Multisim在電工電子教學(xué)中的應(yīng)用研究畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)題 目multisim在電工電子教學(xué)中的應(yīng)用研究學(xué)生姓名田波波學(xué)號(hào)200905010407專(zhuān)業(yè)班級(jí)測(cè)控0904設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及基本要求1. 查閱資料完成開(kāi)題報(bào)告；2. 學(xué)習(xí)掌握multisim仿真軟件；3. 學(xué)習(xí)掌握電工電子技術(shù)的理論知識(shí)；4. 結(jié)合自己學(xué)習(xí)的真實(shí)感受，研究multisim 在教學(xué)中的效果和對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量的重要性；5. 給電工電子技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)一些仿真電路，增加課堂直觀的演示；6. 撰寫(xiě)畢業(yè)論文一份，要求符合畢業(yè)設(shè)計(jì)論文撰寫(xiě)規(guī)范；7. 翻譯一份1萬(wàn)5千字符的英文資料；8. 用powerpoint制作的論文答辯電子稿1份。設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)

2、間2011 年 2月 28日 至 2011 年 6月 10 日設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn)電子電路教研室指導(dǎo)教師簽名年 月 日系（教研室）主任簽名年 月 日學(xué)生簽名年 月 日 multisim在電工電子教學(xué)中的應(yīng)用研究摘 要：multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（ni）有限公司推出的以windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 ni multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借ni multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫(kù)的電路圖，并利用工

3、業(yè)標(biāo)準(zhǔn)spice模擬器模仿電路行為。借助專(zhuān)業(yè)的高級(jí)spice分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與ni labew和signalexpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測(cè)量。ni multisim軟件是一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于電子電路仿真與設(shè)計(jì)的eda工具軟件。作為 windows 下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具，ni multisim 是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。ni multisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問(wèn)題。學(xué)員可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)

4、的再現(xiàn)出來(lái)，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。ni multisim軟件絕對(duì)是電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。本課題就是研究multisim軟件在電子電工教學(xué)中的應(yīng)用，以便學(xué)生能夠更好地使用該軟件進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)以及方便教師在教學(xué)中更好的使用該軟件對(duì)教學(xué)進(jìn)行各種豐富。關(guān)鍵詞：multisim；電工電子教學(xué)；軟件設(shè)計(jì)；仿真abstract:multisim is the u.s. national instrument (ni) co., ltd launched to windows based simulation tools, applicable to the board level

5、 analog/digital circuit board design work. it contains a circuit principle diagram of the graph input, circuit hardware description language input methods, and has rich simulation analysis ability. ni multisim software combines intuitive and powerful simulation, able to quickly, easily and effective

6、ly carried out on the circuit design and verification. with ni multisim, you can immediately create a complete component library circuit diagram, and use the industry standard spice circuit simulators mimic behavior. with the help of a professional senior spice analysis and virtual instruments, you

7、can early in the design process to quickly validate of circuit design, so as to shorten the modeling cycle. and ni lab ew and signalexpress software integration, perfect the powerful technology in the design process, so that they can compare with the realization of the simulation data modeling measu

8、rement. ni multisim software is a specialized for eda tools software simulation and design of electronic circuit. as a personal desktop electronic design instruments which can run under windows, ni multisim is a complete integrated design environment. ni multisim simulation and virtual instrument te

9、chnology is a good way to solve between theoretical teaching and practical experiment of the problem. trainees can easily to just learn the theoretical knowledge of the real reappear by computer simulation, and virtual instrument technology can be used to create the real instrument of our own. ni mu

10、ltisim software is absolutely electronics teaching software tool of choice. this topic is to research the application of multisim software in the teaching of electronic electrician, so that students can better use the software for various experiments and help teachers in teaching the use of the soft

11、ware for all kinds of rich teaching.key words: multisim; electrical and electronic teaching; software design; the simulation 目錄1 緒論1.1 課題背景 模擬電路和電路分析是高等院校工科專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)課，其特點(diǎn)是既有抽象的理論分析又有具體的實(shí)踐應(yīng)用。不但要求學(xué)生掌握電路基本原理還要求理解電路的設(shè)計(jì)以及實(shí)際應(yīng)用能力。multisim作為仿真工具具備了豐富的仿真能力以及完整的電路原理圖圖形輸入和硬件描述輸入功能，成為電類(lèi)學(xué)科的首選軟件工具。它能夠開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足不同層次需要的設(shè)計(jì)

