Multisim在电工电子教学中的应用研究毕业论文

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1、西安石油大学本科毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书题 目Multisim在电工电子教学中的应用研究学生姓名田波波学号200905010407专业班级测控0904设计（论文）内容及基本要求1. 查阅资料完成开题报告；2. 学习掌握Multisim仿真软件；3. 学习掌握电工电子技术的理论知识；4. 结合自己学习的真实感受，研究Multisim 在教学中的效果和对提高学生学习兴趣，提高教学质量的重要性；5. 给电工电子技术教学设计一些仿真电路，增加课堂直观的演示；6. 撰写毕业论文一份，要求符合毕业设计论文撰写规范；7. 翻译一份1万5千字符的英文资料；8. 用PowerPoint制作的论文答

2、辩电子稿1份。设计（论文）起止时间2011 年 2月 28日 至 2011 年 6月 10 日设计（论文）地点电子电路教研室指导教师签名年 月 日系（教研室）主任签名年 月 日学生签名年 月 日 Multisim在电工电子教学中的应用研究摘 要：Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建

3、具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。NI Multisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim 是一个完整的集成化设计环境。NI Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚

4、刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。NI Multisim软件绝对是电子学教学的首选软件工具。本课题就是研究Multisim软件在电子电工教学中的应用，以便学生能够更好地使用该软件进行各种实验以及方便教师在教学中更好的使用该软件对教学进行各种丰富。关键词：multisim；电工电子教学；软件设计；仿真Abstract:Multisim is the U.S. national instrument (NI) co., LTD launched to Windows based simulation tools, applicable to

5、 the board level 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, easi

6、ly and effectively 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 i

7、nstruments, you 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 dat

8、a modeling measurement. 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 virtu

9、al instrument technology 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 o

10、f our own. NI Multisim 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

11、 use of the software for all kinds of rich teaching.Key words: multisim; Electrical and electronic teaching; Software design; The simulation 目录171 绪论1.1 课题背景 模拟电路和电路分析是高等院校工科专业的重要基础课，其特点是既有抽象的理论分析又有具体的实践应用。不但要求学生掌握电路基本原理还要求理解电路的设计以及实际应用能力。Multisim作为仿真工具具备了丰富的仿真能力以及完整的电路原理图图形输入和硬件描述输入功能，成为电类学科的首选软件工具

12、。它能够开发出满足不同层次需要的设计型和综合型实验。该软件的引入不仅弥补了传统实验教学中存在的实验仪器陈旧设备落后元件受损等一系列不足，还大大激发了学生的学习兴趣。因此展开课题对multisim在电工电子教学中的研究是十分必要的。1.2 课题研究的意义和目的 1. Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 2.可以激发学生学习兴趣，提高学生课堂参与度。在multisim软件平台上进行教学，可以将课本上难以理解的电路图和文字转化成曲

13、线、波形、数据来进行解释，而且可以根据需要对各个元器件进行调整，大大提高了课堂教学效率。 3.提高学生动手实践能力，通过课堂上教师的演示，学生可以在课堂外进行自学时应用该软件进行仿真，从而提高学习效率。也可以加强对课本内容的理解，通过学生自己的摸索从而掌握自己的学习方法，也可以为以后走上社会奠定一定基础。 4.可以促进教师自我提高，通过平时教学发现问题，研究问题，解决问题从而提高教学能力。通过教学相长，为以后教学总结经验，反复归纳，探索出一条适合教师自己的提高教学质量的途径1.3 国内外研究现状 Multisim软件是迄今为止，在电路级仿真上表现最为出色的软件，有了multisim软件，就相当

14、于拥有了一个设备齐全的实验室，可以非常方便的从事电路设计、仿真、分析工作。 Multisim软件前身是是加拿大IIT公司在20世纪八十年代后期推出的电路仿真软件EWB（Electronics Workbench），后来，EWB将原先版本中的仿真设计模块更名为Multisim,之后又相继推出了Multisim2001、Multisim 7等各个版本。2005年以后，加拿大IIT公司隶属于美国国家仪器公司(National Instrument，简称NI公司)，美国NI公司于2006年初首次推出Multisim9.0版本。目前最新版本是美国NI公司推出的Multisim10。相对于其它EDA软件，

