基于Multisim的虛擬電子實驗系統設計

徐宇寶

(皖西學院)

0 引言

Multisim是一種EDA(Electronic Design Automation)工具軟件，以 windows操作系統為基礎，具有非常強大而完備的功能．Multisim操作簡單、成本較低，能夠為電子設計與測試提供計算機虛擬平臺．在教學中使用基于Multisim的虛擬電子實驗系統能夠提供虛擬的實驗環境，具有較高的效率和較快的速度，能夠開展設計性實驗．根據實際工作經驗，對基于Multisim的虛擬電子實驗系統設計進行了探討．

1 虛擬實驗平臺Multisim

Multisim是一種虛擬電子實驗軟件，其具有分析功能和虛擬測試功能，直觀便捷，功能全面，Multisim主要有以下一些功能．

(1)數據處理功能．使用Multisim能夠對數據和虛擬所得曲線進行單個處理，如果有多個數據或曲線還可以進行運算．Multisim可以用數據和曲線表示運算結果，并將實驗數據打印出來．

(2)用戶界面操作功能．Multisim的用戶界面非常直觀，可以將實驗所需的測試儀器和元器件放到用戶界面上，并使用鼠標進行操作．用實物操作的方式來操作軟件儀器，真實儀器上的特性曲線、波形和測量數據都會在用戶界面上直觀的表現出來．

(3)虛擬測試儀器功能．Multisim能夠為用戶提供各種所需的虛擬測試儀器，不僅有示波器、信號發生器、交直流電壓表、交直流電流表和萬用表等常規儀器儀表，還包括邏輯分析儀、子函數發生器等高檔儀器儀表．

(4)分析功能．Multisim的分析功能多達十八種，包括RF分析、瞬態分析、交流分析和靜態工作點分析等等．用戶可以利用其分析功能對電路的性能進行快速的分析．

(5)元件數據庫．Multisim內的援建數據庫多達十一類，電子元器件共計七十余種，包括集成電路IC、觸發器、多路開關、譯碼器、通用邏輯電路、顯示測試器件等等．圖1就是基于Multisim的虛擬電子實驗系統的電路圖．

2 基于Multisim的虛擬電子實驗系統的設計原則

設計基于Multisim的虛擬電子實驗系統的根本目的在于為用戶提供虛擬的電子實驗環境，節約實驗的成本，提高實驗的效率．其針對的目標是高校的電子類專業學生，因此在設計基于Multisim的虛擬電子實驗系統時，要充分發揮教學的主導性，虛擬電子實驗系統要以學習者作為中心，為學習者提供一個便捷的實驗條件和良好的實驗環境．

在設計基于Multisim的虛擬電子實驗系統時要遵循以下一些原則:

(1)實驗教學的方法和內容都應該具有科學性．由于基于Multisim的虛擬電子實驗系統的設計目的是教學，那么就應該提供靈活的教學方法和科學的教學內容，使學生能夠通過基于Multisim的虛擬電子實驗系統掌握知識、分析問題．要通過該系統使學生的創新能力和實驗能力得到提高．

(2)基于Multisim的虛擬電子實驗系統必須具有便利性，能夠打破時空限制和經費限制，使學生能夠隨時隨地的通過虛擬電子實驗系統進行實驗．由于學生是虛擬電子實驗系統的主要用戶，因此在設計用戶界面時要做到一目了然、便于操作．

(3)虛擬實驗系統的設計要具備討論數據庫功能．能夠創建臨時的Remind代理，對負責人進行自動通知，自動進行郵寄通知．在進行Lotus Domino群件設計時，要注意對工作流關系信息系統的設置．從開始生成工作流應用程序文檔到具體的實施過程中，要由專門的負責人對每個階段的特定任務進行負責．在設計的過程中要注意對人員和組織進行協調管理，使用戶獲得所需數據和文檔時能夠更加快捷和便利．并且便于虛擬電子實驗系統的日常管理．

3 基于Multisim的虛擬電子實驗系統在教學中的作用

在進行基于Multisim的虛擬電子實驗系統的設計時，要對其在教學中的作用進行明確，并在設計中將這些作用更好的體現和發揮出來．與傳統的實驗室相比，虛擬電子實驗系統能夠發揮以下一些作用．

首先，對機械故障進行克服，為實驗提供更為精準的測量．在傳統實驗室儀器中要使用物理實體作為操作面板，隨著使用時間的增加，操作面板很容易出現一些機械故障，例如旋鈕、開關解除不良等故障．機械故障必然會影響實驗測量的準確度．而使用基于Multisim的虛擬電子實驗系統，由軟件自動生成實驗儀器及其操作面板，用戶可以通過鍵盤和鼠標來對儀器及其操作面板進行操作，從而避免了機械故障這一情況．虛擬電子實驗系統的儀器測量準確度也遠遠超過了傳統儀器．

其次，提高了實驗的效率和速度．學生在進行電路設計時，僅需要對電路進行模擬調試，就可以對電路進行組裝．這樣一來，實驗的時間得到了節約，設計性實驗的開展更加方便快捷．基于Multisim的虛擬電子實驗系統還有對實驗曲線和數據進行直接打印的功能，可以將電路原理圖、測試曲線和實驗數據進行打印，學生可以更加便利的分析測試的結果．

