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NIMultisim11.0中数字万用表的使用NIMultisim11.0digitalmultimeteruseYangXiaoleiShanghainormaluniversity,Shanghai,200234,China:IntroducesthesimulationsoftwareNIMultisim11.0featuresandcharacteristicsandNIMultisim11.0kindsofdigitalmultimeter.ApplicationofNIMultisim11.0virtualdigitalmultimeterandsimulationAgilentdigitalmultimetertomeasurethevoltage,current,resistance,frequencyorcycleetc.parametersanddiodepolarityandjudgedgoodorbadoperationprocess.万用表的使用范围很广，可用于电阻、电容、电流、电压、二极管、三极管等参数测量。由于万用表结构简单，具有用途多、量程广、使用方便等优点，在物理、电工电子的教学和实践过程中成为不可缺少的测量工具。万用表按测量结果的指示方式分为模拟万用表和数字万用表。模拟万用表是以一个表头为核心部件的多功能测量仪表，测量值由表头指针指示读取；数字万用表的测量值由液晶显示屏直接以数字的形式显示，读取方便，有些还带有语音提示功能。数字万用表与模拟万用表相比，具有灵敏度高、准确度高、显示清晰、过载能力强等优点，掌握数字万用表的使用方法是物理实验、电工电子技术的一项基本技能。本文通过介绍仿真软件NIMultisim11.0中数字万用表的使用来掌握数字万用表的使用方法。1仿真软件NIMultisim11.0简介NIMultisim11.0是美国国家仪器XX公司(NationalInstruments，简称NI)推出的以Windows操作系统为基础的一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件，是早期的ElectronicWorkbench(EWB)的升级换代产品，启动界面如图1所示。这一简单易用的Multisim11.0软件以图形化的方式消除了传统电路仿真的复杂性，提供了功能更强大的电子仿真设计界面和更为方便的电路图及文件管理功能。更重要的是，Multisim11.0使电路原理图的仿真与完成PCB设计的Ultiboard11仿真软件结合起来一起构成新一代的EWB软件，使电子电路的仿真与PCB的制作更为有效。图1作为Windows操作系统下运行的个人桌面电子设计工具，NIMultisim11.0是一个完整的集成化设计环境。NIMultisim11.0计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节这一问题。学生可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。NIMultisim11.0软件是电子电路教学的首选软件工具，它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师可以使用NIMultisim11.0交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真；也可以帮助教育工作者吸引学生，用互动、动手操作的方式研究电路行为，深化电路理论。通过NIMultisim11.0和虚拟仪器技术，工程师和电子电路教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。2NIMultisim11.0中数字万用表的种类NIMultisim11.0中提供了20多种在电子电路分析中常用的仪器仪表，其中的数字万用表有2种，普通虚拟数字万用表(如图2所示)；仿真Agilent(安捷伦)34401A型数字万用表(如图3所示)。(a)数字万用表的图标(b)数字万用表的面板图2图33虚拟数字万用表的使用3.1面板操作NIMultisim11.0中提供的虚拟数字万用表外观和操作与实际的万用表相似，可以用来测量电流(A)、电压(V)、电阻(Ω)和分贝值(dB)，测量直流或交流信号。在仪器栏选中数字万用表后，电路工作区将弹出如图2(a)所示的图标，双击数字万用表图标，弹出如图2(b)所示的数字万用表的面板。数字万用表的面板共分4个区，从上到下、从左到右各区的功能为：(1)显示区：显示万用表测量结果，测量单位由万用表自动产生。(2)功能设置区：点击面板上相应的按钮，可进行设置与测量。(3)选择区：单击按钮，表示测量对象为交流参数，测量交流电压或交流电流的有效值；单击按钮，表示测量对象为直流参数，测量直流电压或直流电流的大小。(4)参数设置区：理想的数字万用表在电路测量时，对电路不会产生任何影响，即电压表不会分流，电流表不会分压，但在实际中都达不到这种理想要求，总会有测量误差。虚拟仪器为了仿真这种实际存在的误差，引入了内部设置。在NIMultisim11.0仿真软件中，可以通过设置虚拟数字万用表的内部参数来真实地模拟实际仪表的测量结果。单击按钮，弹出如图4所示的MultimeterSettings(万用表设置)对话框，从中可以对数字万用表的内部参数进行设置。图4Electronicsetting(电气特性设置)包括：Ammeterresistance(R)―设置与电流表串联的内阻，其大小影响电流的测量精度。Voltmeterresistance(R)―设置与电压表并联的内阻，其大小影响电压的测量精度。Ohmmetercurrent(I)―用于设置欧姆表测量时，流过欧姆表的电流。dBrelativevalue(V)―用于设置分贝相对值，预先设置为774.597mV。