Multisim仿真软件在电路与电子技术基础教学中的应用

摘要：针对电路与电子技术基础教学存在内容多、课时少、学习难度大的问题，笔者在教学中进行了改革，引入了Multisim仿真教学，采用“理仿实一体”的教学模式，使枯燥的理论直观、形象地表现出来，提高了理论知识的理解程度，使实践操作更符合实际电路的设计过程，达到理论和实践相结合的目的，也培养了学生发现问题、解决问题的能力。

关键词：电路；电子技术；Multisim仿真；一体化教学模式

中图分类号：TP399 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2016）08-0095-03

引言

电路与电子技术基础课程是高职院校电类专业的专业基础课程，该课程包含的内容多，课时少，学生在学习过程中往往会觉得难度很大。传统教学基本采用先理论讲解、后实验操作的方法，但这两个环节在执行过程中往往会脱节，导致学生的学习效果不理想。高职学生在学习课程时会出现以下情况：一是理论课以教师讲解为主，学生被动地吸收知识，课后没有复习、自学的习惯，往往学了后面忘了前面，慢慢地对课程失去了兴趣；二是理论的内容没有掌握好，学生在实验实训的时候也只是单纯地操作，不能很好地实现理论与实践的结合，出现问题没有有效的解决办法。

随着微电子技术、计算机技术的发展，各种EDA（电子设计自动化）技术相继出现，用此新方法，电子系统设计者只要拥有一套EDA开发软件、一台计算机、一套开发装置和空白的可编程器件就能完成复杂的电子系统设计。[1]在教学中引入仿真软件可以对实验实训进行有效的补充。现在教学中常用的EDA软件有Protel、Protues、Multisim等，各种软件在实现功能上也有所不同。Protel实现简单的模拟/数字电路的仿真、强大的PCB板设计；Proteus可以进行直观的模拟/数字电路、单片机、ARM仿真，也可以进行简单PCB板的设计，侧重单片机仿真的应用；Multisim侧重电路电子的分析设计，进行模拟/数字电路的精确、细微仿真使用。因此，在电路与电子技术课程的教学中，笔者选择了Multisim这款软件。近几年出现了Multisim的中文版本，让高职学生更容易上手。经过几届学生的运用，Multisim已经成为电路与电子技术基础教学中不可缺少的一个工具。

Multisim简介

Electronics Workbench （EWB）是加拿大IIT公司于上世纪80年代末、90年代初推出的用于电路仿真与设计的EDA软件，又称为“虚拟电子工作台”。IIT公司从EWB6.0开始，专门把电路仿真与设计模块更名为Multisim，大大增强了软件的仿真测试和分析功能，极大扩充了元件库中的仿真元件数量，使仿真设计更精确、可靠。

Multisim10有很多特性，即有所见即所得的设计环境，互动式的仿真界面，动态显示元件，3D效果的仿真电路，虚拟仪表，分析功能与图形显示窗口等。仿真的手段切合实际，选用的元器件和测量仪器与实际情况非常接近。此软件易学易用，便于电子信息、通信工程、自动化、电气控制类专业学生自学，便于开展综合性的设计和实验，有利于培养学生的综合分析能力、开发和创新能力。

Multisim在电路与电子技术基础教学中的具体应用

电路与电子技术基础课程最突出的特点是应用性和工程实践性。该课程已成为当今高新技术的基础，随着电子技术的飞速发展，新器件、新技术层出不穷，各种专用集成电路和可编程器件大量上市[2]，在课程的教学过程中，采用模块化的教学体系，以基于工作过程的教学方法来对课程进行教学改革。仿真软件的应用使得学校在器件的选择上有了很大的自由空间。

1.Multisim在理论学习中的指导作用

在以往的电路与电子技术基础课程验证性的实验中，学生的学习兴趣不大。而引入Multisim后，学生能够直观地看到效果，激发了学习兴趣。特别是在电路部分的内容中，基本上是理论验证的实验。下面笔者以叠加定理的验证为例说明Multisim的应用。

图1～图3，充分地体现了叠加定理的叠加概念。叠加定理指出[3]，在有几个独立源共同作用的线性电路中，通过每个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用在该元件上所产生的电流或电压的代数和。在电压源支路上流过的电流体现叠加在于：I=I+I”（0.400=-0.100+0.500）。

