（天津理工大學(xué) 自動化學(xué)院，天津 300384）

Multisim10是美國NI公司推出的的電子仿真軟件，是一個完整的集成化設(shè)計環(huán)境。提供了21種虛擬測試儀器/儀表。這些虛擬儀器和現(xiàn)實中所使用的儀器一樣，可以直接通過儀器觀察電路的運行狀態(tài)。同時，虛擬儀器還充分利用了計算機處理數(shù)據(jù)速度快的優(yōu)點，對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，并產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)果。這樣學(xué)生上實驗課之前，可以利用課余時間進(jìn)行Multisim仿真，熟悉實驗內(nèi)容，課后可以利用Multisim仿真，可以和實際測量的結(jié)果進(jìn)行比較，分析出現(xiàn)的問題。很大程度上解決了實驗室普遍存在儀表種類和數(shù)量有限、開放時間有限的問題。

一、Multisim10中的虛擬儀器簡介

Multisim10儀器庫中的虛擬儀表如圖1所示,從左至右分別是：數(shù)字萬用表（Multimeter）、失真分析儀（Distortion Analyzer）、函數(shù)信號發(fā)生器（Function Generator）功率表（Wattmeter）、雙蹤道示波器（Oscilloscope）、頻率計（Frequency Counter）、安捷倫函數(shù)發(fā)生器（Agilent Funcition Generator）、四蹤示波器（Four-channel Oscilloscope）、、波特圖示儀（Bode Plotter）、IV 分析儀（IV Analyzer）、字信號發(fā)生器（Word Generator）、邏輯轉(zhuǎn)換儀（Logic Converter）、邏輯分析儀（Logic Anlyzer）、安捷倫示波器（Agilent Oscilloscope）、安捷倫萬用表（Agilent Multimeter）、頻譜分析儀（Spectrum Analyzer）、網(wǎng)絡(luò)分析儀（Network Analyzer）、泰克示波器（Tektronix Oscilloscope）、電流探針（Current probe）、LabVIEW儀器（LabVIEW Insturment）、測量探針（measurement probe）。這些儀器在電路分析中都起到很重要的作用。

本文通過幾個典型實例，介紹Multisim中的虛擬儀器在電工電子實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用。

二、虛擬示波器（Oscilloscope）和邏輯分析儀（Logic Anlyzer）的應(yīng)用

虛擬示波器（Oscilloscope）包括雙蹤道示波器、四蹤示波器、安捷倫示波器、泰克示波器等；能夠完成信號的測量，顯示等，完全可以媲美實際示波器。

邏輯分析儀（Logic Anlyzer）是利用時鐘從測試設(shè)備上采集和顯示數(shù)字信號的儀器，最主要作用在于時序判定。對數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行分析和故障判斷非常有用，該儀器價格昂貴，一般高校實驗室都沒有購買該儀器。利用Multisim10的虛擬示波器和邏輯分析儀可以很方面的進(jìn)行電子實驗的結(jié)果預(yù)判和故障排查。

1.應(yīng)用1：異步二進(jìn)制計數(shù)器實驗故障排查

該實驗要求搭建一個異步二進(jìn)制計數(shù)器，從CP端輸入單脈沖，測試并記錄Q1～Q4的狀態(tài)及波形。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是在數(shù)字實驗箱上進(jìn)行的；該實驗箱具有多種芯片插座和輸入電平源、脈沖源、輸出指示燈等組成；在實驗中，有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)了下面的現(xiàn)象，模擬實驗箱的Q1、Q2、Q3、Q4指示燈；Q4一直不亮，也就是說異步二進(jìn)制加法計數(shù)器只能從000計數(shù)到111；問題出在哪里？

要想查找該問題，需要把脈沖輸入和Q1、Q2、Q3、Q4引入儀器觀測，觀察那一路出現(xiàn)問題；由于實驗室只有2通道的示波器無法觀察輸入和多路輸出；Multisim中的多通道虛擬示波器或者虛擬邏輯分析儀可以解決這個問題；

首先，在實驗開始前，按照實驗指導(dǎo)書在Multisim中搭建異步二進(jìn)制加法計數(shù)器電路圖，把輸入，Q1、Q2、Q3、Q4都引入虛擬示波器；這樣就可以觀測輸入變化時，中間過程及輸出的變化情況；