Displaysetting(显示特性设置)包括：AmmeterOverrange(I)，VoltmeterOverrange(V)，OhmmeterOverrange(R)，主要用来设置电流表、电压表、欧姆表的测量范围。设置完成后，单击按钮，保存所做的设置；单击按钮，取消本次设置。3.2功能选择在功能设置区有4个选择按钮，当需要选择某项功能时，只需单击相应的功能按钮即可。被选中按钮与其他按钮颜色不同，在图2(b)中选中的是“直流电压档”。A(电流挡)：测量电路中某支路的电流。测量时，数字万用表应串联在待测支路中。用作电流表时，数字万用表的内阻非常小(1nΩ)。V(电压挡)：测量电路两节点之间的电压。测量时，数字万用表应与两节点并联。用作电压表时，数字万用表的内阻非常高，可以达到1GΩ。Ω(欧姆挡)：测量电路两节点之间的电阻。被测节点与节点之间的所有元件当做一个“元件网络”。测量时，数字万用表应与“元件网络”并联。dB(分贝挡)：测量电路两节点之间电压降的分贝值。测量时，数字万用表应与两节点并联。电压分贝值的计算公式：dB式中u0和ui分别为输出电压和输入电压。默认计算分贝的标准电压是1V，也可以在设置面板中进行调节。+：对应数字万用表的正极；－：对应数字万用表的负极。通过“+”“－”两个端子连接电路的测试点。3.3使用举例3.3.1测量电压、电流如图5所示，将万用表XMM1串联于电源电压为12V的电路中，单击和按钮，测量电源提供的总电流；将万用表XMM2和XMM3分别并联于R1和R3两端，单击和按钮，分别测量R1和R2与R3并联的电压，所有万用表的测量结果如图6所示。图5图63.3.2测量电阻如图7所示，将万用表XMM1并联于R1与R2串联支路的两端，测量支路的总电阻，单击按钮，测量结果如图8所示。图7图84仿真安捷伦数字万用表的使用Agilent34401A是一种位高性能数字万用表。它不仅具有传统的测试功能，如交直流电压、交直流电流、电阻和信号频率、周期的测试，还具有某些高级功能，如数字运算功能，dB，dBm，界限测试和最大、最小、平均等功能。Agilent34401A万用表的图标和面板如图3所示。图3中1，2端为正极，3，4端为负极，5端为电流流入端。在NIMultisim11.0用户界面中，将Agilent34401A仪表图标的对应接线端子连接到电路图中，用鼠标双击图标，弹出面板，面板主要有显示区、电源开关、功能键区和接线端子四部分组成，如图9所示。图9该仿真仪器与NIMultisim11.0虚拟仪器不同之处在于使用时必须打开电源开关，而NIMultisim11.0虚拟仪器没有电源开关。4.1基本设置(1)单击面板上的电源开关power，显示屏点亮，即进入测试准备状态。(2)Shift按钮为换挡按钮，单击Shift按钮后，Agilent34401A万用表的显示屏的右下角会出现Shift字样，再单击其他功能按钮，将执行该按钮上方的标识功能。(3)Single按钮用于单触发模式的选择设置，打开Agilent34401A万用表时，其处于自动触发模式状态，单击Single按钮后，设置成单触发状态。如果从单触发状态转换到自动触发状态，不能简单地单击Single来设置，而应该首先单击Shift按钮，这时，Agilent34401A万用表的显示屏的右下角将会出现Shift字样，此时，单击Single后，才由单触发转换回到自动触发状态。4.2量程的选择(1)Agilent34401A万用表面板上的∨，∧和Auto/Man为量程选择按钮。∨用于减小量程，∧用于增大量程，Auto/Man进行自动测量和人工测量的转换。选择自动测量模式时，量程范围自动改变；选择人工测量模式时，需要手动设置量程，并且显示屏上显示Man字样。(2)被测值超过所选择的量程时，面板显示OVLD。(3)∨，∧和Auto/Man按钮与Shift按钮结合起来可以选择显示不同的位数。4.3使用举例4.3.1电流电压的测量如图10所示RL串联的交流电路中，测量电流时，应将图标XMM1中的3，5端串联到被测试的支路中。单击面板上的Shift按钮，则显示屏的右下角显示Shift，单击按钮，此时显示屏显示的单位为AAC，即执行的是按钮上方“ACI”的功能，可测量交流电流(如图11所示)；测量电压时，应将图标XMM2和XMM3的1，3端并联在被测试的支路两端，单击按钮，可测量交流电压(如图12所示)。图10图11图12若是直流电源，按上述方法分别单击按钮，即可测量直流电流和直流电压。4.3.2电阻的测量Agilent34401A数字万用表提供2线测量法和4线测量法2种方法测量电阻。2线法和普通数字万用表测量方法相同，将1和3端分别接在被测电阻的两端。测量时，单击面板上的按钮，可测量电阻阻值的大小，如图13所示。图134线测量法是可以更准确地测量小电阻的方法，它能自动减小接触电阻，提高测量精度。测量时，将1和2并接，3和4端并接后分别接在被测电阻的两端，先单击面板上的Shift按钮，显示屏的右下角中显示Shift，再单击面板上的按钮，执行的是按钮上方“Ω4W”的功能，即为4线测量法模式，此时显示屏显示的单位为，它是4线测量法的标志，如图14所示。图144.3.3频率或周期的测量Agilent34401A数字万用表可以测量电路的频率或周期。测量时，将1和3端分别接在被测电路的两端，如图10所示的XMM2。单击面板上的按钮，可测量频率的大小(如图15所示)。若单击面板上的Shift按钮，显示屏的右下角显示Shift，然后再单击按钮，则可测量周期的大小(如图16所示)。图15图164.3.4二极管极性和好坏的判断测量时，将Agilent34401A数字万用表的1和3端分别接在被测元件的两端，先单击面板上的Shift按钮，显示屏的右下角显示Shift后，再单击按钮，可测试二极管的极性。若Agilent34401A数字万用表的1端接二极管的正极，3端接二极管的负极，则显示屏上显示二极管的正向导通压降(如图17所示)；反之，Agilent34401A数字万用表的3端接二极管的正极，1端接二极管的负极，则显示屏显示为“OPEN”字样。图17二极管断路时，若显示屏显示“OPEN”字样，表明二极管是开路故障；二极管短路时