基于Multisim和LabVIEW聯合仿真的課堂演示實例設計

于 建 姚宇鳳 河北民族師范學院

基于Multisim和LabVIEW聯合仿真的課堂演示實例設計

于 建 姚宇鳳 河北民族師范學院

現代電子學課堂教學與以往傳統式的黑板教學有了很大的不同，教師會充分利用多媒體技術對于課本內容進行設計，制作出幫助學生理解課程內容的課件，通過生動的課件演示，幫助學生更加深入的理解所學的知識內容。同時，眾多輔助教學的仿真軟件，以其更加接近工程實際的特點，為課堂教學提供了新的思路和方法。本文以美國NI公司的核心軟件Multisim和LabVIEW為基礎，利用兩者的聯合仿真開發出適合“數字電子技術”課程的教學演示實例，從根本上提高學生學習課程的興趣，深入理解課程內容，了解課程內容在工程實際的應用。

Multisim；LabVIEW；聯合仿真

引言

電子課堂教學通常面臨著與工程實際脫離的情況，導致學生在學習的過程中，無法真正理解所學內容的應用價值，不能主動地將所學內容用到后期的設計中去。美國NI公司發布的Multisim仿真軟件一直以來被認為是電子學教學中應用最廣泛的軟件之一，而NI公司的LabVIEW是一個使用圖形符號進行編寫程序的編程環境，作為數據采集和儀器控制軟件的標準廣泛應用于工業界、學術界和研究性實驗室。同時，通過LabVIEW功能強大的圖形編程語言可以成倍的提高生產效率，還可以自定義屬于自己的虛擬儀器(VI)。本文一方面利用Multisim強大的電路仿真功能，另一方面，利用LabVIEW的數據分析及結果顯示的能力，綜合兩者優點，設計出適合課堂教學的演示實例，方便從事電子學的教育工作者進行相關課程的教學工作。本質上說，可以把Multisim提供的模塊看作是子電路，通過LabVIEW可以直接調用，并且在此基礎上完成后續的前面板設計，為用戶提供良好的交互界面。這種“軟硬”結合的方式，能夠提供給學習者針對硬件設計、層次化設計、軟件算法一種新思路、新視角。

圖2.LabVIEW程序框圖

圖3.前面板（GUI）

1.教學設計實例

進行Multisim和LabVIEW聯合仿真，需要聯合仿真模塊(co-simulation)才能夠調用相關的Multisim設計。數字電路課程的理論教學傳統上的方式是以黑板課堂以及驗證性實驗室實驗結合完成，然而理論課程與配套的實驗課程很難做到實時同步。為此，為了配合理論課程的教學，有必要利用各種手段，設計出相關的演示實例，結合實際，令學生對理論知識的應用有更具象的認知，以提高教學效果。

1.1 四位二進制加法器演示實例設計

如下，就是我們設計的全加器構成加法器的演示實例，圖1為Multisim提供的全加器仿真模塊，圖2為利用LabVIEW設計的4位二進制串行加法器的程序圖，圖3為前面板(GUI)。

圖1.全加器仿真模塊

通過演示，可以透過前面板設定2個四位二進制數的數值進行計算，得到對應結果。另外，切換到后臺程序框圖，利用LabVIEW的G語言的特點，讓學生可以清楚地了解到如何利用全加器模塊進行串行加法器的設計，以及其中的邏輯關系。另外，根據演示實例中計算2個四位二進制加法的用時，了解到串行加法器的問題所在，即實時性差，進而提出改進方案設計超前四位二進制加法器，緊密貼合課本的內容，加深理解。圖4給出了利用Multisim提供的74283模塊（超前加法器仿真模塊）以及LabVIEW程序圖聯合制作的課堂仿真演示實例，測試其計算2個4位二進制數的時間，通過課堂演示，讓學生通過仿真時間的差異感受兩種加法器的計算速度，了解工程設計中需要注意的實時性的問題，為后期深入學習諸如流水線加法器、乘法器等概念提供依據。同時，也更易理解4位2進制超前加法器的原理。

1.2 搶答器演示實例設計

搶答器的設計一直以來作為電子專業學生必須制作的初步電路作品，本演示實例利用四輸入D觸發器完成簡易的四人搶答器，演示過程中，首先提供由Multisim搭建的簡易搶答器的仿真模塊（配置好相應的接口），然后通過LabVIEW進行調用，完成互動的前面板設計。圖5為Multisim電路模塊，圖6為LabVIEW程序框圖，圖7為此演示實例前面板。

圖4.基于74283模塊的超前加法器程序圖

圖5 搶答器電路模塊

圖6 LabVIEW程序框圖

圖7 演示實例前面板

通過Multisim模塊介紹，以及LabVIEW程序圖設計的闡述及前面板生動的演示，讓學生更充分理解利用D觸發器構成簡易搶答器的原理，達到良好的教學目的。

2.利用LabVIEW WEB發布工具設計網絡資源共享平臺

隨著網絡技術的完善，教學活動不僅僅單一的存在于理論課堂之上，許多教育工作者會充分利用網絡技術將教學活動延伸到課堂教學之外的時間，學生可以通過網絡隨時隨地的觀看課堂教學中涉及的課件、仿真實例等。LabVIEW環境提供給用戶十分易用的WEB發布工具，利用此工具，教師可以將仿真實例通過網絡共享給學生，學生可隨時隨地的進行訪問，幫助學生更好的復習所學內容，提高教學質量。通過此技術，一方面解決了實驗室空間不足，學生實驗課程排課困難等問題，另一方面，在一定程度上節省了實驗室設備的購買及維護費用。

3.結語

本文主要圍繞著美國NI公司的Multisim仿真軟件結合LabVIEW開發環境制作適合課堂教學的演示實例，并且利用LabVIEW提供的Web發布工具，利用網絡技術將資源共享給學生，提高學生自主學習的能力，培養其創造力。本文涉及到的演示實例的設計都是基于“數字技術”課程的，而對于其他課程，等并未涉及，這是我們下一步要進行的工作。

[1]喬瑞萍等譯.LabVIEW大學實用教程.[M].電子工業出版社,2008.

[2]聶點，李北雁等.基于NI Multisim11的PLD/PIC/PLC的仿真設計.[M].電子工業出版社，2011.

[3]孫紹榮.高等教育方法概論[M].上海∶華東師范大學出版社，2010.

[4] 閻石.數字電子技術基礎[M].北京∶高等教育出版社，2008.

[5]余孟嘗.數字電子技術簡明教程[M].北京∶高等教育出版社，2006.

于建 （1979.2-），男，河北承德人，碩士研究生，講師，研究方向∶虛擬儀器設計，FFT處理器；

姚宇鳳（1978.3-），女，河北唐山人，碩士研究生，講師，研究方向∶界面設計及工藝設計

河北省承德市科技局、財政局項目《基于MULTISIM14的實踐教學仿真平臺開發》，項目編號：20155008。