基于Multisim的虚拟电子实验系统设计

徐宇宝

(皖西学院)

0 引言

Multisim是一种EDA(Electronic Design Automation)工具软件，以 windows操作系统为基础，具有非常强大而完备的功能．Multisim操作简单、成本较低，能够为电子设计与测试提供计算机虚拟平台．在教学中使用基于Multisim的虚拟电子实验系统能够提供虚拟的实验环境，具有较高的效率和较快的速度，能够开展设计性实验．根据实际工作经验，对基于Multisim的虚拟电子实验系统设计进行了探讨．

1 虚拟实验平台Multisim

Multisim是一种虚拟电子实验软件，其具有分析功能和虚拟测试功能，直观便捷，功能全面，Multisim主要有以下一些功能．

(1)数据处理功能．使用Multisim能够对数据和虚拟所得曲线进行单个处理，如果有多个数据或曲线还可以进行运算．Multisim可以用数据和曲线表示运算结果，并将实验数据打印出来．

(2)用户界面操作功能．Multisim的用户界面非常直观，可以将实验所需的测试仪器和元器件放到用户界面上，并使用鼠标进行操作．用实物操作的方式来操作软件仪器，真实仪器上的特性曲线、波形和测量数据都会在用户界面上直观的表现出来．

(3)虚拟测试仪器功能．Multisim能够为用户提供各种所需的虚拟测试仪器，不仅有示波器、信号发生器、交直流电压表、交直流电流表和万用表等常规仪器仪表，还包括逻辑分析仪、子函数发生器等高档仪器仪表．

(4)分析功能．Multisim的分析功能多达十八种，包括RF分析、瞬态分析、交流分析和静态工作点分析等等．用户可以利用其分析功能对电路的性能进行快速的分析．

(5)元件数据库．Multisim内的援建数据库多达十一类，电子元器件共计七十余种，包括集成电路IC、触发器、多路开关、译码器、通用逻辑电路、显示测试器件等等．图1就是基于Multisim的虚拟电子实验系统的电路图．

2 基于Multisim的虚拟电子实验系统的设计原则

设计基于Multisim的虚拟电子实验系统的根本目的在于为用户提供虚拟的电子实验环境，节约实验的成本，提高实验的效率．其针对的目标是高校的电子类专业学生，因此在设计基于Multisim的虚拟电子实验系统时，要充分发挥教学的主导性，虚拟电子实验系统要以学习者作为中心，为学习者提供一个便捷的实验条件和良好的实验环境．

在设计基于Multisim的虚拟电子实验系统时要遵循以下一些原则:

(1)实验教学的方法和内容都应该具有科学性．由于基于Multisim的虚拟电子实验系统的设计目的是教学，那么就应该提供灵活的教学方法和科学的教学内容，使学生能够通过基于Multisim的虚拟电子实验系统掌握知识、分析问题．要通过该系统使学生的创新能力和实验能力得到提高．

(2)基于Multisim的虚拟电子实验系统必须具有便利性，能够打破时空限制和经费限制，使学生能够随时随地的通过虚拟电子实验系统进行实验．由于学生是虚拟电子实验系统的主要用户，因此在设计用户界面时要做到一目了然、便于操作．

(3)虚拟实验系统的设计要具备讨论数据库功能．能够创建临时的Remind代理，对负责人进行自动通知，自动进行邮寄通知．在进行Lotus Domino群件设计时，要注意对工作流关系信息系统的设置．从开始生成工作流应用程序文档到具体的实施过程中，要由专门的负责人对每个阶段的特定任务进行负责．在设计的过程中要注意对人员和组织进行协调管理，使用户获得所需数据和文档时能够更加快捷和便利．并且便于虚拟电子实验系统的日常管理．

3 基于Multisim的虚拟电子实验系统在教学中的作用

在进行基于Multisim的虚拟电子实验系统的设计时，要对其在教学中的作用进行明确，并在设计中将这些作用更好的体现和发挥出来．与传统的实验室相比，虚拟电子实验系统能够发挥以下一些作用．

首先，对机械故障进行克服，为实验提供更为精准的测量．在传统实验室仪器中要使用物理实体作为操作面板，随着使用时间的增加，操作面板很容易出现一些机械故障，例如旋钮、开关解除不良等故障．机械故障必然会影响实验测量的准确度．而使用基于Multisim的虚拟电子实验系统，由软件自动生成实验仪器及其操作面板，用户可以通过键盘和鼠标来对仪器及其操作面板进行操作，从而避免了机械故障这一情况．虚拟电子实验系统的仪器测量准确度也远远超过了传统仪器．

其次，提高了实验的效率和速度．学生在进行电路设计时，仅需要对电路进行模拟调试，就可以对电路进行组装．这样一来，实验的时间得到了节约，设计性实验的开展更加方便快捷．基于Multisim的虚拟电子实验系统还有对实验曲线和数据进行直接打印的功能，可以将电路原理图、测试曲线和实验数据进行打印，学生可以更加便利的分析测试的结果．