此时再进行叠加定理的解释和电路的分析就非常轻松了，学生也更容易接受了。同样，在模拟电子技术中，在对放大器的静态分析、动态分析、非线性失真等抽象、不易理解的内容学习中，教师若结合Multisim软件，也能对这些重要概念轻松解答，能使理论课堂变得生动有趣，不仅降低了教学难度，而且提高了学生的学习效率。

2.Multisim对实践的指导作用

模拟电路、数字电路中有许多和实践相关的知识和电路制作，如稳压电源、抢答器、计数器等，笔者采用的是先仿真与理论讲解相结合，再制作，最后总结回顾的方法。下面笔者就以计数器的制作为例，说明项目执行的过程。

首先，教师先进行项目导入，把与任务相关的知识点概括地做个介绍，并对电路功能提出要求；在充分考虑学生现有知识和能力水平的基础上，分组进行电路的设计。其次，制订计划，通过自主学习、小组协作等学习方式，对项目的任务目标进行分析，确定任务的实施步骤，并为任务的实施做好充分的准备。再次，进入“实施计划”阶段，学生在Multisim软件中进行项目的仿真设计，画出相应的电路图，对出现的问题与教师及时沟通，在进行知识建构的过程中，形成职业岗位能力。最后，在“制作实物”环节中，学生在完成设计电路的电路图指导下，进行实物制作，制作完成后，再进行调试。学生在调试过程中，就出现的问题与教师探讨，寻求解决问题的方法，并与仿真电路进行对比，分析问题产生的原因。整个过程体现了“理仿实一体化”的教学模式。计数器的仿真电路图如图4所示。

图4的工作原理是：555定时器产生一个秒脉冲，由74LS192计数器进行计数，由4511显示驱动译码器对数码管进行驱动，显示计数的值。此电路在设计的过程中，最初给学生的电路计数器上没有接开关。学生在仿真的过程中，发现计数器计数的初始值是不确定的一个随机数。这时，就要求学生对此电路进行改进，计数从0开始。此电路计数器完成的是一位计数，如果是8进制计数，则计数从0、1、2、3……7、0，依次循环显示。学生通过网上查找资料、书本知识的学习及教师指导，确定了在计数器的清零端增加一个开关，对74LS192进行清零，实现了计数从0开始这个功能。这是给计数器清零的一种方法。

此电路设计完成后，教师要求学有余力的学生继续对电路进行扩展，完成两位数的计数功能电路的设计。经过自主学习、教师指导后，大部分学生能完成扩展电路的设计。

仿真完成后，再进行电路的实物制作。由于在仿真过程中，学生对电路的连线概念比较清晰，因此，制作过程也比较顺利。电路调试时，对出现的问题，教师应提醒学生与仿真过程结合起来。例如，数码管显示为1，可是下面一笔（C）不亮，会有哪些情况发生呢？教师先让学生自行进行分析，然后再进行指导分析：①C不亮，有没有可能是数码管这一笔坏了？②在仿真图中，断开与4511相连的11脚，看看有什么现象？③会不会是与11脚相连的电阻坏了？④4511芯片有问题？以上四种情况中前三种情况只要用万用表一测量就可以清楚地知道问题出在哪里，如果前三种情况排除了，第四种情况用换芯片的方法判断芯片的好坏。在实际过程中，一般都是②③的问题，也就是焊接连线的问题。经过这样的分析，学生对数码管的点亮及驱动的知识有了充分的理解，并学会了如何在电路制作中解决问题。

结束语

实践证明，将Multisim仿真软件应用于电路与电子技术基础的教学，有效地激发了学生的学习兴趣，使理论教学不再那么枯燥，实践教学不再孤立。“理仿实一体化”教学模式的实施，不仅提高了课堂教学效率，而且达到了理论与实践的结合，同时，培养了学生工程实践、综合分析和开发创新的能力，提高了学生运用先进技术设计工具的能力。

参考文献：

[1]翟殿棠，赵建顺，王玉泰.EDA技术与电工电子技术实验教学改革[J].高校实验室工作研究，2002（3）：21-22.

[2]成愈.电子技术教学的误区和教学改革[J].电气电子教学学报，2002（24）：26-28.

[3]宋红.电工电子技术简明教程[M].北京：高等教育出版社，2012.

作者简介：金巧芳，女，讲师，研究方向：电子与通信。