數(shù)字電壓表Multisim仿真在教學(xué)實踐中的應(yīng)用

　　摘 要：在電工電子課程及單片機(jī)課程的教學(xué)實踐中，Multisim仿真軟件給我們提供了一種全新的教學(xué)輔助手段和方法。本文以簡易的電壓測量和顯示系統(tǒng)為例，簡要介紹了Multisim10仿真軟件的特點(diǎn)，初步了解該仿真軟件結(jié)合Keil單片機(jī)編程仿真環(huán)境的實驗仿真方法。
　　關(guān)鍵詞：Multisim10 電工電子教學(xué) 虛擬實驗 計算機(jī)仿真
　　中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0155-02
　　電工電子及單片機(jī)知識的學(xué)習(xí)及運(yùn)用本應(yīng)是靈活多變，充滿創(chuàng)造性的。但在教學(xué)實踐中，學(xué)生常常面對枯燥、抽象的電路及程序，分析起來感到理解困難，并且不容易提起興趣。由于教學(xué)條件的限制，隨時給學(xué)生提供開放性的實踐機(jī)會也比較困難，而充分利用仿真技術(shù)則在很大程度上彌補(bǔ)了這個不足。
　　1 Multisim環(huán)境簡介
　　Multisim是加拿大IIT（Interactive Image Tech—nologies）公司在EWB（Electronics Workbench）基礎(chǔ)上推出的電子電路仿真設(shè)計軟件，Multisim現(xiàn)有版本為Multisim2001，和較新版本Multisim10。它支持模擬電路、數(shù)字電路以及模擬/數(shù)字混合電路的設(shè)計仿真。既可以分別對模擬電子系統(tǒng)和數(shù)字電子系統(tǒng)進(jìn)行仿真，也可以對數(shù)字電路和模擬電路混合在一起的電子系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。此外，它的微處理器模塊的仿真效果也比較理想。在教學(xué)中我們使用KEIL51對單片機(jī)進(jìn)行編程及軟件仿真，而編譯生成的.hex文件則可被Multisim軟件調(diào)用，用于單片機(jī)電路的硬件仿真。二者結(jié)合的仿真，讓學(xué)生體會到了單片機(jī)系統(tǒng)從硬件設(shè)計到軟件開發(fā)和調(diào)試的整個過程。
　　2 數(shù)字電壓測量顯示電路硬件設(shè)計
　　下面以簡單數(shù)字電壓測量顯示電路的硬件連接和軟件編程為例，探討這一仿真過程。目的在于讓學(xué)生體會單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計流程，理解AD轉(zhuǎn)換的實際應(yīng)用，及AD芯片的數(shù)據(jù)讀取過程，同時掌握數(shù)碼管的顯示和驅(qū)動方式。
　　系統(tǒng)由AD轉(zhuǎn)換部分，MCU數(shù)據(jù)處理部分和顯示部分電路組成，被測量的電壓為模擬量0～5V，通過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字量輸出給單片機(jī)，單片機(jī)計算出被測電壓，通過四位數(shù)碼管顯示出來。
　　其中AD轉(zhuǎn)換器采用Mixed組中ADC_DAC類別里的ADC元件。這是一個8位的AD轉(zhuǎn)換器。Vin是輸入電壓；Vref+和Vref-為參考電壓；當(dāng)SOC引腳被拉高后，AD轉(zhuǎn)換過程被啟動，同時EOC為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成后EOC則被拉高，代表轉(zhuǎn)換過程結(jié)束；D0-D7為轉(zhuǎn)換結(jié)果的二進(jìn)制輸出端；OE為三態(tài)輸出使能。輸出電壓為，其中Vfs=Vref+-Vref-。
　　處理器選取MCU Module組中，805x系列中的8051芯片。選擇路徑并輸入工作空間名稱，這里起名為MCUexample.點(diǎn)擊Next；選擇項目類型Project type為Use External Hex File。然后為項目起名，這里為“project1”。最后單擊Creat empty project后點(diǎn)擊Finish，完成未處理器芯片的載入。（圖1）