12、型和綜合型實(shí)驗(yàn)。該軟件的引入不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的實(shí)驗(yàn)儀器陳舊設(shè)備落后元件受損等一系列不足，還大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此展開(kāi)課題對(duì)multisim在電工電子教學(xué)中的研究是十分必要的。1.2 課題研究的意義和目的 1. multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（ni）有限公司推出的以windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 2.可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生課堂參與度。在multisim軟件平臺(tái)上進(jìn)行教學(xué)，可以將課本上難以理解的電路圖和文字轉(zhuǎn)化成曲線、波形、數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行解釋?zhuān)铱梢愿?/p>

13、據(jù)需要對(duì)各個(gè)元器件進(jìn)行調(diào)整，大大提高了課堂教學(xué)效率。 3.提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，通過(guò)課堂上教師的演示，學(xué)生可以在課堂外進(jìn)行自學(xué)時(shí)應(yīng)用該軟件進(jìn)行仿真，從而提高學(xué)習(xí)效率。也可以加強(qiáng)對(duì)課本內(nèi)容的理解，通過(guò)學(xué)生自己的摸索從而掌握自己的學(xué)習(xí)方法，也可以為以后走上社會(huì)奠定一定基礎(chǔ)。 4.可以促進(jìn)教師自我提高，通過(guò)平時(shí)教學(xué)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，研究問(wèn)題，解決問(wèn)題從而提高教學(xué)能力。通過(guò)教學(xué)相長(zhǎng)，為以后教學(xué)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)歸納，探索出一條適合教師自己的提高教學(xué)質(zhì)量的途徑1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 multisim軟件是迄今為止，在電路級(jí)仿真上表現(xiàn)最為出色的軟件，有了multisim軟件，就相當(dāng)于擁有了一個(gè)設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室，可以非

14、常方便的從事電路設(shè)計(jì)、仿真、分析工作。 multisim軟件前身是是加拿大iit公司在20世紀(jì)八十年代后期推出的電路仿真軟件ewb（electronics workbench），后來(lái)，ewb將原先版本中的仿真設(shè)計(jì)模塊更名為multisim,之后又相繼推出了multisim2001、multisim 7等各個(gè)版本。2005年以后，加拿大iit公司隸屬于美國(guó)國(guó)家儀器公司(national instrument，簡(jiǎn)稱(chēng)ni公司)，美國(guó)ni公司于2006年初首次推出multisim9.0版本。目前最新版本是美國(guó)ni公司推出的multisim10。相對(duì)于其它eda軟件，它具有更加形象直觀的人機(jī)交互界面，并

15、且提供更加豐富的元件庫(kù)、儀表庫(kù)和各種分析方法。完全滿(mǎn)足電路的各種仿真需要。ni multisim10軟件則不僅僅局限于電子電路的虛擬仿真，其在labview虛擬儀器、單片機(jī)仿真等技術(shù)方面都有更多的創(chuàng)新和提高，屬于eda技術(shù)的更高層次范疇。 multisim軟件不僅可以在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮積極的促進(jìn)作用，對(duì)學(xué)生課后練習(xí)也起到了相當(dāng)大的幫助和促進(jìn)作用。 近些年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)教育水平的提升，相應(yīng)的一些國(guó)際化的教育軟件也引起了廣泛的重視。各級(jí)學(xué)校教育機(jī)構(gòu)相繼開(kāi)設(shè)相關(guān)課程，一些高等院校和條件較好的職業(yè)學(xué)校都先后建立了各自的仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，利用學(xué)生動(dòng)手實(shí)際操作和軟件仿真相結(jié)合的方式促進(jìn)教學(xué)。隨著越來(lái)越多的老師實(shí)