最后，对实验室空间以及资金的节约．基于Multisim的虚拟电子实验系统具有一机多用的功能．基于Multisim的虚拟电子实验系统能够为学生提供不同种类的实验仪器，便于学生进行综合性实验．如果使用传统实验室进行综合性实验，则需要占用很大的空间，花费巨大的资金进行综合实验仪器的配置，且还要对各种仪器进行连接，并进行日常管理．基于Multisim的虚拟电子实验系统解决了空间和时间的问题，通过一机多用的功能缓解了院校中存在的空间与资金的不足．学生使用基于Multisim的虚拟电子实验系统不会对器材进行消耗，仪器也不会折旧，无需日常保养和维修．

4 基于Multisim的虚拟电子实验系统在教学中的设计应用

基于Multisim的虚拟电子实验系统的设计非常适合在高校电子类专业的实验教学中进行使用，能够提高实验的速度和效率，提高实验的精确度，降低学校的空间成本和资金成本，使更多学生能够获得参与实验的机会．在电子电路实验中，基于Multisim的虚拟电子实验系统设计得到了广泛的应用，例如数字钟实验电路实验、多谐振荡器电路实验和稳压电路实验等等．

4．1 基于Multisim的虚拟电子实验系统在虚拟电子实验中的使用

在各种不同的电子电路测试和设计实验中可以广泛的使用基于Multisim的虚拟电子实验系统设计．以单管放大电路为例，通过虚拟电子实验系统的设计，用户可以通过鼠标拖拽的方式，将实验和测试所需的虚拟仪器仪表和虚拟元器件放到所需的实验区域内，并以鼠标对电路进行连接，在实验的过程中可以参照单管放大器的电路原理图．连接好电路后可以通过鼠标进行单管放大电路的虚拟测试．在设计中，用户可以放大示波器图标屏幕，从而对示波器上显示的波形进行观察．此时通过观察示波器上的波形可以发现，输出信号波形可能会出现严重失真的情况，这主要是由于没有选择合适的直流工作点造成的．对R5进行改变，重新选择合适的直流工作点，则信号波形失真的情况消失．在进行虚拟实验中，可以便利的对各电力元器件的参数进行修改，例如重新设置晶体管型号参数、电容容量和电阻阻值等等，只需使用鼠标点击就可以在弹出的修改参数窗口中直接进行修改．

4．2 基于Multisim的虚拟电子实验系统在实验考查和实验演示中的使用

在教学中使用基于Multisim的虚拟电子实验系统设计，可以便利的进行电子测试和电子设计，实验速度和实验效率得到了极大的提高．对电子电路的工作原理可以进行直观和便利的演示．如此一来，通过虚拟电子实验系统的设计，可以突破理论教学中的教学难点和重点，提高电力教学的直观性．通过虚拟演示，能够将一些实验过程具体化，例如对正弦波震荡过程进行直观的演示，便于学生理解．

此外，基于Multisim的虚拟电子实验系统设计还能够考查学生的实验能力．教师可以在虚拟电子实验系统中利用电路故障设置功能设计一些相关的电路故障，要求学生能够通过虚拟实验排除故障，这样一来考查了学生的实验能力．电路故障设置功能还可以在虚拟实验中设置元器件漏电、开路、引线短路等隐含故障，要求学生能够在虚拟实验中分析实验现象，对实验中的故障进行判断并利用电路原理来进行故障的排除．这样一来，学生发现问题、分析问题和解决问题的能力都得到了有效的提高．

4．3 基于Multisim的虚拟电子实验系统在远程虚拟实验中的使用

通过计算机联网，可以进行远程虚拟实验设计，师生之间可以通过网络进行交流与学习．教师在远程虚拟实验中对学生讲解和示范实验内容，学生则对学校的Multisim虚拟实验系统进行访问，通过运行相关程序来进行虚拟实验．学生可以对元器件参数进行改变、对信号参数进行输入，并在虚拟电子实验系统中画出电路图，对虚拟实验的测试结果进行分析和保存，形成最终的实验报告并上交．通过网络，教师在远程虚拟实验室中批改和检查学生上交的实验报告，形成成绩．这样一来，更多的学生获得了参与实验的机会，锻炼了学生的实验能力，师生之间的实验教学不再受到空间和时间的限制，能够更加灵活和便利的开展实验教学．

在进行虚拟电子实验系统的设计时，要注意体现学生的主体地位，提高虚拟实验系统的开放性，使学生在进行电子电路设计时具有更大的自由．学生在完成必做的实验之后还可以进行趣味性的电路设计，例如交通灯控制、彩灯控制等等．使学生的创新能力和实际设计能力得到锻炼．

5 结束语

基于Multisim的虚拟电子实验系统设计能够为电子类专业的实验教学提供极大的便利，体现出巨大的优势．在设计时要不断对现有的虚拟电子实验系统进行突破，与传统实验室相结合，做到相辅相成．

［1］ 吴晓荣．Multisim在电子技术实验教学中应用的研究［J］．天津师范大学学报:自然科学版，2012，20(3):222-227．

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