基于Multisim仿真的打靶游戏机设计与实现

【摘要】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Mul...

摘要：本文以激光打靶游戏系统的设计和实现为例，介绍的其硬件设计，并简要介绍了在multisim10中的仿真过程，初步了解如何在单片机课程的教学实践中。

关键词：Multisim10 电工电子教学 虚拟实验 计算机仿真

中图分类号：TN791 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）09-0162-01

电工电子及单片机教学实践中，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。安排较多的实践环节有助于克服这一困难，但由于教学条件的限制，很难随时给学生提供开放性的实践机会，而充分利用仿真技术则在很大程度上弥补了这个不足。学生可以大胆的在仿真环境中应用学习过的理论知识，结合了仿真实践环境的理论教学，可以引导学生大胆实践和探索。打靶游戏机的游戏规则较简单，涉及到的数字模拟电路知识和编程技巧适中，比较适于用于课堂的设计实例，其设计及实现过程也让学生充满兴趣。

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Multisim 10。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。同时，它的微处理器模块的仿真效果也比较理想。在教学中我们用经常使用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、硬件电路设计

2.1 激光枪电路

打靶系统本身涉及激光枪和靶机两个系统其中激光枪系统的电路较为简单，主要由激光二极管，电源和电容组成。用扣动扳机J1時，其动断触点断开，动合触点闭合。电流通过电阻R1和激光二极管LED1对电容C1进行瞬時充电，激光二极管发出紅色的激光束。当射击完成后，动合触点断开，动断触点闭合，电容C通过动断触点放电，为下次射击做准备。

2.2 靶机硬件设计

靶盘上有七个目标点由光电检测元件组成，每个目标点的旁边有一个发光二极管，当某个发光二级管发光时，该目标点则是被要求设计的目标点，若此时击中相应的目标点则记录成绩；未击中，或击中的目标点错误则有相应的失分记录。我们用两个数码管，用于成绩记录。也可以用左边数码管记录游戏的次数，右边的数码管记录击中的次数。另外设计三个按键用于启动、设定和系统复位。

3、仿真电路设计

在仿真电路中，我们进行一定程度的简化。首先，将7个目标点简化为4个。将光电检测电路简化为开关，每个目标点由一只发光管和一个开关组成，开关的闭合代表击中目标。游戏时，某个发光管随机亮起，并等待一小段时间，若在这段时间里，相应的开关被闭合，则表示击中的这个目标；若这段时间内没有开关闭合，则表示没有击中目标，然后随机出现下一个目标；若击中了错误的目标则游戏减分。得分显示在两位数码管上。

发光管选择PROBE元件，电路连接比较简单直观，便于学生理解实现。数码显示部分使用两只共阳极7段数码管，采用动态显示方式以节省硬件资源。处理器选取MCU Module 组中，805x系列中的8051芯片。

首先初始化所有IO端口和定时器，延时并产生1-4的随机数来决定待射击的目标，随机数由定时器timer0生成。待射击的目标会停留1-2秒钟，若在此期间被击中，则该目标熄灭，否则等待至延时结束。游戏得分的显示交给时钟timer1的溢出中断函数完成。动态轮流显示各位和十位数字仿真中，由于仿真软件运行速度限制，所以看起来是很明显的交替显示个位和十位的数据，但这并不影响我们理解这种驱动方式的实现过程。

4、仿真运行

在选择“simulate”菜单中的“Run”选项运行仿真电路前，将

“interactive simulate setting交互仿真设置”选项中的仿真时间步长设置为0.1s，这样仿真时间比较接近真实的运行效果，但在程序开始运行时还需经历一段初始化的时间。大概1s以后程序进入运行状态，随机点亮发光管，并开始记录游戏得分。

5、结语

这里利用同学熟知的激光射击游戏作为实例，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，同时发挥主观创造性，锻炼实践能力。这里省略了一些实现内容，以便降低学生调试的难度。比如选择游戏模式与难度等，在后面的教学中还可逐步完善。

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.