侯思娟，竇金生

（1.江蘇科技大學(xué) 電子信息學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.鎮(zhèn)江船艇學(xué)院 機(jī)電工程系，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

數(shù)字電路這門課程是理工科學(xué)生很重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是學(xué)習(xí)難度比較大的課程之一。枯燥的理論知識(shí)只有通過(guò)做實(shí)驗(yàn)才能夠真正得以理解，但是隨著高等教育的改革，實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)得到了一定程度的壓縮，并且隨著大學(xué)生的擴(kuò)招，傳統(tǒng)的借助儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室不可能達(dá)到人人都享有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求，而且由于數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)都是弱電實(shí)驗(yàn)，儀器的精確度也不能達(dá)到要求，并且還容易損壞?；谝陨细鞣N原因，通過(guò)計(jì)算機(jī)安裝電子仿真軟件進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的形式彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的不足而得以廣泛采用。其中電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA的仿真軟件Multisim就是一個(gè)虛擬的電子實(shí)驗(yàn)室。 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA技術(shù)[6]主要是指以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，融合了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能化技術(shù)的現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)。隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)不再是手工設(shè)計(jì)，而是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAM。EDA技術(shù)中的Multisim軟件就是作為一種PC級(jí)電路仿真軟件來(lái)取代手工設(shè)計(jì)中的分析和驗(yàn)證電路的計(jì)算機(jī)電路設(shè)計(jì)，它不但可以進(jìn)行具體的電路分析，對(duì)于電路元器件中的參數(shù)可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)仿真分析，以及對(duì)電腦進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真等。

1 Multisim功能介紹

Multisim[5]是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA工具中的一個(gè)電子電路設(shè)計(jì)仿真軟件，是加拿大IIT公司在EWB基礎(chǔ)上推出的軟件，是EWB三維升級(jí)版，所以在保留了EWB形象直觀的優(yōu)點(diǎn)外，還大大增強(qiáng)了仿真測(cè)試和分析功能，使得仿真設(shè)計(jì)的結(jié)果更精確、可靠。Multisim軟件平臺(tái)式電子工作平臺(tái)，他的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)區(qū)就像一個(gè)面包板，在面包板上可以搭建各種各樣的數(shù)字/模擬電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。它主要有以下功能：1）具有直觀的圖形界面；2）具有豐富的元件數(shù)據(jù)庫(kù)；3）類型齊全的仿真功能；4）強(qiáng)大的分析功能；5）強(qiáng)大的虛擬儀器功能；6）具有VHDL/Verilog的設(shè)計(jì)和仿真功能；7）豐富的輸入輸出接口；8）遠(yuǎn)程控制的功能。

在Windows環(huán)境下，此軟件有一個(gè)完整的集成化環(huán)境，在一個(gè)電路窗口中，原理圖的創(chuàng)建、電路的測(cè)試分析，結(jié)果的圖表顯示全部都集中在其中。Multisim整個(gè)操作界面就像一個(gè)操作臺(tái)，操作簡(jiǎn)單容易理解[1]。

2 555定時(shí)器設(shè)計(jì)的多諧振蕩器波形仿真

本節(jié)通過(guò)一個(gè)具體的簡(jiǎn)單實(shí)例來(lái)說(shuō)明仿真虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性。用555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)多諧振蕩器[4]，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量和輸入，對(duì)其產(chǎn)生的波形進(jìn)行觀測(cè)，看看是否與平時(shí)所學(xué)的一致，并以此來(lái)說(shuō)明虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性。

2.1 創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)電路

1）雙擊計(jì)算機(jī)面板上的Multisim圖標(biāo)，啟動(dòng)Multisim；

2）按實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求在電路的工作區(qū)域創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)電路：?jiǎn)螕粝鄳?yīng)元器件庫(kù)或儀器庫(kù)，將需要的器件或儀表拖到合適的位置，利用工具欄的旋轉(zhuǎn)、水平垂直反轉(zhuǎn)等工具按鈕使器件符合電路的安放要求；例如，我需要電阻，則從元件工具欄Component中提取——找Basic——找想要的電阻以及電容，用同樣的方法找其他元件；

