Multisim仿真軟件在“電子產品裝配與調試技術”課程中的應用

李春鳳

摘? ?要：伴隨著計算機技術的普及和網絡技術的高速發展，仿真測試實驗在職校教學中應用日益廣泛。這種仿真軟件和計算機技術緊密結合的電子仿真測試實驗技術的引入不僅提高了實訓教學效果，而且對實訓教學的發展也有著重要的意義，文章對Multisim仿真軟件在“電子產品裝配與調試技術”課程中的應用進行了闡述。

關鍵詞：Multisim仿真軟件;實訓教學;電子產品裝配與調試

“電子產品裝配與調試技術”是職業院校機電類專業的一門專業技能課程。課程采用項目式教學，教材內容按職業規范要求及企業崗位需要進行選擇，結合省級以上電工電子技能大賽方案，精選典型技能競賽項目加入，使教材內容更貼近專業發展和職業崗位需求。課程安排從分立元件電路到貼片元器件電路的裝配與調試，使學生在實踐中由淺入深逐步掌握元器件的識別與檢測、電路的裝配與調試技術，注重學生的綜合實踐技能培養。

在職業院校的各級技能競賽中，“電子產品裝配與調試”是重要賽項之一，其應用到的EDA軟件主要有Altium Designer，Multisim，LabVIEW等。本文主要分析Multisim仿真軟件在電子產品轉配與調試中的應用。學生在產品裝配前利用仿真軟件先進行仿真測試實驗，驗證和了解電路的相關工作原理及規律，有助于學生認識和理解電路原理，增強分析電路、排除電路故障能力，提高學生產品裝配的成功率，對培養學生的實際動手能力非常有益。同時，學生會對該系列課程感興趣，利于對相關課程的學習[1]。

1? ? Multisim仿真軟件簡述

Multisim是一款專門用于電子電路仿真與設計的工具軟件，其仿真方法切合實際，軟件中使用的電工電子元器件和虛擬儀器儀表非常接近實際，具有電路原理圖設計繪制、電路仿真分析及電路功能測試等功能，很好地解決了理論與實踐相脫節問題，軟件簡單易學、容易上手。本文分析的課程項目選用Multisim13仿真軟件實現電路的仿真測試實驗。

2? ? 進行仿真測試實驗的意義

“電子產品裝配與調試技術”教學內容主要包括元器件識別與檢測、原理圖分析，印制電路板裝配圖分析、指導電路組裝與調試等，這是理論加實踐的一體化教學過程。課程涉及電工電子技術、電子測量技術和單片機技術等眾多專業知識，學生難理解、掌握，教師在教學時常感到力不從心，尤其遇到如“固定偏置和分壓偏置”等概念性比較強、難以理解的電路時，學生往往略過，不進一步探究電路的作用，只按照裝配圖依樣畫葫蘆地組裝電路，這樣安裝的產品一旦不能一次性成功，就會使學生經常出現不能獨立調試、不知如何檢測故障的情況，導致產品裝配合格率低、學生學習興趣低、信心不足。鑒于實訓教學中遇到的這些問題，在課程教學中引入計算機仿真技術，利用Multisim仿真軟件對需要裝配的電子產品電路預先進行仿真測試實驗：首先，繪制電路原理圖。其次，利用軟件中提供的虛擬儀器儀表進行電路仿真分析和功能測試[2]。在仿真測試實驗過程中，學生可以通過記錄當改變電路中元器件型號或數值時電路運行結果變化的現象，深入理解電路中各元器件的作用，鞏固所學知識，同時，測試中還可以設置故障，如短路、開路和漏電等，加深學生對電路的理解，測試過程中記錄各個相關點的數據及波形，可以為實際裝配的電子產品調試檢測提供幫助。通過仿真測試實驗，有助于提高學生對電路概念基本理論、規律的認識和理解，加深認識各元器件在電路中所起的作用及使用場合，對培養學生的實際動手能力非常有益，提高學生學習的興趣與信心。

3? ? Multisim仿真軟件在“電子產品裝配與調試技術”課程中的應用

3.1? 課程項目選取

本文以“電子產品裝配與調試技術”課程中“路燈自動節能控制器的裝配與調試”項目為例，產品實物如圖1所示。路燈自動節能系統實驗套件是特別針對電子裝配與調試技能開發的電子產品，電路設計由數字電路中應用廣泛的時基定時器NE555及與非門CD4011組成，并結合光敏元件定時控制路燈的亮暗[3]。路燈控制要求：（1）電路通過光敏電阻感應光線，根據光線的亮暗來選擇打開路燈。（2）到半夜行人稀少時，關閉掉一半的路燈，主要由555定時器、充電電容C4和繼電器K2組成延時電路控制一半路燈的關閉，如圖2所示。項目教學內容包括了模擬電路與數字電路的相關知識點。在裝配產品前，可以先通過仿真測試實驗直觀地模擬路燈暗亮顯示，將新學到的路燈控制理論知識真實展現出來，提高學生學習興趣及完成本實訓項目的信心[4]。

