi)巨大的資金進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)儀器的配置，且還要對(duì)各種儀器進(jìn)行連接，并進(jìn)行日常管理．基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)解決了空間和時(shí)間的問(wèn)題，通過(guò)一機(jī)多用的功能緩解了院校中存在的空間與資金的不足．學(xué)生使用基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不會(huì)對(duì)器材進(jìn)行消耗，儀器也不會(huì)折舊，無(wú)需日常保養(yǎng)和維修．

4 基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在教學(xué)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常適合在高校電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行使用，能夠提高實(shí)驗(yàn)的速度和效率，提高實(shí)驗(yàn)的精確度，降低學(xué)校的空間成本和資金成本，使更多學(xué)生能夠獲得參與實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)．在電子電路實(shí)驗(yàn)中，基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到了廣泛的應(yīng)用，例如數(shù)字鐘實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)、多諧振蕩器電路實(shí)驗(yàn)和穩(wěn)壓電路實(shí)驗(yàn)等等．

4．1 基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在虛擬電子實(shí)驗(yàn)中的使用

在各種不同的電子電路測(cè)試和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中可以廣泛的使用基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)．以單管放大電路為例，通過(guò)虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，用戶(hù)可以通過(guò)鼠標(biāo)拖拽的方式，將實(shí)驗(yàn)和測(cè)試所需的虛擬儀器儀表和虛擬元器件放到所需的實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，并以鼠標(biāo)對(duì)電路進(jìn)行連接，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中可以參照單管放大器的電路原理圖．連接好電路后可以通過(guò)鼠標(biāo)進(jìn)行單管放大電路的虛擬測(cè)試．在設(shè)計(jì)中，用戶(hù)可以放大示波器圖標(biāo)屏幕，從而對(duì)示波器上顯示的波形進(jìn)行觀察．此時(shí)通過(guò)觀察示波器上的波形可以發(fā)現(xiàn)，輸出信號(hào)波形可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重失真的情況，這主要是由于沒(méi)有選擇合適的直流工作點(diǎn)造成的．對(duì)R5進(jìn)行改變，重新選擇合適的直流工作點(diǎn)，則信號(hào)波形失真的情況消失．在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)中，可以便利的對(duì)各電力元器件的參數(shù)進(jìn)行修改，例如重新設(shè)置晶體管型號(hào)參數(shù)、電容容量和電阻阻值等等，只需使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊就可以在彈出的修改參數(shù)窗口中直接進(jìn)行修改．

4．2 基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)考查和實(shí)驗(yàn)演示中的使用

在教學(xué)中使用基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以便利的進(jìn)行電子測(cè)試和電子設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)速度和實(shí)驗(yàn)效率得到了極大的提高．對(duì)電子電路的工作原理可以進(jìn)行直觀和便利的演示．如此一來(lái)，通過(guò)虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以突破理論教學(xué)中的教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)，提高電力教學(xué)的直觀性．通過(guò)虛擬演示，能夠?qū)⒁恍?shí)驗(yàn)過(guò)程具體化，例如對(duì)正弦波震蕩過(guò)程進(jìn)行直觀的演示，便于學(xué)生理解．

此外，基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)還能夠考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ處熆梢栽谔摂M電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中利用電路故障設(shè)置功能設(shè)計(jì)一些相關(guān)的電路故障，要求學(xué)生能夠通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)排除故障，這樣一來(lái)考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ娐饭收显O(shè)置功能還可以在虛擬實(shí)驗(yàn)中設(shè)置元器件漏電、開(kāi)路、引線短路等隱含故障，要求學(xué)生能夠在虛擬實(shí)驗(yàn)中分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)中的故障進(jìn)行判斷并利用電路原理來(lái)進(jìn)行故障的排除．這樣一來(lái)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力都得到了有效的提高．

4．3 基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)中的使用

通過(guò)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，師生之間可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交流與學(xué)習(xí)．教師在遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)中對(duì)學(xué)生講解和示范實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生則對(duì)學(xué)校的Multisim虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)，通過(guò)運(yùn)行相關(guān)程序來(lái)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)．學(xué)生可以對(duì)元器件參數(shù)進(jìn)行改變、對(duì)信號(hào)參數(shù)進(jìn)行輸入，并在虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中畫(huà)出電路圖，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析和保存，形成最終的實(shí)驗(yàn)報(bào)告并上交．通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，教師在遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室中批改和檢查學(xué)生上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，形成成績(jī)．這樣一來(lái)，更多的學(xué)生獲得了參與實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，師生之間的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不再受到空間和時(shí)間的限制，能夠更加靈活和便利的開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)．

在進(jìn)行虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要注意體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，提高虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)放性，使學(xué)生在進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)時(shí)具有更大的自由．學(xué)生在完成必做的實(shí)驗(yàn)之后還可以進(jìn)行趣味性的電路設(shè)計(jì)，例如交通燈控制、彩燈控制等等．使學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際設(shè)計(jì)能力得到鍛煉．

5 結(jié)束語(yǔ)

基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠?yàn)殡娮宇?lèi)專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供極大的便利，體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)．在設(shè)計(jì)時(shí)要不斷對(duì)現(xiàn)有的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行突破，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相結(jié)合，做到相輔相成．

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