最后，對實驗室空間以及資金的節約．基于Multisim的虛擬電子實驗系統具有一機多用的功能．基于Multisim的虛擬電子實驗系統能夠為學生提供不同種類的實驗儀器，便于學生進行綜合性實驗．如果使用傳統實驗室進行綜合性實驗，則需要占用很大的空間，花費巨大的資金進行綜合實驗儀器的配置，且還要對各種儀器進行連接，并進行日常管理．基于Multisim的虛擬電子實驗系統解決了空間和時間的問題，通過一機多用的功能緩解了院校中存在的空間與資金的不足．學生使用基于Multisim的虛擬電子實驗系統不會對器材進行消耗，儀器也不會折舊，無需日常保養和維修．

4 基于Multisim的虛擬電子實驗系統在教學中的設計應用

基于Multisim的虛擬電子實驗系統的設計非常適合在高校電子類專業的實驗教學中進行使用，能夠提高實驗的速度和效率，提高實驗的精確度，降低學校的空間成本和資金成本，使更多學生能夠獲得參與實驗的機會．在電子電路實驗中，基于Multisim的虛擬電子實驗系統設計得到了廣泛的應用，例如數字鐘實驗電路實驗、多諧振蕩器電路實驗和穩壓電路實驗等等．

4．1 基于Multisim的虛擬電子實驗系統在虛擬電子實驗中的使用

在各種不同的電子電路測試和設計實驗中可以廣泛的使用基于Multisim的虛擬電子實驗系統設計．以單管放大電路為例，通過虛擬電子實驗系統的設計，用戶可以通過鼠標拖拽的方式，將實驗和測試所需的虛擬儀器儀表和虛擬元器件放到所需的實驗區域內，并以鼠標對電路進行連接，在實驗的過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鼠標進行單管放大電路的虛擬測試．在設計中，用戶可以放大示波器圖標屏幕，從而對示波器上顯示的波形進行觀察．此時通過觀察示波器上的波形可以發現，輸出信號波形可能會出現嚴重失真的情況，這主要是由于沒有選擇合適的直流工作點造成的．對R5進行改變，重新選擇合適的直流工作點，則信號波形失真的情況消失．在進行虛擬實驗中，可以便利的對各電力元器件的參數進行修改，例如重新設置晶體管型號參數、電容容量和電阻阻值等等，只需使用鼠標點擊就可以在彈出的修改參數窗口中直接進行修改．

4．2 基于Multisim的虛擬電子實驗系統在實驗考查和實驗演示中的使用

在教學中使用基于Multisim的虛擬電子實驗系統設計，可以便利的進行電子測試和電子設計，實驗速度和實驗效率得到了極大的提高．對電子電路的工作原理可以進行直觀和便利的演示．如此一來，通過虛擬電子實驗系統的設計，可以突破理論教學中的教學難點和重點，提高電力教學的直觀性．通過虛擬演示，能夠將一些實驗過程具體化，例如對正弦波震蕩過程進行直觀的演示，便于學生理解．

此外，基于Multisim的虛擬電子實驗系統設計還能夠考查學生的實驗能力．教師可以在虛擬電子實驗系統中利用電路故障設置功能設計一些相關的電路故障，要求學生能夠通過虛擬實驗排除故障，這樣一來考查了學生的實驗能力．電路故障設置功能還可以在虛擬實驗中設置元器件漏電、開路、引線短路等隱含故障，要求學生能夠在虛擬實驗中分析實驗現象，對實驗中的故障進行判斷并利用電路原理來進行故障的排除．這樣一來，學生發現問題、分析問題和解決問題的能力都得到了有效的提高．

4．3 基于Multisim的虛擬電子實驗系統在遠程虛擬實驗中的使用

通過計算機聯網，可以進行遠程虛擬實驗設計，師生之間可以通過網絡進行交流與學習．教師在遠程虛擬實驗中對學生講解和示范實驗內容，學生則對學校的Multisim虛擬實驗系統進行訪問，通過運行相關程序來進行虛擬實驗．學生可以對元器件參數進行改變、對信號參數進行輸入，并在虛擬電子實驗系統中畫出電路圖，對虛擬實驗的測試結果進行分析和保存，形成最終的實驗報告并上交．通過網絡，教師在遠程虛擬實驗室中批改和檢查學生上交的實驗報告，形成成績．這樣一來，更多的學生獲得了參與實驗的機會，鍛煉了學生的實驗能力，師生之間的實驗教學不再受到空間和時間的限制，能夠更加靈活和便利的開展實驗教學．

在進行虛擬電子實驗系統的設計時，要注意體現學生的主體地位，提高虛擬實驗系統的開放性，使學生在進行電子電路設計時具有更大的自由．學生在完成必做的實驗之后還可以進行趣味性的電路設計，例如交通燈控制、彩燈控制等等．使學生的創新能力和實際設計能力得到鍛煉．

5 結束語

基于Multisim的虛擬電子實驗系統設計能夠為電子類專業的實驗教學提供極大的便利，體現出巨大的優勢．在設計時要不斷對現有的虛擬電子實驗系統進行突破，與傳統實驗室相結合，做到相輔相成．

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