Multisim仿真軟件在電路與電子技術基礎教學中的應用

摘要：針對電路與電子技術基礎教學存在內容多、課時少、學習難度大的問題，筆者在教學中進行了改革，引入了Multisim仿真教學，采用“理仿實一體”的教學模式，使枯燥的理論直觀、形象地表現出來，提高了理論知識的理解程度，使實踐操作更符合實際電路的設計過程，達到理論和實踐相結合的目的，也培養了學生發現問題、解決問題的能力。

關鍵詞：電路；電子技術；Multisim仿真；一體化教學模式

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）08-0095-03

引言

電路與電子技術基礎課程是高職院校電類專業的專業基礎課程，該課程包含的內容多，課時少，學生在學習過程中往往會覺得難度很大。傳統教學基本采用先理論講解、后實驗操作的方法，但這兩個環節在執行過程中往往會脫節，導致學生的學習效果不理想。高職學生在學習課程時會出現以下情況：一是理論課以教師講解為主，學生被動地吸收知識，課后沒有復習、自學的習慣，往往學了后面忘了前面，慢慢地對課程失去了興趣；二是理論的內容沒有掌握好，學生在實驗實訓的時候也只是單純地操作，不能很好地實現理論與實踐的結合，出現問題沒有有效的解決辦法。

隨著微電子技術、計算機技術的發展，各種EDA（電子設計自動化）技術相繼出現，用此新方法，電子系統設計者只要擁有一套EDA開發軟件、一臺計算機、一套開發裝置和空白的可編程器件就能完成復雜的電子系統設計。[1]在教學中引入仿真軟件可以對實驗實訓進行有效的補充。現在教學中常用的EDA軟件有Protel、Protues、Multisim等，各種軟件在實現功能上也有所不同。Protel實現簡單的模擬/數字電路的仿真、強大的PCB板設計；Proteus可以進行直觀的模擬/數字電路、單片機、ARM仿真，也可以進行簡單PCB板的設計，側重單片機仿真的應用；Multisim側重電路電子的分析設計，進行模擬/數字電路的精確、細微仿真使用。因此，在電路與電子技術課程的教學中，筆者選擇了Multisim這款軟件。近幾年出現了Multisim的中文版本，讓高職學生更容易上手。經過幾屆學生的運用，Multisim已經成為電路與電子技術基礎教學中不可缺少的一個工具。

Multisim簡介

Electronics Workbench （EWB）是加拿大IIT公司于上世紀80年代末、90年代初推出的用于電路仿真與設計的EDA軟件，又稱為“虛擬電子工作臺”。IIT公司從EWB6.0開始，專門把電路仿真與設計模塊更名為Multisim，大大增強了軟件的仿真測試和分析功能，極大擴充了元件庫中的仿真元件數量，使仿真設計更精確、可靠。

Multisim10有很多特性，即有所見即所得的設計環境，互動式的仿真界面，動態顯示元件，3D效果的仿真電路，虛擬儀表，分析功能與圖形顯示窗口等。仿真的手段切合實際，選用的元器件和測量儀器與實際情況非常接近。此軟件易學易用，便于電子信息、通信工程、自動化、電氣控制類專業學生自學，便于開展綜合性的設計和實驗，有利于培養學生的綜合分析能力、開發和創新能力。

Multisim在電路與電子技術基礎教學中的具體應用

電路與電子技術基礎課程最突出的特點是應用性和工程實踐性。該課程已成為當今高新技術的基礎，隨著電子技術的飛速發展，新器件、新技術層出不窮，各種專用集成電路和可編程器件大量上市[2]，在課程的教學過程中，采用模塊化的教學體系，以基于工作過程的教學方法來對課程進行教學改革。仿真軟件的應用使得學校在器件的選擇上有了很大的自由空間。

1.Multisim在理論學習中的指導作用

在以往的電路與電子技術基礎課程驗證性的實驗中，學生的學習興趣不大。而引入Multisim后，學生能夠直觀地看到效果，激發了學習興趣。特別是在電路部分的內容中，基本上是理論驗證的實驗。下面筆者以疊加定理的驗證為例說明Multisim的應用。

圖1～圖3，充分地體現了疊加定理的疊加概念。疊加定理指出[3]，在有幾個獨立源共同作用的線性電路中，通過每個元件的電流或其兩端的電壓，可以看成是由每一個獨立源單獨作用在該元件上所產生的電流或電壓的代數和。在電壓源支路上流過的電流體現疊加在于：I=I+I”（0.400=-0.100+0.500）。

