基于Multisim和LabVIEW联合仿真的课堂演示实例设计

于 建 姚宇凤 河北民族师范学院

基于Multisim和LabVIEW联合仿真的课堂演示实例设计

于 建 姚宇凤 河北民族师范学院

现代电子学课堂教学与以往传统式的黑板教学有了很大的不同，教师会充分利用多媒体技术对于课本内容进行设计，制作出帮助学生理解课程内容的课件，通过生动的课件演示，帮助学生更加深入的理解所学的知识内容。同时，众多辅助教学的仿真软件，以其更加接近工程实际的特点，为课堂教学提供了新的思路和方法。本文以美国NI公司的核心软件Multisim和LabVIEW为基础，利用两者的联合仿真开发出适合“数字电子技术”课程的教学演示实例，从根本上提高学生学习课程的兴趣，深入理解课程内容，了解课程内容在工程实际的应用。

Multisim；LabVIEW；联合仿真

引言

电子课堂教学通常面临着与工程实际脱离的情况，导致学生在学习的过程中，无法真正理解所学内容的应用价值，不能主动地将所学内容用到后期的设计中去。美国NI公司发布的Multisim仿真软件一直以来被认为是电子学教学中应用最广泛的软件之一，而NI公司的LabVIEW是一个使用图形符号进行编写程序的编程环境，作为数据采集和仪器控制软件的标准广泛应用于工业界、学术界和研究性实验室。同时，通过LabVIEW功能强大的图形编程语言可以成倍的提高生产效率，还可以自定义属于自己的虚拟仪器(VI)。本文一方面利用Multisim强大的电路仿真功能，另一方面，利用LabVIEW的数据分析及结果显示的能力，综合两者优点，设计出适合课堂教学的演示实例，方便从事电子学的教育工作者进行相关课程的教学工作。本质上说，可以把Multisim提供的模块看作是子电路，通过LabVIEW可以直接调用，并且在此基础上完成后续的前面板设计，为用户提供良好的交互界面。这种“软硬”结合的方式，能够提供给学习者针对硬件设计、层次化设计、软件算法一种新思路、新视角。

图2.LabVIEW程序框图

图3.前面板（GUI）

1.教学设计实例

进行Multisim和LabVIEW联合仿真，需要联合仿真模块(co-simulation)才能够调用相关的Multisim设计。数字电路课程的理论教学传统上的方式是以黑板课堂以及验证性实验室实验结合完成，然而理论课程与配套的实验课程很难做到实时同步。为此，为了配合理论课程的教学，有必要利用各种手段，设计出相关的演示实例，结合实际，令学生对理论知识的应用有更具象的认知，以提高教学效果。

1.1 四位二进制加法器演示实例设计

如下，就是我们设计的全加器构成加法器的演示实例，图1为Multisim提供的全加器仿真模块，图2为利用LabVIEW设计的4位二进制串行加法器的程序图，图3为前面板(GUI)。

图1.全加器仿真模块

通过演示，可以透过前面板设定2个四位二进制数的数值进行计算，得到对应结果。另外，切换到后台程序框图，利用LabVIEW的G语言的特点，让学生可以清楚地了解到如何利用全加器模块进行串行加法器的设计，以及其中的逻辑关系。另外，根据演示实例中计算2个四位二进制加法的用时，了解到串行加法器的问题所在，即实时性差，进而提出改进方案设计超前四位二进制加法器，紧密贴合课本的内容，加深理解。图4给出了利用Multisim提供的74283模块（超前加法器仿真模块）以及LabVIEW程序图联合制作的课堂仿真演示实例，测试其计算2个4位二进制数的时间，通过课堂演示，让学生通过仿真时间的差异感受两种加法器的计算速度，了解工程设计中需要注意的实时性的问题，为后期深入学习诸如流水线加法器、乘法器等概念提供依据。同时，也更易理解4位2进制超前加法器的原理。

1.2 抢答器演示实例设计

抢答器的设计一直以来作为电子专业学生必须制作的初步电路作品，本演示实例利用四输入D触发器完成简易的四人抢答器，演示过程中，首先提供由Multisim搭建的简易抢答器的仿真模块（配置好相应的接口），然后通过LabVIEW进行调用，完成互动的前面板设计。图5为Multisim电路模块，图6为LabVIEW程序框图，图7为此演示实例前面板。

图4.基于74283模块的超前加法器程序图

图5 抢答器电路模块

图6 LabVIEW程序框图

图7 演示实例前面板

通过Multisim模块介绍，以及LabVIEW程序图设计的阐述及前面板生动的演示，让学生更充分理解利用D触发器构成简易抢答器的原理，达到良好的教学目的。

2.利用LabVIEW WEB发布工具设计网络资源共享平台

随着网络技术的完善，教学活动不仅仅单一的存在于理论课堂之上，许多教育工作者会充分利用网络技术将教学活动延伸到课堂教学之外的时间，学生可以通过网络随时随地的观看课堂教学中涉及的课件、仿真实例等。LabVIEW环境提供给用户十分易用的WEB发布工具，利用此工具，教师可以将仿真实例通过网络共享给学生，学生可随时随地的进行访问，帮助学生更好的复习所学内容，提高教学质量。通过此技术，一方面解决了实验室空间不足，学生实验课程排课困难等问题，另一方面，在一定程度上节省了实验室设备的购买及维护费用。

3.结语

本文主要围绕着美国NI公司的Multisim仿真软件结合LabVIEW开发环境制作适合课堂教学的演示实例，并且利用LabVIEW提供的Web发布工具，利用网络技术将资源共享给学生，提高学生自主学习的能力，培养其创造力。本文涉及到的演示实例的设计都是基于“数字技术”课程的，而对于其他课程，等并未涉及，这是我们下一步要进行的工作。

[1]乔瑞萍等译.LabVIEW大学实用教程.[M].电子工业出版社,2008.

[2]聂点，李北雁等.基于NI Multisim11的PLD/PIC/PLC的仿真设计.[M].电子工业出版社，2011.

[3]孙绍荣.高等教育方法概论[M].上海∶华东师范大学出版社，2010.

[4] 阎石.数字电子技术基础[M].北京∶高等教育出版社，2008.

[5]余孟尝.数字电子技术简明教程[M].北京∶高等教育出版社，2006.

于建 （1979.2-），男，河北承德人，硕士研究生，讲师，研究方向∶虚拟仪器设计，FFT处理器；

姚宇凤（1978.3-），女，河北唐山人，硕士研究生，讲师，研究方向∶界面设计及工艺设计

河北省承德市科技局、财政局项目《基于MULTISIM14的实践教学仿真平台开发》，项目编号：20155008。