Multisim仿真软件在“电子产品装配与调试技术”课程中的应用

李春凤

摘   要：伴随着计算机技术的普及和网络技术的高速发展，仿真测试实验在职校教学中应用日益广泛。这种仿真软件和计算机技术紧密结合的电子仿真测试实验技术的引入不仅提高了实训教学效果，而且对实训教学的发展也有着重要的意义，文章对Multisim仿真软件在“电子产品装配与调试技术”课程中的应用进行了阐述。

关键词：Multisim仿真软件;实训教学;电子产品装配与调试

“电子产品装配与调试技术”是职业院校机电类专业的一门专业技能课程。课程采用项目式教学，教材内容按职业规范要求及企业岗位需要进行选择，结合省级以上电工电子技能大赛方案，精选典型技能竞赛项目加入，使教材内容更贴近专业发展和职业岗位需求。课程安排从分立元件电路到贴片元器件电路的装配与调试，使学生在实践中由浅入深逐步掌握元器件的识别与检测、电路的装配与调试技术，注重学生的综合实践技能培养。

在职业院校的各级技能竞赛中，“电子产品装配与调试”是重要赛项之一，其应用到的EDA软件主要有Altium Designer，Multisim，LabVIEW等。本文主要分析Multisim仿真软件在电子产品转配与调试中的应用。学生在产品装配前利用仿真软件先进行仿真测试实验，验证和了解电路的相关工作原理及规律，有助于学生认识和理解电路原理，增强分析电路、排除电路故障能力，提高学生产品装配的成功率，对培养学生的实际动手能力非常有益。同时，学生会对该系列课程感兴趣，利于对相关课程的学习[1]。

1    Multisim仿真软件简述

Multisim是一款专门用于电子电路仿真与设计的工具软件，其仿真方法切合实际，软件中使用的电工电子元器件和虚拟仪器仪表非常接近实际，具有电路原理图设计绘制、电路仿真分析及电路功能测试等功能，很好地解决了理论与实践相脱节问题，软件简单易学、容易上手。本文分析的课程项目选用Multisim13仿真软件实现电路的仿真测试实验。

2    进行仿真测试实验的意义

“电子产品装配与调试技术”教学内容主要包括元器件识别与检测、原理图分析，印制电路板装配图分析、指导电路组装与调试等，这是理论加实践的一体化教学过程。课程涉及电工电子技术、电子测量技术和单片机技术等众多专业知识，学生难理解、掌握，教师在教学时常感到力不从心，尤其遇到如“固定偏置和分压偏置”等概念性比较强、难以理解的电路时，学生往往略过，不进一步探究电路的作用，只按照装配图依样画葫芦地组装电路，这样安装的产品一旦不能一次性成功，就会使学生经常出现不能独立调试、不知如何检测故障的情况，导致产品装配合格率低、学生学习兴趣低、信心不足。鉴于实训教学中遇到的这些问题，在课程教学中引入计算机仿真技术，利用Multisim仿真软件对需要装配的电子产品电路预先进行仿真测试实验：首先，绘制电路原理图。其次，利用软件中提供的虚拟仪器仪表进行电路仿真分析和功能测试[2]。在仿真测试实验过程中，学生可以通过记录当改变电路中元器件型号或数值时电路运行结果变化的现象，深入理解电路中各元器件的作用，巩固所学知识，同时，测试中还可以设置故障，如短路、开路和漏电等，加深学生对电路的理解，测试过程中记录各个相关点的数据及波形，可以为实际装配的电子产品调试检测提供帮助。通过仿真测试实验，有助于提高学生对电路概念基本理论、规律的认识和理解，加深认识各元器件在电路中所起的作用及使用场合，对培养学生的实际动手能力非常有益，提高学生学习的兴趣与信心。

3    Multisim仿真软件在“电子产品装配与调试技术”课程中的应用

3.1  课程项目选取

本文以“电子产品装配与调试技术”课程中“路灯自动节能控制器的装配与调试”项目为例，产品实物如图1所示。路灯自动节能系统实验套件是特别针对电子装配与调试技能开发的电子产品，电路设计由数字电路中应用广泛的时基定时器NE555及与非门CD4011组成，并结合光敏元件定时控制路灯的亮暗[3]。路灯控制要求：（1）电路通过光敏电阻感应光线，根据光线的亮暗来选择打开路灯。（2）到半夜行人稀少时，关闭掉一半的路灯，主要由555定时器、充电电容C4和继电器K2组成延时电路控制一半路灯的关闭，如图2所示。项目教学内容包括了模拟电路与数字电路的相关知识点。在装配产品前，可以先通过仿真测试实验直观地模拟路灯暗亮显示，将新学到的路灯控制理论知识真实展现出来，提高学生学习兴趣及完成本实训项目的信心[4]。