16、踐和應(yīng)用，軟件仿真相關(guān)的討論和研究也越來(lái)越多。教師利用multisim軟件仿真教學(xué)，在課堂上進(jìn)行實(shí)例演示，經(jīng)抽象的概念具體化形象化，幫助學(xué)生理解學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)，提高了課堂效率。1.4 論文的主要內(nèi)容1. 查閱資料完成開(kāi)題報(bào)告；2. 學(xué)習(xí)掌握multisim仿真軟件；3. 學(xué)習(xí)掌握電工電子技術(shù)的理論知識(shí)；4. 結(jié)合自己學(xué)習(xí)的真實(shí)感受，研究multisim 在教學(xué)中的效果和對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量的重要性；5. 給電工電子技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)一些仿真電路，增加課堂直觀的演示；6. 撰寫(xiě)畢業(yè)論文一份，要求符合畢業(yè)設(shè)計(jì)論文撰寫(xiě)規(guī)范；7. 翻譯一份1萬(wàn)5千字符的英文資料；8. 用powerpoint制作的

17、論文答辯電子稿1份。2 multisim的主要功能及特點(diǎn)2.1 相關(guān)名詞解釋 2.1.1 eda eda是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（electronic design automation）的縮寫(xiě)，在20世紀(jì)60年代中期從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）、計(jì)算機(jī)輔助制造（cam）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（cat）和計(jì)算機(jī)輔助工程（cae）的概念發(fā)展而來(lái)的。 eda技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在eda軟件平臺(tái)上，用硬件描述語(yǔ)言vhdl完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。 目前eda技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和

18、科研教學(xué)部門(mén)廣泛使用。例如在飛機(jī)制造過(guò)程中，從設(shè)計(jì)、性能測(cè)試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到eda技術(shù)。eda技術(shù)的概念eda技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。 利用eda工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開(kāi)始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出ic版圖或pcb版圖的整個(gè)過(guò)程的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。 2.1.2 multisim ni multisim軟件是一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于電子電路仿真與設(shè)計(jì)的eda工具軟件。作為 windows 下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具

19、，ni multisim 是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。ni multisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問(wèn)題。學(xué)員可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來(lái)，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。ni multisim軟件絕對(duì)是電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。 2.2 multisim 軟件的特點(diǎn) 1、直觀的圖形界面 整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來(lái)，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到

20、的。對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)而言，方便簡(jiǎn)單容易上手。 2、 豐富的元器件 提供了世界主流元件提供商的超過(guò)17000多種元件，同時(shí)能方便的對(duì)元件各種參數(shù)進(jìn)行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件。3、 強(qiáng)大的仿真能力 以spice3f5和xspice的內(nèi)核作為仿真的引擎，通過(guò)electronic workbench 帶有的增強(qiáng)設(shè)計(jì)功能將數(shù)字和混合模式的仿真性能進(jìn)行優(yōu)化。包括spice仿真、rf仿真、mcu仿真、vhdl仿真、電路向?qū)У裙δ堋?、 豐富的測(cè)量?jī)x器 提供了多種虛擬儀器進(jìn)行電路動(dòng)作的測(cè)量。5、 完備的分析手段 例如dc operating point analysis

21、（直流工作點(diǎn)分析）、ac analysis（交流分析）、transient analysis（瞬態(tài)分析）。它們利用仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，分析范圍很廣，從基本的到極端的到不常見(jiàn)的都有，并可以將一個(gè)分析作為另一個(gè)分析的一部分的自動(dòng)執(zhí)行。集成labew和signalexpress快速進(jìn)行原型開(kāi)發(fā)和測(cè)試設(shè)計(jì)，具有符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的交互式測(cè)量和分析功能。6、 獨(dú)特地射頻（rf）模塊 提供基本射頻電路的設(shè)計(jì)、分析和仿真。射頻模塊由rf-specific（射頻特殊元件，包括自定義的rf spice模型）、用于創(chuàng)建用戶(hù)自定義的rf模型的模型生成器、兩個(gè)rf-specific儀器（spectrum analyze

22、r頻譜分析儀和network analyzer網(wǎng)絡(luò)分析儀）、一些rf-specific分析（電路特性、匹配網(wǎng)絡(luò)單元、噪聲系數(shù)）等組成。7、 強(qiáng)大的mcu模塊 支持4種類(lèi)型的單片機(jī)芯片，支持對(duì)外部ram、外部rom、鍵盤(pán)和lcd等外圍設(shè)備的仿真，分別對(duì)4 種類(lèi)型芯片提供匯編和編譯支持；所建項(xiàng)目支持c代碼、匯編代碼以及16進(jìn)制代碼，并兼容第三方工具源代碼； 包含設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行、查看和編輯內(nèi)部ram、特殊功能寄存器等高級(jí)調(diào)試功能。8、 完善的后處理 對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算操作類(lèi)型包括算術(shù)運(yùn)算、三角運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)行、對(duì)數(shù)運(yùn)算、復(fù)合運(yùn)算、向量運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等。9、 詳細(xì)的報(bào)告 能夠呈現(xiàn)材料清單、元件

