Multisim在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

朱霞清

摘要：數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)字電子技術(shù)理論知識(shí)進(jìn)行分析和綜合應(yīng)用的能力。本文在簡(jiǎn)單介紹Multisim仿真技術(shù)的的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了Multisim技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)性、綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。實(shí)踐證明，學(xué)生在應(yīng)用Multisim軟件的過程中培養(yǎng)了自身的分析能力和創(chuàng)新能力，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)Multisim 10仿真技術(shù)

0.引言

數(shù)字電子技術(shù)課程是電氣、機(jī)械、信息類等專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課之一，也是相關(guān)專業(yè)考研的必選課。加強(qiáng)數(shù)字電子技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，是高等學(xué)校工科專業(yè)教學(xué)的重要內(nèi)容。在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)際教學(xué)中，通常以老師為主，實(shí)驗(yàn)老師會(huì)把實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容和注意事項(xiàng)一一詳細(xì)講解[1]。然后學(xué)生按照老師給出的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作。這種教學(xué)方式存在諸如學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少，思考時(shí)間少等不少弊病。Multisim軟件為數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一個(gè)平臺(tái)，可作為傳統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有力補(bǔ)充。

1.Multisim 10簡(jiǎn)介

Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器有限公司推出的一種仿真工具，具有強(qiáng)大的仿真分析能力[2]。它包含了電路原理圖中的圖形輸入和硬件描述語(yǔ)言輸入。該軟件自身帶有豐富元件庫(kù)和外形逼真功能齊全的各種虛擬儀器。它可以完成對(duì)模擬、數(shù)字電路和單片機(jī)電路的仿真設(shè)計(jì)調(diào)試工作。

2.Multisim 10 在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)即驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，主要是使學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)操作技能，基本的數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)課程理論進(jìn)行驗(yàn)證而開設(shè)的[3]。數(shù)字電子技術(shù)涉及到的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有：門電路的功能測(cè)試、組合邏輯電路的設(shè)計(jì)和測(cè)試、觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器、555時(shí)基電路及應(yīng)用、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器。通過Multisim軟件進(jìn)行仿真。通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生掌握了數(shù)字電子技術(shù)基本實(shí)驗(yàn)理論，學(xué)會(huì)處理數(shù)據(jù)的基本知識(shí)。

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)一般是使用集成有很多元件的實(shí)驗(yàn)箱。要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)箱上搭接數(shù)字電路驗(yàn)證相關(guān)電路的工作原理。但實(shí)際情況是，學(xué)生搭接一遍電路后，仍不理解其工作原理?？梢栽谑褂脤?shí)驗(yàn)箱前先在Multisim10仿真軟件中對(duì)相關(guān)電路進(jìn)行仿真。

觸發(fā)器是數(shù)字電路的單元電路，是學(xué)習(xí)時(shí)序邏輯電路的關(guān)鍵內(nèi)容。學(xué)生往往很難理解各類觸發(fā)器的工作原理。以JK觸發(fā)器為例，可以在Multisim軟件中搭建如圖1所示電路。借助燈泡的亮滅來顯示JK觸發(fā)器的“置零”“置1”“保持”“翻轉(zhuǎn)”四種狀態(tài)，其中JK=10時(shí)，觸發(fā)器輸出為1態(tài)，燈泡亮。當(dāng)JK=01時(shí)，觸發(fā)器輸出為0態(tài)，燈泡滅。當(dāng)JK=00時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)保持。當(dāng)JK=11時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。

2.2 加強(qiáng)綜合性實(shí)驗(yàn)的仿真

綜合性實(shí)驗(yàn)涉及到數(shù)字電子技術(shù)多個(gè)理論單元的內(nèi)容，著重相互聯(lián)系和總體構(gòu)思的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)理論知識(shí)和工程觀念分析解決問題的能力[4]。綜合性實(shí)驗(yàn)有彩燈控制電路、簡(jiǎn)易電子琴、數(shù)字搶答器、電子秒表等。開設(shè)這些綜合性實(shí)驗(yàn)，將數(shù)字電子技術(shù)中的組合邏輯、時(shí)序邏輯電路、555定時(shí)器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、可編程邏輯器件等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)綜合在一起，極大的提高了學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，為以后創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)打下理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