3）給元器件標(biāo)識(shí)賦值，示波器的兩個(gè)通道分別接電路的輸入和輸出端；

4）檢查電路并保存文件。完成后的電路如圖1所示。

圖1 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的實(shí)驗(yàn)電路圖Fig.1 Multivibrator experiment circuit diagram of 555 timing

2.2 觀察與調(diào)整

按下電源開關(guān)，仿真開始，觀察輸入和輸出端的波形及相位關(guān)系。

圖2 示波器輸出波形圖Fig.2 Waveform diagram of oscillograph output

2.3 改變參數(shù)重新觀察結(jié)果

改變R2阻值的大小再次觀察輸出結(jié)果。改變電阻及電容參數(shù)，振蕩周期發(fā)生變化，同樣的占空比將發(fā)生變化

3 虛擬實(shí)驗(yàn)的局限性

通過(guò)上面的實(shí)例發(fā)現(xiàn)，仿真虛擬實(shí)驗(yàn)快速、方便，較真實(shí)地模擬了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。但是，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段相比卻也存在一定的差異，局限性表現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：1）與實(shí)物連線有區(qū)別，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中可以觸摸到實(shí)實(shí)在在的連接線。2）虛擬實(shí)驗(yàn)不能完全代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)。測(cè)試電路中每部分的參數(shù)都比較容易，而真正要自己在面包板上動(dòng)手搭接電路，用實(shí)際的儀器去測(cè)量參數(shù)，調(diào)整元器件，就會(huì)不知所措。例如對(duì)電阻電容的辨認(rèn)，如何在面包板上正確地搭接電路等，這些問(wèn)題在虛擬實(shí)驗(yàn)里是根本就不存在的。3）在實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡管線路連接正確，但有可能存在接觸不良或其他原因，隨時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種可能的異?，F(xiàn)象和故障，而在虛擬實(shí)驗(yàn)中也絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)這些現(xiàn)象和故障，用虛擬方法也是無(wú)法解釋的。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中故障的檢查和排除可以鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，可以大大提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力。4）在虛擬技術(shù)測(cè)量中，難以模擬出實(shí)際系統(tǒng)中各種干擾信號(hào)的影響；實(shí)際系統(tǒng)中各性能指標(biāo)的精度在虛擬技術(shù)中很難控制；虛擬技術(shù)很難完全反映實(shí)際元器件參數(shù)的離散性和同一類型元器件參數(shù)的不一致性。

通過(guò)以上一道簡(jiǎn)單得例題中，粗略地講解了該軟件的使用方法，Multisim軟件的功能還有很多，要想應(yīng)用好該軟件，必須要多鉆研、多學(xué)習(xí)、多應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

在電工電子設(shè)計(jì)中，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA的設(shè)計(jì)和仿真是非常重要的環(huán)節(jié)，而且在眾多的EDA軟件中，Multisim具有更加強(qiáng)大的仿真設(shè)計(jì)應(yīng)用功能，所以，在數(shù)字電路的仿真與設(shè)計(jì)中得到了甚為廣泛的應(yīng)用。

通過(guò)上面的實(shí)例也可以看出，通過(guò)Multisim電子電路仿真軟件設(shè)計(jì)數(shù)字電路圖，如同在實(shí)驗(yàn)室面包板上搭接電路，而且還不受元器件種類、數(shù)量及測(cè)試儀器的限制[3]。盡管如此，但是卻也存在一定的局限，學(xué)生還是理應(yīng)學(xué)會(huì)在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)的方法，將Multisim應(yīng)用到數(shù)字電路課程的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中去，進(jìn)一步探索該軟件在數(shù)字電路課程中的強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能，把虛擬實(shí)驗(yàn)作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的一種補(bǔ)充，將兩者的學(xué)習(xí)結(jié)合起來(lái)，才能將數(shù)字電路這門課程徹底理解。

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