Multisim在数字电路课程中的应用

侯思娟，窦金生

（1.江苏科技大学 电子信息学院，江苏 镇江 212003；2.镇江船艇学院 机电工程系，江苏 镇江 212003）

数字电路这门课程是理工科学生很重要的一门专业基础课程，也是学习难度比较大的课程之一。枯燥的理论知识只有通过做实验才能够真正得以理解，但是随着高等教育的改革，实验教学课时得到了一定程度的压缩，并且随着大学生的扩招，传统的借助仪器设备的实验室不可能达到人人都享有实验设备的要求，而且由于数字电路实验都是弱电实验，仪器的精确度也不能达到要求，并且还容易损坏。基于以上各种原因，通过计算机安装电子仿真软件进行虚拟仿真实验的形式弥补了传统实验室的不足而得以广泛采用。其中电子设计自动化EDA的仿真软件Multisim就是一个虚拟的电子实验室。 电子设计自动化EDA技术[6]主要是指以计算机为平台，融合了电子技术、计算机技术和智能化技术的现代电子设计技术。随着EDA技术的发展，电路的设计已经不再是手工设计，而是计算机辅助设计CAM。EDA技术中的Multisim软件就是作为一种PC级电路仿真软件来取代手工设计中的分析和验证电路的计算机电路设计，它不但可以进行具体的电路分析，对于电路元器件中的参数可以进行统计仿真分析，以及对电脑进行优化设计仿真等。

1 Multisim功能介绍

Multisim[5]是电子设计自动化EDA工具中的一个电子电路设计仿真软件，是加拿大IIT公司在EWB基础上推出的软件，是EWB三维升级版，所以在保留了EWB形象直观的优点外，还大大增强了仿真测试和分析功能，使得仿真设计的结果更精确、可靠。Multisim软件平台式电子工作平台，他的设计实验区就像一个面包板，在面包板上可以搭建各种各样的数字/模拟电路进行仿真实验。它主要有以下功能：1）具有直观的图形界面；2）具有丰富的元件数据库；3）类型齐全的仿真功能；4）强大的分析功能；5）强大的虚拟仪器功能；6）具有VHDL/Verilog的设计和仿真功能；7）丰富的输入输出接口；8）远程控制的功能。

在Windows环境下，此软件有一个完整的集成化环境，在一个电路窗口中，原理图的创建、电路的测试分析，结果的图表显示全部都集中在其中。Multisim整个操作界面就像一个操作台，操作简单容易理解[1]。

2 555定时器设计的多谐振荡器波形仿真

本节通过一个具体的简单实例来说明仿真虚拟实验的优越性。用555定时器设计一个多谐振荡器[4]，并进行相关数据的测量和输入，对其产生的波形进行观测，看看是否与平时所学的一致，并以此来说明虚拟实验的优越性。

2.1 创建实验电路

1）双击计算机面板上的Multisim图标，启动Multisim；

2）按实验任务要求在电路的工作区域创建实验电路：单击相应元器件库或仪器库，将需要的器件或仪表拖到合适的位置，利用工具栏的旋转、水平垂直反转等工具按钮使器件符合电路的安放要求；例如，我需要电阻，则从元件工具栏Component中提取——找Basic——找想要的电阻以及电容，用同样的方法找其他元件；

3）给元器件标识赋值，示波器的两个通道分别接电路的输入和输出端；

4）检查电路并保存文件。完成后的电路如图1所示。

图1 555定时器构成的多谐振荡器的实验电路图Fig.1 Multivibrator experiment circuit diagram of 555 timing

2.2 观察与调整

按下电源开关，仿真开始，观察输入和输出端的波形及相位关系。

图2 示波器输出波形图Fig.2 Waveform diagram of oscillograph output

2.3 改变参数重新观察结果

改变R2阻值的大小再次观察输出结果。改变电阻及电容参数，振荡周期发生变化，同样的占空比将发生变化

3 虚拟实验的局限性

通过上面的实例发现，仿真虚拟实验快速、方便，较真实地模拟了整个实验的过程。但是，与传统实验手段相比却也存在一定的差异，局限性表现在一下几个方面：1）与实物连线有区别，传统实验中可以触摸到实实在在的连接线。2）虚拟实验不能完全代替实物实验。测试电路中每部分的参数都比较容易，而真正要自己在面包板上动手搭接电路，用实际的仪器去测量参数，调整元器件，就会不知所措。例如对电阻电容的辨认，如何在面包板上正确地搭接电路等，这些问题在虚拟实验里是根本就不存在的。3）在实际实验时，尽管线路连接正确，但有可能存在接触不良或其他原因，随时会出现各种可能的异常现象和故障，而在虚拟实验中也绝对不会出现这些现象和故障，用虚拟方法也是无法解释的。传统实验过程中故障的检查和排除可以锻炼学生分析问题、解决问题的能力，可以大大提高学生实际动手能力。4）在虚拟技术测量中，难以模拟出实际系统中各种干扰信号的影响；实际系统中各性能指标的精度在虚拟技术中很难控制；虚拟技术很难完全反映实际元器件参数的离散性和同一类型元器件参数的不一致性。

通过以上一道简单得例题中，粗略地讲解了该软件的使用方法，Multisim软件的功能还有很多，要想应用好该软件，必须要多钻研、多学习、多应用。

4 结束语

在电工电子设计中，电子设计自动化EDA的设计和仿真是非常重要的环节，而且在众多的EDA软件中，Multisim具有更加强大的仿真设计应用功能，所以，在数字电路的仿真与设计中得到了甚为广泛的应用。

通过上面的实例也可以看出，通过Multisim电子电路仿真软件设计数字电路图，如同在实验室面包板上搭接电路，而且还不受元器件种类、数量及测试仪器的限制[3]。尽管如此，但是却也存在一定的局限，学生还是理应学会在传统实验室学习的方法，将Multisim应用到数字电路课程的设计实验当中去，进一步探索该软件在数字电路课程中的强大的设计功能，把虚拟实验作为传统实验的一种补充，将两者的学习结合起来，才能将数字电路这门课程彻底理解。

[1]郁玲艳.Multisim在数字逻辑电路中的应用[J].科技信息 ，2010，2（23）:208-209.YU Ling-yan.The application of Multisim in digital logic circuit[J].The Technology of Science，2010，2（23）:208-209.

[2]韩芝侠，魏辽博，韩宏博，等.仿真虚拟实验教学的研究与实践[J].实验技术与管理，2006，23（2）:63-65.HAN Zhi-xia，WEI Liao-bo，HAN Hong-bo，et al.The teaching research and practice in the simulation of the virtual experiment[J].Experimenttechnology and management，2006，23（2）:63-65.

[3]张晶，李心广.基于Multisim的电路设计与仿真[J].计算机仿真，2005，22（5）:109-110.ZHANGJing，LIXin-guang.The circuit design and simulation based on multisim[J].The computer simulation，2005，22（5）:109-110.

[4]江小安.数字电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社，2002.

[5]熊伟，侯传教，等.Multisim7电路设计及仿真应用[M].北京：清华大学出版社，2005.

[6]黄勤易.基于EDA技术的数字电路设计性实验研究[J].现代电子技术，2005，28（20）:65-68.HUANGQin-yi.Theresearchof digitalcircuitdesignexperiment based on EDA technology[J].The Modern Electronic Technology，2005，28（20）:65-68.