3.2? 原理圖的功能仿真測試實驗

運用Multisim13仿真軟件提供的元器件庫繪制電路原理圖，如圖2所示。實際路燈自動節能控制器需要通過光敏電阻控制打開路燈，但在仿真電路中只需插入一個虛擬開關就能模擬光敏電阻的動作功能：光敏電阻受光照后阻值會變小，用閉合的開關代替，天黑或遮住光敏電阻后阻值變大，可用斷開的開關代替，如圖2電路中光控開關所示。仿真測試過程中，學生可以使用軟件中的虛擬示波器對相應的測試點進行波形測試：圖2中通過雙蹤示波器仿真測試，學生們可以清晰地看到CD4011第11腳及NE555第3腳（OUT腳）電壓波形的變化。學生記錄仿真測試得到的相關數據和波形，為裝配完成后的整機調試提供相應的幫助。

3.3? 產品整機調試與檢修

路燈自動節能控制器整機裝配完成后進入調試環節，學生參照仿真記錄的數據與波形進行獨立調試。由于仿真測試是一種理想狀態下的測試，與實際測試之間存在一定差距，但并不影響電路的整體調試。以路燈自動節能控制器功能調試為例，步驟一：模擬白天，接通電源，調節RP1，燈D11亮，其他燈都不亮。CD4011第11腳輸出為低電平，NE555的OUT腳輸出低電平。步驟二：模擬夜晚，遮住光敏電阻RG，調節RP1和RP2，燈D1-D10亮，此時CD4011第11腳輸出為高電平，NE555的OUT腳輸高電平。步驟三：模擬后半夜，繼續遮住光敏電阻RG，由于C4的充放電，過一段時間后會滅掉一部分燈，此時，NE555的OUT腳輸出為低電平，CD4011第11腳繼續輸出高電平，如圖2所示。

4? ? Multisim仿真軟件應用在“電子產品裝配與調試技術”實訓課程中的效果

“電子產品裝配與調試技術”課程中，學生制作產品的合格率是關鍵。在以往的實訓教學里，學生往往很被動，電子產品裝配后的調試或檢測多依賴教師協助，這樣很難達到預期的教學目的。每當遇到一些故障如元器件損壞、焊接接觸不良等，造成產品無法正常運行時，部分學生甚至會選擇直接放棄調試與檢修，相對應裝配產品的合格率也不會很高。Multisim仿真軟件應用在本實訓課程后，學生不僅可以在仿真測試實驗的過程中了解路燈自動節能控制器的工作方式及電路原理，還可以通過仿真結果總結出電路成功運行的路線與產品成功呈現的效果。學生在仿真測試實驗的基礎上再進行電子產品裝配，當實際裝配產品遇到故障時，能夠獨立通過分段仿真縮小故障范圍，最后，從容地排除故障，這也大大提高了制作產品的合格率。實現了學生實訓學習由被動向主動轉變，提高了學生的實訓效果，增強學生動手能力。

5? ? 結語

Multisim仿真軟件應用于“電子產品裝配與調試技術”課程實訓教學，對于培養學生的創新和創造精神有著不可取代的作用。一臺個人計算機和一個仿真軟件就相當于一個可以移動的、功能非常強大的虛擬實驗室，仿真技術在不同應用方面的優勢與傳統實訓方式有機結合起來，揚長避短，就能夠有效地提高實訓教學質量，而且能更好地實現理實一體化教學，對培養學生分析、解決問題能力有促進作用。

[參考文獻]

[1]王斌，張國強.虛擬儀器技術在電子學實驗中的應用實踐[J].實驗科學與技術，2015（6）：61-63.

[2]鄭昊，牟智剛，張懿. EDA仿真軟件在《電子產品整機裝配與調試實訓》課程中的應用[J].教育教學論壇，2015（21）：250-252.

[3]李蓮英.虛擬技術在實驗教學中的應用[J].無線互聯科技，2018（9）：22-23.

[4]劉效勇，盧佩，曹海濱.虛擬儀器技術在電子線路課程中的應用[J].現代農村科技，2018（7）：83-84.