数字电压表Multisim仿真在教学实践中的应用
作者：谢飞
来源：《科技资讯》 2012年第25期
    谢飞
    （天津轻工职业技术学院自动化系  天津  300350）
    摘 要：在电工电子课程及单片机课程的教学实践中，Multisim仿真软件给我们提供了一种全新的教学辅助手段和方法。本文以简易的电压测量和显示系统为例，简要介绍了Multisim10仿真软件的特点，初步了解该仿真软件结合Keil单片机编程仿真环境的实验仿真方法。
    关键词：Multisim10  电工电子教学  虚拟实验  计算机仿真
    中图分类号：G712        文献标识码：A        文章编号：1672-3791(2012)09(a)-0155-02
    电工电子及单片机知识的学习及运用本应是灵活多变，充满创造性的。但在教学实践中，学生常常面对枯燥、抽象的电路及程序，分析起来感到理解困难，并且不容易提起兴趣。由于教学条件的限制，随时给学生提供开放性的实践机会也比较困难，而充分利用仿真技术则在很大程度上弥补了这个不足。
支持小数点的进制转换器
    1  Multisim环境简介
    Multisim是加拿大IIT(Interactive Image Tech—nologies)公司在EWB(Electronics Workbench)基础上推出的电子电路仿真设计软件，Multisim现有版本为Multisim2001，和较新版本Multisim10。它支持模拟电路、数字电路以及模拟/数字混合电路的设计仿真。既可以分别对模拟电子系统和数字电子系统进行仿真，也可以对数字电路和模拟电路混合在一起的电子系统进行仿真分析。此外，它的微处理器模块的仿真效果也比较理想。在教学中我们使用KEIL51对单片机进行编程及软件仿真，而编译生成的.hex文件则可被Multisim软件调用，用于单片机电路的硬件仿真。二者结合的仿真，让学生体会到了单片机系统从硬件设计到软件开发和调试的整个过程。
    2  数字电压测量显示电路硬件设计
    下面以简单数字电压测量显示电路的硬件连接和软件编程为例，探讨这一仿真过程。目的在于让学生体会单片机系统的软硬件设计流程，理解AD转换的实际应用，及AD芯片的数据读取过程，同时掌握数码管的显示和驱动方式。
    系统由AD转换部分，MCU数据处理部分和显示部分电路组成，被测量的电压为模拟量0～5V，通过AD转换器转换为8位数字量输出给单片机，单片机计算出被测电压，通过四位数码管显示出来。
    其中AD转换器采用Mixed组中ADC_DAC类别里的ADC元件。这是一个8位的AD转换器。Vin是输入电压；Vref+和Vref-为参考电压；当SOC引脚被拉高后，AD转换过程被启动，同时EOC为低电平，当转换完成后EOC则被拉高，代表转换过程结束；D0-D7为转换结果的二进制输出端；OE为三态输出使能。输出电压为,其中Vfs=Vref+-Vref-。
    处理器选取MCU Module组中，805x系列中的8051芯片。选择路径并输入工作空间名称，这里起名为MCUexample.点击Next；选择项目类型Project type为Use External Hex File。然后为项目起名，这里为“project1”。最后单击Creat empty project后点击Finish,完成未处理器芯片的载入。(图1)
   
    在项目管理窗口中右键单击Project1，点击MCU Code Manager,打开代码管理器，在对话框右侧选
择我们编译好的十六进制文件。实际上这一步是我们将所有硬件连接好，并已经在Keil环境中编写程序后，进行仿真的软、硬件调试时进行的。(图2)
    这里选择四只带译码器的七段数码管作为输出显示设备，只需输入四位二进制数则可译码并显示出从“0”至“F”字符，程序和硬件电路都相对较简单，便于学生理解和实现。两只数码管用于显示整数部分（这里用一只也可以），另外两只显示两位小数，精确到0.01V。整体的电路结构图如图3所示。电位器输出被测量电压，范围是0～5V,作为AD转换器的输入电压，AD转换器的参考电压Vref+和Vref-分别接至5V和地。这样若输入电压为5V则输出0xFF,若输入0V则输出0x00。
    3  软件设计
    软件采用循环检测的方式读取AD转换芯片的输出值并显示出来。流程主要初始化函数、AD数据的读取函数与显示函数组成。函数Adread函数用于读取数据，首先使能三态输出端口，并将SOC引脚置1，以启动转换过程，然后等待直至EOC引脚为高电平表示转换结束，最后置底三态输出使能端OE。
    AD转换函数代码为：
    void ADread(void)
    {
    OE=1;//三态输出使能
    SOC=1;//启动一次AD转换
    while(EOC!=1);//延时等待直到EOC为1
    SOC=0;
    ADres=P1;//读取AD的数值
    OE=0;
    }
    数据显示函数计算被测电压并将每一位的数值送至相应的数码管输出。在仿真电路中加入了一只电压表来实际测量输入给AD转换芯片的实际电压，这样我们就可以知道数码管显示数据正确与否。在仿真中数码管显示的数据可能与电压表有偏差，但基本吻合即可。
    4  仿真结果
    按F5键或单击Simulate菜单下的Run选项运行仿真运算。当调整电位器的数值时，可以看到电压表
的示数和数码管的示数同时发生改变，由于软件运算的原因，数码管的显示数据可能会比较之后，且在被测电压附近上下浮动，但这基本实现了通过AD转换器和单片机将模拟量转换为数字量并通过数码管显示的完整过程。
    5  结论
    这一实例比较好的呈现了简单的单片机系统开发的软硬件设计主要流程，充分利用了Multisim10数字模拟电路的仿真方便快捷且直观形象的优势。能让学生充分理解和运用所学知识。为教学方便，这里省略了信号放大环节和量程选择等环节，以便降低学生调试的难度，加快实现的速度，建立学习兴趣，在后面的教学中可逐步完善这一系统。
    参考文献
    [1]胡荣玉，付光辉．Multisim在电子技术教学中的应用[J]．中国现代教育装，2008（3）.
    [2］张秀香.EWB软件在电子电路中的应用［J］．自动化技术与应用，2002(3)：1-3.

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