15、它具有更加形象直观的人机交互界面，并且提供更加丰富的元件库、仪表库和各种分析方法。完全满足电路的各种仿真需要。NI Multisim10软件则不仅仅局限于电子电路的虚拟仿真，其在LabVIEW虚拟仪器、单片机仿真等技术方面都有更多的创新和提高，属于EDA技术的更高层次范畴。 Multisim软件不仅可以在教学实验中发挥积极的促进作用，对学生课后练习也起到了相当大的帮助和促进作用。 近些年来，随着国内教育水平的提升，相应的一些国际化的教育软件也引起了广泛的重视。各级学校教育机构相继开设相关课程，一些高等院校和条件较好的职业学校都先后建立了各自的仿真教学实验室，利用学生动手实际操作和软件仿真相结合

16、的方式促进教学。随着越来越多的老师实践和应用，软件仿真相关的讨论和研究也越来越多。教师利用Multisim软件仿真教学，在课堂上进行实例演示，经抽象的概念具体化形象化，帮助学生理解学习中的难点，提高了课堂效率。1.4 论文的主要内容1. 查阅资料完成开题报告；2. 学习掌握Multisim仿真软件；3. 学习掌握电工电子技术的理论知识；4. 结合自己学习的真实感受，研究Multisim 在教学中的效果和对提高学生学习兴趣，提高教学质量的重要性；5. 给电工电子技术教学设计一些仿真电路，增加课堂直观的演示；6. 撰写毕业论文一份，要求符合毕业设计论文撰写规范；7. 翻译一份1万5千字符的英文资料

17、；8. 用PowerPoint制作的论文答辩电子稿1份。2 Multisim的主要功能及特点2.1 相关名词解释 2.1.1 EDA EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。 EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。 目前

18、EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。EDA技术的概念EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。 利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。 2.1.2 Multisim NI Multisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。作为 Wind

19、ows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim 是一个完整的集成化设计环境。NI Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。NI Multisim软件绝对是电子学教学的首选软件工具。 2.2 Multisim 软件的特点 1、直观的图形界面 整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据

20、、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的。对学生学习而言，方便简单容易上手。 2、 丰富的元器件 提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。3、 强大的仿真能力 以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench 带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。4、 丰富的测量仪器 提供了多种虚拟仪器进行电路动作的测量。5、 完备的分析手段 例如DC Operat

21、ing Point Analysis（直流工作点分析）、AC Analysis（交流分析）、Transient Analysis（瞬态分析）。它们利用仿真产生的数据执行分析，分析范围很广，从基本的到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。集成LabEW和Signalexpress快速进行原型开发和测试设计，具有符合行业标准的交互式测量和分析功能。6、 独特地射频（RF）模块 提供基本射频电路的设计、分析和仿真。射频模块由RF-specific（射频特殊元件，包括自定义的RF SPICE模型）、用于创建用户自定义的RF模型的模型生成器、两个RF-specific仪

22、器（Spectrum Analyzer频谱分析仪和Network Analyzer网络分析仪）、一些RF-specific分析（电路特性、匹配网络单元、噪声系数）等组成。7、 强大的MCU模块 支持4种类型的单片机芯片，支持对外部RAM、外部ROM、键盘和LCD等外围设备的仿真，分别对4 种类型芯片提供汇编和编译支持；所建项目支持C代码、汇编代码以及16进制代码，并兼容第三方工具源代码； 包含设置断点、单步运行、查看和编辑内部RAM、特殊功能寄存器等高级调试功能。8、 完善的后处理 对分析结果进行的数学运算操作类型包括算术运算、三角运算、指数运行、对数运算、复合运算、向量运算和逻辑运算等。9、

23、 详细的报告 能够呈现材料清单、元件详细报告、网络报表、原理图统计报告、多余门电路报告、模型数据报告、交叉报表7种报告。10、 兼容性好的信息转换 提供了转换原理图和仿真数据到其他程序的方法，可以输出原理图到PCB布线（如Ultiboard、OrCAD、PADS Layout2005、P-CAD和Protel）；输出仿真结果到MathCAD、Excel或LabEW；输出网络表文件；向前和返回注；提供Internet Design Sharing（互联网共享文件）。2.3 Multisim软件功能Multisim拥有20多种分析功能，下面介绍几种常见分析。 1.直流工作点分析：直流工作点分析(D

