Multisim12.0中的示波器在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用探索

楊曉雷 張 玲 李雙喜

1.安徽機(jī)電工程學(xué)校 安徽鳳陽(yáng) 233100

2.安徽科技學(xué)院 安徽鳳陽(yáng) 233100

Multisim12.0中的示波器在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用探索

楊曉雷1張 玲1李雙喜2

1.安徽機(jī)電工程學(xué)校 安徽鳳陽(yáng) 233100

2.安徽科技學(xué)院 安徽鳳陽(yáng) 233100

為了提高電子技術(shù)教學(xué)的質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐技能的訓(xùn)練，簡(jiǎn)單介紹了仿真軟件Multisim12.0中的示波器的種類(lèi)、功能。列舉了應(yīng)用Multisim12.0中的示波器觀(guān)察某些特定的周期性波形信號(hào)的典型實(shí)例，對(duì)示波器在電子技術(shù)教學(xué)中應(yīng)用的利弊進(jìn)行了分析。

Multisim12.0；示波器；電子技術(shù)

Multisim12.0是美國(guó)國(guó)家儀器（National Instruments，簡(jiǎn)稱(chēng)NI）推出的用于電路設(shè)計(jì)和電子教學(xué)的專(zhuān)用版本。該集成系統(tǒng)通過(guò)交互式的動(dòng)手實(shí)踐方法來(lái)研究電路行為，幫助教師更好地將學(xué)生引入教學(xué)系統(tǒng)并且加強(qiáng)電路理論教學(xué)。Multisim12.0提供的直觀(guān)圖形化環(huán)境可使學(xué)生快速放置基本組件，幫助他們掌握電路基本概念和基本規(guī)律。更重要的是，Multisim12.0包含豐富的元器件，并將安捷倫等測(cè)試儀器引入虛擬儀器中，使用戶(hù)在使用Multisim12.0時(shí)能產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。

下面對(duì)Multisim12.0中的示波器種類(lèi)、基本功能、操作方法、典型應(yīng)用電路及其在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，并對(duì)示波器在電子技術(shù)教學(xué)中應(yīng)用的利弊進(jìn)行分析，以便能夠較快地熟悉Multisim12.0中的示波器的使用方法，以利于更好地在電子技術(shù)的教學(xué)中使用實(shí)際的示波器。

1 Multisim12.0中的示波器種類(lèi)和功能

1.1 Multisim12.0中的示波器種類(lèi)

Multisim12.0中提供了4種示波器，即虛擬示波器、四蹤示波器、仿真安捷倫示波器、仿真泰克示波器等，打開(kāi)Multisim12.0軟件后，單擊仿真/儀器后，會(huì)顯示上述4種示波器，選中相應(yīng)的示波器，有示波器的虛影隨鼠標(biāo)移動(dòng)，在電路窗口的相應(yīng)位置單擊鼠標(biāo)，完成示波器的放置，雙擊該圖標(biāo)，便可以得到示波器參數(shù)設(shè)置控制面板。也可以直接從整個(gè)工作界面最右側(cè)的儀表工具欄單擊拖拽到電路工作窗口。

1.2 示波器的功能

示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見(jiàn)的電信號(hào)變換成看得見(jiàn)的圖像，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程，常用來(lái)觀(guān)測(cè)電流、電壓的波形，測(cè)定頻率、周期等，凡可以變?yōu)殡娦?yīng)的周期性物理過(guò)程都可以用示波器進(jìn)行觀(guān)測(cè)，除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。

2 虛擬示波器的使用

2.1 控制面板的各部分功能

Multisim12.0中提供的虛擬示波器的面板控制設(shè)置與真實(shí)示波器的設(shè)置基本一致，共分為時(shí)基設(shè)置（Timebase）區(qū)、通道設(shè)置（Channel）區(qū)、觸發(fā)（Trigger）區(qū)、數(shù)據(jù)顯示區(qū)等4個(gè)模塊，分別用來(lái)進(jìn)行時(shí)基信號(hào)的控制調(diào)整、輸入通道A/B的設(shè)置、觸發(fā)方式的設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示和比較等，數(shù)據(jù)顯為示區(qū)右邊的“反向”按鈕，用于反轉(zhuǎn)屏幕背景的顏色，“保存”按鈕用于將掃描數(shù)據(jù)保存。