23、詳細(xì)報(bào)告、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表、原理圖統(tǒng)計(jì)報(bào)告、多余門(mén)電路報(bào)告、模型數(shù)據(jù)報(bào)告、交叉報(bào)表7種報(bào)告。10、 兼容性好的信息轉(zhuǎn)換 提供了轉(zhuǎn)換原理圖和仿真數(shù)據(jù)到其他程序的方法，可以輸出原理圖到pcb布線（如ultiboard、orcad、pads layout2005、p-cad和protel）；輸出仿真結(jié)果到mathcad、excel或labew；輸出網(wǎng)絡(luò)表文件；向前和返回注；提供internet design sharing（互聯(lián)網(wǎng)共享文件）。2.3 multisim軟件功能multisim擁有20多種分析功能，下面介紹幾種常見(jiàn)分析。 1.直流工作點(diǎn)分析：直流工作點(diǎn)分析(dc operating point

24、analysis)是在電路電感短路、電容開(kāi)路的情況下，計(jì)算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。合適的電路靜態(tài)工作點(diǎn)是電路正常工作的前提，如果設(shè)置不合適會(huì)導(dǎo)致電路的輸出波形失真。直流工作點(diǎn)分析的結(jié)果通常是后續(xù)分析的橋梁。 2.交流分析：交流分析(ac analysis)就是電路的頻率響應(yīng)分析。在進(jìn)行交流分析時(shí)，電路信號(hào)源的屬性設(shè)置中必須設(shè)置交流分析的幅值和相角，否則電路會(huì)提示出錯(cuò)。 3.瞬態(tài)分析：瞬態(tài)分析（transient analysis）是一種非線性時(shí)域time domain）分析，可以在有激勵(lì)信號(hào)（或沒(méi)有激勵(lì)信號(hào)）的情況下計(jì)算電路的時(shí)域響應(yīng)。瞬時(shí)分析時(shí)，每個(gè)輸入周期被等間隔劃分，然后對(duì)這個(gè)周期中的每個(gè)時(shí)間

25、點(diǎn)進(jìn)行直流分析。一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓波形取決于一個(gè)完整周期內(nèi)各時(shí)間點(diǎn)的電壓值。 4.傅里葉分析：傅里葉分析（fourier analysis）是分析周期性非正弦波信號(hào)的一種常用數(shù)學(xué)方法。傅里葉分析產(chǎn)生的每個(gè)頻率成分都是由周期波形的相應(yīng)諧波產(chǎn)生的。把每個(gè)頻率成分理解為一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)源，根據(jù)疊加原理，則總的響應(yīng)將等于每一項(xiàng)所產(chǎn)生的響應(yīng)之和。當(dāng)信號(hào)諧波的階次增加時(shí)，相應(yīng)的諧波幅值逐漸減小。這表明用信號(hào)的前幾個(gè)頻率成分的疊加來(lái)代替原信號(hào)是對(duì)信號(hào)的一個(gè)很好的近似。5.噪聲分析：噪聲分析（noise analysis）是分析噪聲對(duì)電路性能的影響。噪聲是減小信號(hào)質(zhì)量的電或電磁的能量，會(huì)影響數(shù)字電路、模擬電路和所有

26、的通信系統(tǒng)。multisim提供了3種噪聲模型：熱噪聲（thermal noise）、散彈噪聲（shot noise）和閃爍噪聲（flicker noise）等。 6.失真分析：失真分析（distortion analysis）是分析電路的非線性失真及相位偏移，通常非線性失 真會(huì)導(dǎo)致諧波失真（harmonic distortion）；而相位偏移會(huì)導(dǎo)致互調(diào)失真（intermodulation distortion，imd）。multisim可以分析小信號(hào)模擬電路的諧波失真和互調(diào)失真。 3 multisim在電子電工教學(xué)中的應(yīng)用案例分析3.1 案例一： rlc 諧振 收音機(jī) 3.2 單片機(jī)在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用概況3.3 at89s51