24、C Operating Point Analysis)是在电路电感短路、电容开路的情况下，计算电路的静态工作点。合适的电路静态工作点是电路正常工作的前提，如果设置不合适会导致电路的输出波形失真。直流工作点分析的结果通常是后续分析的桥梁。 2.交流分析：交流分析(AC Analysis)就是电路的频率响应分析。在进行交流分析时，电路信号源的属性设置中必须设置交流分析的幅值和相角，否则电路会提示出错。 3.瞬态分析：瞬态分析（Transient Analysis）是一种非线性时域Time Domain）分析，可以在有激励信号（或没有激励信号）的情况下计算电路的时域响应。瞬时分析时，每个输入周期被等

25、间隔划分，然后对这个周期中的每个时间点进行直流分析。一个节点的电压波形取决于一个完整周期内各时间点的电压值。 4.傅里叶分析：傅里叶分析（Fourier Analysis）是分析周期性非正弦波信号的一种常用数学方法。傅里叶分析产生的每个频率成分都是由周期波形的相应谐波产生的。把每个频率成分理解为一个独立的信号源，根据叠加原理，则总的响应将等于每一项所产生的响应之和。当信号谐波的阶次增加时，相应的谐波幅值逐渐减小。这表明用信号的前几个频率成分的叠加来代替原信号是对信号的一个很好的近似。5.噪声分析：噪声分析（Noise Analysis）是分析噪声对电路性能的影响。噪声是减小信号质量的电或电磁的

26、能量，会影响数字电路、模拟电路和所有的通信系统。Multisim提供了3种噪声模型：热噪声（Thermal noise）、散弹噪声（Shot noise）和闪烁噪声（Flicker noise）等。 6.失真分析：失真分析（Distortion Analysis）是分析电路的非线性失真及相位偏移，通常非线性失 真会导致谐波失真（Harmonic Distortion）；而相位偏移会导致互调失真（Intermodulation Distortion，IMD）。Multisim可以分析小信号模拟电路的谐波失真和互调失真。 3 Multisim在电子电工教学中的应用案例分析3.1 案例一： rlc

27、谐振 收音机 3.2 单片机在工业测控领域中的应用概况3.3 AT89S51芯片内部结构简介3.4 主要引脚功能3.5 AT89S51芯片最小系统3.6 其它硬件介绍及连接4 Proteus软件系统仿真软件和Keil软件4.1 Proteus系统仿真4.1.1 引言 4.1.2 Proteus介绍4.1.3 Proteus VSM的仿真4.1.4 Proteus PCB4.1.5 基于Proteus的简单数据采集系统4.2.1 引言4.2.2 Proteus 软件与Keil uVision 的结合 4.2.3 Proteus 的工作过程 4.2.4 Proteus 软件所提供的调试手段 4.2

28、.5 Proteus 和KEIL uVision3 软件结合实例 4.2.6 小结5 智能交通灯基本结构设计5.1 智能交通灯的主要性能指标5.2 智能交通灯硬件基本组成5.3智能交通灯的软件设计6 调试中出现的问题7 结论 参考文献 致 谢毕业论文的文稿即将完成，我的毕业设计工作也将随之落下帷幕。回顾这一个学期走过的的学习之路，细细的品味其中的苦辣酸甜，既有遇到困难时抓耳挠腮的心烦，也有获得一点小突破的开心。从对单片机的初步了解，到现在对它的熟知与应用，这一切都离不开我的导师王萍老师，在这里我要向她表示诚挚的感谢。王萍老师是个特别严谨负责的老师，她对工作一丝不苟，兢兢业业，每个星期她都会及时

29、了解我的毕业设计进度，和我们交流、讨论，并对我们的疑惑相当有耐心的给予引导解决，对我所作出的成绩加以肯定并提出下一步的详细计划，在她认真、负责的教导以及督促下，我的论文才得以圆满完成。这整个过程不仅仅是获得了知识，更重要的是做出了成绩，让我肯定了自己，坚信世间自有公道，只要努力，就会收获成果，这将对我以后的生活和工作产生很积极的影响。另外，在课题智能交通灯的研究与实现期间，刘选朝老师也给了我很大帮助，他积极热情，和蔼可亲，给了我不少宝贵的意见。同时，许多同学也给了我很多帮助，提供各方面不同的信息给我，在此我对关心和帮助过我的所有人表示衷心的感谢！谢谢你们！最后，衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的老师。