此時再進行疊加定理的解釋和電路的分析就非常輕松了，學生也更容易接受了。同樣，在模擬電子技術中，在對放大器的靜態分析、動態分析、非線性失真等抽象、不易理解的內容學習中，教師若結合Multisim軟件，也能對這些重要概念輕松解答，能使理論課堂變得生動有趣，不僅降低了教學難度，而且提高了學生的學習效率。

2.Multisim對實踐的指導作用

模擬電路、數字電路中有許多和實踐相關的知識和電路制作，如穩壓電源、搶答器、計數器等，筆者采用的是先仿真與理論講解相結合，再制作，最后總結回顧的方法。下面筆者就以計數器的制作為例，說明項目執行的過程。

首先，教師先進行項目導入，把與任務相關的知識點概括地做個介紹，并對電路功能提出要求；在充分考慮學生現有知識和能力水平的基礎上，分組進行電路的設計。其次，制訂計劃，通過自主學習、小組協作等學習方式，對項目的任務目標進行分析，確定任務的實施步驟，并為任務的實施做好充分的準備。再次，進入“實施計劃”階段，學生在Multisim軟件中進行項目的仿真設計，畫出相應的電路圖，對出現的問題與教師及時溝通，在進行知識建構的過程中，形成職業崗位能力。最后，在“制作實物”環節中，學生在完成設計電路的電路圖指導下，進行實物制作，制作完成后，再進行調試。學生在調試過程中，就出現的問題與教師探討，尋求解決問題的方法，并與仿真電路進行對比，分析問題產生的原因。整個過程體現了“理仿實一體化”的教學模式。計數器的仿真電路圖如圖4所示。

圖4的工作原理是：555定時器產生一個秒脈沖，由74LS192計數器進行計數，由4511顯示驅動譯碼器對數碼管進行驅動，顯示計數的值。此電路在設計的過程中，最初給學生的電路計數器上沒有接開關。學生在仿真的過程中，發現計數器計數的初始值是不確定的一個隨機數。這時，就要求學生對此電路進行改進，計數從0開始。此電路計數器完成的是一位計數，如果是8進制計數，則計數從0、1、2、3……7、0，依次循環顯示。學生通過網上查找資料、書本知識的學習及教師指導，確定了在計數器的清零端增加一個開關，對74LS192進行清零，實現了計數從0開始這個功能。這是給計數器清零的一種方法。

此電路設計完成后，教師要求學有余力的學生繼續對電路進行擴展，完成兩位數的計數功能電路的設計。經過自主學習、教師指導后，大部分學生能完成擴展電路的設計。

仿真完成后，再進行電路的實物制作。由于在仿真過程中，學生對電路的連線概念比較清晰，因此，制作過程也比較順利。電路調試時，對出現的問題，教師應提醒學生與仿真過程結合起來。例如，數碼管顯示為1，可是下面一筆（C）不亮，會有哪些情況發生呢？教師先讓學生自行進行分析，然后再進行指導分析：①C不亮，有沒有可能是數碼管這一筆壞了？②在仿真圖中，斷開與4511相連的11腳，看看有什么現象？③會不會是與11腳相連的電阻壞了？④4511芯片有問題？以上四種情況中前三種情況只要用萬用表一測量就可以清楚地知道問題出在哪里，如果前三種情況排除了，第四種情況用換芯片的方法判斷芯片的好壞。在實際過程中，一般都是②③的問題，也就是焊接連線的問題。經過這樣的分析，學生對數碼管的點亮及驅動的知識有了充分的理解，并學會了如何在電路制作中解決問題。

結束語

實踐證明，將Multisim仿真軟件應用于電路與電子技術基礎的教學，有效地激發了學生的學習興趣，使理論教學不再那么枯燥，實踐教學不再孤立。“理仿實一體化”教學模式的實施，不僅提高了課堂教學效率，而且達到了理論與實踐的結合，同時，培養了學生工程實踐、綜合分析和開發創新的能力，提高了學生運用先進技術設計工具的能力。

參考文獻：

[1]翟殿棠，趙建順，王玉泰.EDA技術與電工電子技術實驗教學改革[J].高校實驗室工作研究，2002（3）：21-22.

[2]成愈.電子技術教學的誤區和教學改革[J].電氣電子教學學報，2002（24）：26-28.

[3]宋紅.電工電子技術簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2012.

作者簡介：金巧芳，女，講師，研究方向：電子與通信。