2.2 示波器的調(diào)節(jié)方法

（1）按圖1（a）連接示波器XSC1，雙擊示波器圖標(biāo)，打開(kāi)其面板，再打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)。在Timebase區(qū)，按下Y/T按鈕。在比例（Range）欄，調(diào)節(jié)X軸刻度的時(shí)間基準(zhǔn)（如5 ms/Div），使顯示的信號(hào)有3～5個(gè)周期。

圖1 虛擬示波器的連接及顯示波形

（2）在Channel A區(qū)的Scale欄，調(diào)節(jié)Y軸信號(hào)幅度占屏幕高度的1/2～2/3，其他各項(xiàng)一般采取默認(rèn)設(shè)置。

（3）在屏幕上有兩條可以左右移動(dòng)的讀數(shù)指針，用鼠標(biāo)左鍵按住讀數(shù)指針后可以將其拖動(dòng)，以顯示某一時(shí)刻的波形幅值。

2.3 虛擬示波器的應(yīng)用舉例

在Multisim12.0的仿真電路窗口中建立如圖2所示的仿真半波整流電路，提取示波器圖標(biāo)，連接與被測(cè)電路的兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)（為便于觀(guān)測(cè)和顯示，可設(shè)定兩條連線(xiàn)為不同顏色），雙擊示波器圖標(biāo)，通道A和B的刻度分別設(shè)置為10 V/Div。用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器提供半波整流電路的輸入信號(hào)，設(shè)置為幅值10 V、頻率100 Hz的正弦交流信號(hào)，單擊仿真按鈕，則示波器顯示的輸入和輸出波形（如圖3所示），波形的幅值、周期（10 ms）與函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)置的值是一致的。

圖2 仿真半波整流電路

圖3 半波整流電路的輸入和輸出波形

3 安捷倫仿真示波器的使用

安捷倫54622D仿真示波器是一款功能強(qiáng)大的示波器，它的各個(gè)開(kāi)關(guān)、按鈕及旋鈕的排列和調(diào)節(jié)都與實(shí)物儀器完全一樣，我們?cè)谧约旱挠?jì)算機(jī)里也能使用高檔次測(cè)量?jī)x器，且沒(méi)有損壞儀器的擔(dān)憂(yōu)。安捷倫仿真示波器圖標(biāo)的右側(cè)有3個(gè)接線(xiàn)端，分別為觸發(fā)端、數(shù)字接地端、探頭補(bǔ)償輸出端；下面的左側(cè)兩個(gè)接線(xiàn)端是模擬量測(cè)量輸入端，右側(cè)16個(gè)接線(xiàn)端是數(shù)字量測(cè)量輸入端。

3.1 控制面板的各部分功能

Multisim12.0中提供的安捷倫54622D仿真示波器分為兩大區(qū)，即波形顯示區(qū)和控制調(diào)節(jié)區(qū)，其控制調(diào)節(jié)區(qū)按功能分為Horizontal區(qū)、Run Control區(qū)、Measure區(qū)、Waveform區(qū)、Trigger區(qū)、Analog區(qū)、Digital區(qū)、File區(qū)等幾個(gè)模塊，分別用來(lái)進(jìn)行時(shí)間基準(zhǔn)的調(diào)整、波形顯示的控制、相關(guān)參數(shù)的設(shè)置、調(diào)整顯示的波形、觸發(fā)模式設(shè)置、模擬信號(hào)通道的設(shè)置、數(shù)字信號(hào)通道的設(shè)置、保存或調(diào)用波形等，顯示區(qū)的下方從左至右分別是波形顯示亮度調(diào)整旋鈕（INTENSITY）、軟驅(qū)、電源開(kāi)關(guān)（POWER）。