　　在項目管理窗口中右鍵單擊Project1，點(diǎn)擊MCU Code Manager，打開代碼管理器，在對話框右側(cè)選擇我們編譯好的十六進(jìn)制文件。實際上這一步是我們將所有硬件連接好，并已經(jīng)在Keil環(huán)境中編寫程序后，進(jìn)行仿真的軟、硬件調(diào)試時進(jìn)行的。（圖2）
　　這里選擇四只帶譯碼器的七段數(shù)碼管作為輸出顯示設(shè)備，只需輸入四位二進(jìn)制數(shù)則可譯碼并顯示出從“0”至“F”字符，程序和硬件電路都相對較簡單，便于學(xué)生理解和實現(xiàn)。兩只數(shù)碼管用于顯示整數(shù)部分（這里用一只也可以），另外兩只顯示兩位小數(shù)，精確到0.01V。整體的電路結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。電位器輸出被測量電壓，范圍是0～5V，作為AD轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，AD轉(zhuǎn)換器的參考電壓Vref+和Vref-分別接至5V和地。這樣若輸入電壓為5V則輸出0xFF，若輸入0V則輸出0x00。
　　3 軟件設(shè)計
　　軟件采用循環(huán)檢測的方式讀取AD轉(zhuǎn)換芯片的輸出值并顯示出來。流程主要初始化函數(shù)、AD數(shù)據(jù)的讀取函數(shù)與顯示函數(shù)組成。函數(shù)Adread函數(shù)用于讀取數(shù)據(jù)，首先使能三態(tài)輸出端口，并將SOC引腳置1，以啟動轉(zhuǎn)換過程，然后等待直至EOC引腳為高電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，最后置底三態(tài)輸出使能端OE。
　　AD轉(zhuǎn)換函數(shù)代碼為：
　　void ADread（void）
　　{
　　OE=1；//三態(tài)輸出使能
　　SOC=1；//啟動一次AD轉(zhuǎn)換
　　while（EOC！=1）；//延時等待直到EOC為1
　　SOC=0；
　　ADres=P1；//讀取AD的數(shù)值
　　OE=0；
　　}
　　數(shù)據(jù)顯示函數(shù)計算被測電壓并將每一位的數(shù)值送至相應(yīng)的數(shù)碼管輸出。在仿真電路中加入了一只電壓表來實際測量輸入給AD轉(zhuǎn)換芯片的實際電壓，這樣我們就可以知道數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)正確與否。在仿真中數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)可能與電壓表有偏差，但基本吻合即可。
　　4 仿真結(jié)果
　　按F5鍵或單擊Simulate菜單下的Run選項運(yùn)行仿真運(yùn)算。當(dāng)調(diào)整電位器的數(shù)值時，可以看到電壓表的示數(shù)和數(shù)碼管的示數(shù)同時發(fā)生改變，由于軟件運(yùn)算的原因，數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)可能會比較之后，且在被測電壓附近上下浮動，但這基本實現(xiàn)了通過AD轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并通過數(shù)碼管顯示的完整過程。
　　5 結(jié)論
　　這一實例比較好的呈現(xiàn)了簡單的單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的軟硬件設(shè)計主要流程，充分利用了Multisim10數(shù)字模擬電路的仿真方便快捷且直觀形象的優(yōu)勢。能讓學(xué)生充分理解和運(yùn)用所學(xué)知識。為教學(xué)方便，這里省略了信號放大環(huán)節(jié)和量程選擇等環(huán)節(jié)，以便降低學(xué)生調(diào)試的難度，加快實現(xiàn)的速度，建立學(xué)習(xí)興趣，在后面的教學(xué)中可逐步完善這一系統(tǒng)。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]胡榮玉，付光輝.Multisim在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝，2008（3）.
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