3.2  原理图的功能仿真测试实验

运用Multisim13仿真软件提供的元器件库绘制电路原理图，如图2所示。实际路灯自动节能控制器需要通过光敏电阻控制打开路灯，但在仿真电路中只需插入一个虚拟开关就能模拟光敏电阻的动作功能：光敏电阻受光照后阻值会变小，用闭合的开关代替，天黑或遮住光敏电阻后阻值变大，可用断开的开关代替，如图2电路中光控开关所示。仿真测试过程中，学生可以使用软件中的虚拟示波器对相应的测试点进行波形测试：图2中通过双踪示波器仿真测试，学生们可以清晰地看到CD4011第11脚及NE555第3脚（OUT脚）电压波形的变化。学生记录仿真测试得到的相关数据和波形，为装配完成后的整机调试提供相应的帮助。

3.3  产品整机调试与检修

路灯自动节能控制器整机装配完成后进入调试环节，学生参照仿真记录的数据与波形进行独立调试。由于仿真测试是一种理想状态下的测试，与实际测试之间存在一定差距，但并不影响电路的整体调试。以路灯自动节能控制器功能调试为例，步骤一：模拟白天，接通电源，调节RP1，灯D11亮，其他灯都不亮。CD4011第11脚输出为低电平，NE555的OUT脚输出低电平。步骤二：模拟夜晚，遮住光敏电阻RG，调节RP1和RP2，灯D1-D10亮，此时CD4011第11脚输出为高电平，NE555的OUT脚输高电平。步骤三：模拟后半夜，继续遮住光敏电阻RG，由于C4的充放电，过一段时间后会灭掉一部分灯，此时，NE555的OUT脚输出为低电平，CD4011第11脚继续输出高电平，如图2所示。

4    Multisim仿真软件应用在“电子产品装配与调试技术”实训课程中的效果

“电子产品装配与调试技术”课程中，学生制作产品的合格率是关键。在以往的实训教学里，学生往往很被动，电子产品装配后的调试或检测多依赖教师协助，这样很难达到预期的教学目的。每当遇到一些故障如元器件损坏、焊接接触不良等，造成产品无法正常运行时，部分学生甚至会选择直接放弃调试与检修，相对应装配产品的合格率也不会很高。Multisim仿真軟件应用在本实训课程后，学生不仅可以在仿真测试实验的过程中了解路灯自动节能控制器的工作方式及电路原理，还可以通过仿真结果总结出电路成功运行的路线与产品成功呈现的效果。学生在仿真测试实验的基础上再进行电子产品装配，当实际装配产品遇到故障时，能够独立通过分段仿真缩小故障范围，最后，从容地排除故障，这也大大提高了制作产品的合格率。实现了学生实训学习由被动向主动转变，提高了学生的实训效果，增强学生动手能力。

5    结语

Multisim仿真软件应用于“电子产品装配与调试技术”课程实训教学，对于培养学生的创新和创造精神有着不可取代的作用。一台个人计算机和一个仿真软件就相当于一个可以移动的、功能非常强大的虚拟实验室，仿真技术在不同应用方面的优势与传统实训方式有机结合起来，扬长避短，就能够有效地提高实训教学质量，而且能更好地实现理实一体化教学，对培养学生分析、解决问题能力有促进作用。

[参考文献]

[1]王斌，张国强.虚拟仪器技术在电子学实验中的应用实践[J].实验科学与技术，2015（6）：61-63.

[2]郑昊，牟智刚，张懿. EDA仿真软件在《电子产品整机装配与调试实训》课程中的应用[J].教育教学论坛，2015（21）：250-252.

[3]李莲英.虚拟技术在实验教学中的应用[J].无线互联科技，2018（9）：22-23.

[4]刘效勇，卢佩，曹海滨.虚拟仪器技术在电子线路课程中的应用[J].现代农村科技，2018（7）：83-84.