3.2 安捷倫仿真示波器的應(yīng)用舉例

3.2.1 用安捷倫仿真示波器觀(guān)察分壓式偏置放大電路的輸入輸出波形

創(chuàng)建如圖4所示的仿真分壓式偏置放大電路，用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器提供該電路的輸入信號(hào)，設(shè)置為幅值10 mV、頻率100 Hz的正弦交流信號(hào)，打開(kāi)仿真按鈕和示波器開(kāi)關(guān)，調(diào)整通道參數(shù)，得到如圖5所示的輸入和輸出波形。

保持放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)不變，輸出端分別不接負(fù)載電阻和接負(fù)載電阻，觀(guān)察示波器所顯示的輸出波形；分別調(diào)節(jié)電位器使其阻值增大或減小，觀(guān)察示波器輸出波形的失真情況；用示波器雙蹤顯示功能，同時(shí)觀(guān)察輸入和輸出波形，并根據(jù)顯示屏上方顯示的數(shù)值，測(cè)出它們的幅值、相位關(guān)系及周期、頻率等。

圖4 仿真分壓式偏置放大電路

圖5 安捷倫示波器顯示的輸入和輸出波形

3.2.2 使用安捷倫仿真示波器邏輯分析功能

創(chuàng)建如圖6所示的用74LS160D構(gòu)成的仿真十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路，用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器提供計(jì)數(shù)器的輸入信號(hào)，設(shè)置為幅值10 V、頻率100 Hz、占空比50%的矩形波信號(hào)，打開(kāi)仿真按鈕和示波器開(kāi)關(guān)，合理設(shè)置示波器的參數(shù)，得到如圖7所示的仿真結(jié)果。從圖中可以看到74LS160D輸出的信號(hào)在示波器中顯示的波形是按十進(jìn)制遞增的加法計(jì)數(shù)器的波形。

圖6 仿真十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路

圖7 仿真十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路顯示的波形

4 示波器在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用分析

Multisim12.0中提供的示波器為電子技術(shù)的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了很大的方便，使用鼠標(biāo)或鍵盤(pán)就可以調(diào)用示波器及虛擬元器件，連接成具有實(shí)物功能的電路，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)就可以進(jìn)行與實(shí)物教學(xué)一樣的測(cè)試分析。因此，Multisim12.0引入電子技術(shù)的教學(xué)中，可以節(jié)省大量的元器件和儀器設(shè)備，對(duì)電子技術(shù)的教學(xué)起到很好的輔助作用。

4.1 Multisim12.0中的示波器引入電子技術(shù)理論教學(xué)中 提高課堂教學(xué)效果

在電子技術(shù)課堂教學(xué)過(guò)程中，引入Multisim12.0中的示波器和各種虛擬元器件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)的興趣，集中學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并且演示操作過(guò)程也不會(huì)占用過(guò)多的教學(xué)時(shí)間，大大提高了課堂教學(xué)的效率。

如上述幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例，在講解理論知識(shí)同時(shí)，教師根據(jù)教學(xué)的需要隨時(shí)調(diào)用Multisim12.0中的示波器，利用多媒體同步演示，顯示出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，把教科書(shū)上死的、靜止的概念和規(guī)律變?yōu)榛畹?、生?dòng)的、能看得見(jiàn)的數(shù)據(jù)和波形，并且可以通過(guò)改變參數(shù)、設(shè)置故障等，用示波器顯示波形的變化情況，結(jié)果也十分直觀(guān)，加深了理解和記憶，有效地提高課堂教學(xué)效果。

4.2 Multisim12.0中的示波器引入電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中 提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

