孫科學(xué) 張瑛 唐珂 楊英強(qiáng)

【摘 要】在電工電子實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，通過Multisim 11仿真軟件進(jìn)行輔助實(shí)驗(yàn)的教學(xué)具有重要意義。通過Multisim軟件在電路，模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)例分析和討論，將Multisim11 引入電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可很好地解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)受時(shí)間、地點(diǎn)、設(shè)備等制約的狀況，能幫助學(xué)生更好地理解電路工作的原理，更加方便學(xué)生掌握電子電路的設(shè)計(jì)方法，為電子制作打下良好基礎(chǔ)。Multisim 11軟件是培養(yǎng)學(xué)生分析電工電子實(shí)驗(yàn)問題，提升學(xué)生電路設(shè)計(jì)水平的有效工具。

【關(guān)鍵詞】電工電子實(shí)驗(yàn);Multisim軟件;電路分析;電路仿真

0 引言

電工電子實(shí)驗(yàn)是一門重要的必修學(xué)科基礎(chǔ)課，是一門獨(dú)立設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課程，同時(shí)也是一門理論性、工程性、技術(shù)性、實(shí)踐性和實(shí)用性很強(qiáng)的課程?？梢砸暈楣た茖W(xué)生進(jìn)入電子工程領(lǐng)域的入門課程，也是聯(lián)系公共基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程的一座重要橋梁。該課程通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生鞏固和加深對電路分析、信號系統(tǒng)、模擬電路和數(shù)字電路理論課程的理解，掌握常用電子儀表的使用方法和基本電參數(shù)的測量方法，掌握模擬電路器件、數(shù)字電路器件和電氣制圖等實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面的知識，掌握數(shù)字單元電路裝配和測試方法，初步掌握電子電路設(shè)計(jì)自動化（EDA）軟件的使用方法，掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方法，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、勇于克服困難和開拓創(chuàng)新等方面的科技素質(zhì)。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入具有強(qiáng)大分析、仿真電路功能的電路仿真設(shè)計(jì)軟件Multisim 11，可以較好地培養(yǎng)學(xué)生在電路方面的工程和技術(shù)觀點(diǎn)，自覺應(yīng)用理論知識分析和解決電子設(shè)計(jì)與調(diào)試等工程問題的能力[1-4]。

從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)等工作的人員，經(jīng)常需要對所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行實(shí)物模擬和調(diào)試。其目的，一方面是為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的技術(shù)指標(biāo)，另一方面，通過改變電路中元器件的參數(shù)，使整個電路性能達(dá)到最佳值。以往的電路設(shè)計(jì)模擬，常常是制作一塊模擬試驗(yàn)板，在這塊板上用實(shí)際元器件進(jìn)行試驗(yàn)和調(diào)試。取得數(shù)據(jù)后，再來修正原設(shè)計(jì)的電路參數(shù)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)提出的要求。這樣既影響工作的順利進(jìn)行，又束縛了設(shè)計(jì)人員的手腳。本文以Multisim軟件在電路分析和數(shù)字電路中的應(yīng)用為例，介紹該軟件在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

1 Multisim軟件在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

1.1 復(fù)雜電路分析的Multisim仿真

1.1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

計(jì)算如圖1所示電路的各節(jié)點(diǎn)電壓Un1、Un2、Un3、Un4、Un5。

圖1 復(fù)雜電路分析仿真電路

1.1.2 仿真分析

在Multisim11軟件的主窗口上，繪制如圖2所示的電路。在simulate下拉菜單中選擇Analyses，再在Analysis的下拉菜單中選擇DC Operating Point.開始直流工作點(diǎn)分析。在output variables翻頁標(biāo)簽中選擇Un1，Un2。Un3，Un4和Un5五個節(jié)點(diǎn)，單擊simulate，分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 復(fù)雜電路分析仿真結(jié)果

1.1.3 仿真結(jié)果

從圖2中讀得Un1=7.93340V，Un2=2.00403V，Un3=1.82062V，Un4=-2.06660V，Un5=-998.92589mV;而通過節(jié)點(diǎn)電壓法理論計(jì)算結(jié)果為Un1=7.933V，Un2=2.004V，Un3=1.82lV，Un4=2.067V，Un5=一0.999V。由此可以看出，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同。

1.2 時(shí)序邏輯功能測試與仿真

1.2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

用二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161實(shí)現(xiàn)一個模7計(jì)數(shù)器。

1.2.2 仿真分析

本節(jié)用同步置數(shù)異步清零的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161實(shí)現(xiàn)一個模7計(jì)數(shù)器，通過該模7計(jì)數(shù)器來介紹時(shí)序邏輯電路的測試。

（1）待測電路的邏輯功能

采用置數(shù)法，模7計(jì)數(shù)器的有效循環(huán)是：0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0000，共7個狀態(tài)，其余計(jì)數(shù)狀態(tài)為偏離態(tài)。

計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘CLK的驅(qū)動下進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0110時(shí)，通過與非門反饋給置數(shù)使能端（～LOAD，低電平有效） “0”，在下一個時(shí)鐘有效沿到來時(shí)，計(jì)數(shù)器將置數(shù)端DCBA（“0000”）送給QA、QB、QC、QD， 即實(shí)現(xiàn)了0000-0110的模7計(jì)數(shù)。

（2）測試電路

測試電路如圖3所示。

圖3 測試電路圖

設(shè)定連線顏色，可以通過如下方式進(jìn)行設(shè)置：選中相應(yīng)連線，單擊右鍵，從菜單中選擇 “Change Color”或“Color Segment…”，命令進(jìn)行設(shè)置，前者為改變選中連線的等電位導(dǎo)線顏色，后者為改變選中導(dǎo)線段的顏色。

1.2.3 仿真結(jié)果

運(yùn)行仿真按鈕，在邏輯分析儀面板上可觀測到輸入輸出的時(shí)序圖，如圖4所示。

圖4 測試時(shí)序圖

由邏輯分析儀的面板測試結(jié)果可以看出，模7計(jì)數(shù)器的有效循環(huán)是：0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0000，共7個狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)了模7計(jì)數(shù)的功能。

2 結(jié)束語

Multisim軟件是一種非常優(yōu)秀的電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)工具[5-6]。掌握電子技術(shù)，不僅需要理論知識，更重要的是通過實(shí)際操作來加強(qiáng)對內(nèi)容的理解。Multisim軟件作為電子類相關(guān)課程的輔助教學(xué)和實(shí)訓(xùn)手段，它不僅可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器、元器件缺乏帶來的不足，而且排除了原材料消耗和儀器損壞等因素，可以幫助學(xué)生更快、更好地掌握課堂講述的內(nèi)容，加深對概念、原理的理解，彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足，而且通過電路仿真，可以熟悉常用電子儀器的測量方法，提高了對電路的認(rèn)知能力，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、排除故障能力和開發(fā)、創(chuàng)新能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蒲永紅，余粟，王維榮.Multisim輔助電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013（09）.

[2]郭華，郭霞，田超.Multisim在電類專業(yè)課程中的應(yīng)用研究[J].電子測試，2013（20）.

[3]帥曉勇.基于電子線路虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移的策略研究[D].華東師范大學(xué)，2008.

[4]白玉成.基于MULTISIM仿真電路的設(shè)計(jì)與分析[D].哈爾濱工程大學(xué)，2010.

[5]張莉.Multisim仿真軟件在電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[D].哈爾濱工程大學(xué)，2011.

[6]孫立輝.Multisim軟件在電路理論教學(xué)中的應(yīng)用[J].硅谷，2010（19）.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]