圖1 異步二進(jìn)制計數(shù)器仿真電路

二進(jìn)制加法計數(shù)器輸出Q1、Q2、Q3、Q4的波形如下：

圖2 Q1、Q2、Q3、Q4 仿真測試波形

光標(biāo)1、2之間就是一個異步加法二進(jìn)制一個計數(shù)周期輸出，從0000記數(shù)到1111；

這個和傳統(tǒng)的實驗對比，可以讓學(xué)生加深對J、K觸發(fā)器的理解。

現(xiàn)在的問題是計數(shù)器只能計數(shù)到111；使用邏輯分析儀就可以觀察多于4路以上的信號，把輸入脈沖連接到邏輯分析儀的時鐘輸入端，Q1、Q2、Q3、Q4 連接到邏輯分析儀的 1、2、3、4 通道；點擊邏輯分析儀屬性，設(shè)置邏輯分析儀：

圖3 虛擬邏輯分析儀時鐘設(shè)置界面圖

選擇外部時鐘源，時鐘頻率設(shè)置和輸入脈沖頻率一致即可。然后再設(shè)置每格含多少時鐘數(shù)，設(shè)置50即可；下面是出現(xiàn)問題的波形：

圖4 輸入時鐘、Q1、Q2、Q3、Q4仿真測試波形

Q4一直為低，所以燈一直不亮；通過對比每一級J-K觸發(fā)器輸入輸出，發(fā)現(xiàn)第4個觸發(fā)器存在問題；Q3的下降沿來了以后，Q4沒有變化，這存在幾種可能：

●J、K連線錯誤；

●CLR連線錯誤；

●第4個觸發(fā)器損壞；

通過排查，發(fā)現(xiàn)第4個觸發(fā)器的J端導(dǎo)線斷裂，更換導(dǎo)線，在測試，計數(shù)器功能正常。

2.應(yīng)用2：異步二--十進(jìn)制計數(shù)器輸出觀測

在進(jìn)行傳統(tǒng)的異步二--十進(jìn)制實驗時，學(xué)生對計數(shù)記道1001還是1010產(chǎn)生了爭論，如果用傳統(tǒng)的方法觀察，由于實驗室沒有4通道示波器，需要兩臺2通道的示波器一起觀察，費時費力；通過Multisim中的虛擬4通道示波器很容易的解決了這個問題。

首先用Multisim搭建一個二-十進(jìn)制加法計數(shù)器，通過虛擬4通道示波器觀察 Q1、Q2、Q3、Q4輸出即可；

圖5 異步二-十進(jìn)制計數(shù)器仿真電路

對4通道示波器進(jìn)行設(shè)置；參數(shù)如下圖所示：

圖6 虛擬示波器參數(shù)設(shè)置界面

鼠標(biāo)點擊右側(cè)旋鈕，即可進(jìn)行A、B、C、D通道切換。輸出Q1、Q2、Q3、Q4的波形如下：

圖7 Q1、Q2、Q3、Q4 仿真測試波形

光標(biāo)1、2之間就是一個異步加法二進(jìn)制一個計數(shù)周期輸出，從0000記數(shù)到1001而不是1010；

三、虛擬函數(shù)信號發(fā)生器（Function Generator）的應(yīng)用

函數(shù)信號發(fā)生器是電子實驗中必不可少的儀器，能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號，為電路提供源。Multisim中的信號源有通用的函數(shù)信號發(fā)生器和Agilent函數(shù)信號發(fā)生器，都可產(chǎn)生正弦波、方波、三角波；可以滿足電工電子實驗的需要。

1.應(yīng)用1：積分電路實驗

積分電路實驗是電子實驗中一個較難的實驗，主要是需要實時觀測輸入輸出波形，改變輸入，觀察輸出。傳統(tǒng)的方法是一邊改變，一邊觀察，很不方面。利用Multisim可以很好的解決這個問題。利用Multisim搭建的電路如下：

設(shè)置信號發(fā)生器，設(shè)置100Hz，幅度是2V的方波，參數(shù)設(shè)置如下：

通過示波器觀察輸入輸出波形：

然后直接更改輸入，輸出也會立即跟著變化了。

四、結(jié)束語

借助電子仿真設(shè)計軟件Multisim仿真軟件及自帶的豐富的虛擬儀器，很大程度上解決了實驗室普遍存在儀表種類和數(shù)量有限、開放時間有限的問題。利用該軟件，提高了學(xué)生的分析能力，對培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)起到了積極的促進(jìn)作用。