在學(xué)生使用Multisim12.0中的示波器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，電容的連接、有無(wú)負(fù)載的設(shè)置、元器件參數(shù)的改變等，都不像操作實(shí)際的元器件和印刷電路板那樣復(fù)雜，既避免了拆裝元器件、多次焊接而損壞元器件和印刷電路板，又可以觀(guān)察在不同參數(shù)、不同負(fù)載、不同故障情況的電路工作狀態(tài)。這樣邊測(cè)試、邊修改、邊分析，可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和實(shí)驗(yàn)效果，培養(yǎng)他們排除故障的能力。利用Multisim12.0中的示波器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地也不再局限于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛(ài)好選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，利用自己的計(jì)算機(jī)在課后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

由于Multisim12.0中的示波器的面板結(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)置、接線(xiàn)方法、操作過(guò)程與實(shí)際示波器幾乎一致，因此學(xué)會(huì)使用仿真示波器，不僅對(duì)學(xué)生熟練使用實(shí)際示波器有幫助，還能夠更好地提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，激發(fā)他們的求知欲和創(chuàng)新意識(shí)，從而極大地提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

4.3 Multisim12.0中的示波器與實(shí)際示波器有機(jī)結(jié)合 有效提高教學(xué)效益

Multisim12.0中的示波器的使用，使學(xué)生缺少了對(duì)示波器的原理、用途及注意事項(xiàng)的了解，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也不會(huì)出現(xiàn)由于操作不當(dāng)可能造成示波器的損壞，這也就使學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)際示波器操作的必要的體驗(yàn)，從而會(huì)忽視實(shí)際示波器使用過(guò)程中的一些操作規(guī)范，也就必然會(huì)削弱學(xué)生對(duì)實(shí)際示波器基本操作技能的訓(xùn)練力度，影響了學(xué)生良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣的養(yǎng)成。

因此，在電子技術(shù)教學(xué)中，我們不能以仿真示波器的使用代替實(shí)際示波器的使用，而要充分發(fā)揮仿真示波器與實(shí)際示波器的各自?xún)?yōu)勢(shì)，通過(guò)仿真示波器的使用加深對(duì)電子技術(shù)基本概念、基本原理的理解和電路變化過(guò)程的認(rèn)識(shí)，逐漸建立起直觀(guān)、動(dòng)態(tài)的形象。然后，再通過(guò)實(shí)際示波器的使用進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，不斷積累操作實(shí)際示波器的經(jīng)驗(yàn)，把仿真示波器與實(shí)際示波器的使用有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，規(guī)范操作，反復(fù)訓(xùn)練，克服單一的教學(xué)方式，逐步培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)參與、樂(lè)于探究、勤于動(dòng)手的精神，從而有效提高教學(xué)效益。

［1］王冠華，盧慶齡.Multisim 12電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2014.

［2］雷躍，譚永紅.NI Multisim11電路仿真應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［3］聶典，丁偉.Multisim10計(jì)算機(jī)仿真在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

［4］伍湘彬.電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［5］張玲，楊曉雷.NI Multisim 11.0中函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的使用［J］.中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2013（6）：65-68.

To Explore the Application of the Oscilloscope
in Multisim12.0 About Electronic Technology Teaching

Yang Xiaolei1， Zhang Ling1， Li Shuangxi2
1. Anhui Electrical and Mechanical Engineering School， Fengyang， 233100， China
2. Anhui Science and Technology University， Fengyang， 233100， China

In order to improve the quality of electronic technology teaching.strengthen students' practical skills training.Briefy introduced the type and function of the simulation software Multisim12.0 of the oscilloscope.Lists the typical application about the oscilloscope of Multisim12.0 to observe certain periodic signal.Analyzed the advantages and disadvantages of the application of Oscilloscope in the teaching of electronic technology.

Multisim12.0； oscilloscope； electronic technology

2015-03-24

楊曉雷，碩士，高級(jí)講師。張玲，碩士，高級(jí)講師。李雙喜，碩士，副教授。