2.3加強(qiáng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，主要培養(yǎng)學(xué)生在工程領(lǐng)域設(shè)計(jì)制作以及在設(shè)計(jì)過程中的組織管理等方面的創(chuàng)新能力。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容較少。在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和累積經(jīng)驗(yàn)方面存在不足。

在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中，教師可以使用Multisim動(dòng)態(tài)演示電子電路設(shè)計(jì)案例向同學(xué)們講解電子電路的一般設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程和如何規(guī)范繪制電路圖。通過對(duì)相關(guān)電路的仿真案例演示，讓學(xué)生明確設(shè)計(jì)任務(wù)。講解單元電路原理以及總電路的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)思路和方法。學(xué)生在應(yīng)用Multisim軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求熟練使用Multisim進(jìn)行單元單路和總電路的設(shè)計(jì)與繪制。并且能夠使用虛擬儀器進(jìn)行仿真、排除故障以及進(jìn)行調(diào)試，驗(yàn)證運(yùn)行結(jié)果。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有交通信號(hào)燈控制電路設(shè)計(jì)，籃球競(jìng)賽計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)，汽車尾燈控制器等。要求學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按照所學(xué)數(shù)字電路設(shè)計(jì)

分析方法，選擇適當(dāng)?shù)男酒罱娐?，并且制作?shí)物。譬如，設(shè)計(jì)汽車尾燈控制器要求如下：在汽車尾部左右各有三個(gè)指示燈（可分別用發(fā)光二極管模擬）。根據(jù)汽車運(yùn)行的不同狀況，指示燈需要具備四中不同狀態(tài)：（1）正向行駛時(shí)，指示燈均熄滅。（2）左轉(zhuǎn)彎，左側(cè)指示燈按照左循環(huán)依次點(diǎn)亮（3）右轉(zhuǎn)彎，右側(cè)指示燈按照右循環(huán)依次點(diǎn)亮。（4）臨時(shí)剎車，所有指示燈同時(shí)處于閃爍狀態(tài)。

在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用Multisim軟件，利用豐富的元件庫(kù)和使用的虛擬儀器，進(jìn)行汽車尾燈控制器電路的設(shè)計(jì)和仿真?？梢酝ㄟ^改變電路元件的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)電路的調(diào)整，以便于更好的滿足設(shè)計(jì)要求。整個(gè)過程操作簡(jiǎn)便，搭建電路更加快捷。先對(duì)電路進(jìn)行軟件仿真，仿真成功以后再搭建真實(shí)電路。這樣可以降低設(shè)計(jì)的成本，提高效率。

3.應(yīng)用Multisim軟件開展數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

對(duì)2011級(jí)電氣自動(dòng)化本科專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行了數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)改革，在數(shù)電實(shí)驗(yàn)中引入了Multisim 10軟件。通過實(shí)踐可以看到將EDA技術(shù)與數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合具有很多優(yōu)勢(shì)。

（1）實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)成功率都大大提高。引入Multisim軟件可以改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)以老師為主的不足，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)題目進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過仿真軟件對(duì)電子電路進(jìn)行仿真，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神的同時(shí)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。同時(shí)，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)元器件容易損壞的不足，嘗試各種設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)單的進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。電子仿真電路調(diào)試成功后再購(gòu)買器材。這樣可以大大提高實(shí)驗(yàn)的成功率。

（2）實(shí)現(xiàn)因材施教。將Multisim軟件引入數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程，可以實(shí)現(xiàn)仿真技術(shù)和數(shù)電實(shí)驗(yàn)課程的有機(jī)結(jié)合。學(xué)生根據(jù)所做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用不同方案，利用自己所學(xué)，充分發(fā)揮自己的創(chuàng)新潛能解決問題。教師可以根據(jù)仿真技術(shù)和現(xiàn)有資源，針對(duì)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和愛好，根據(jù)難易程度分層次對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)。圖3汽車尾燈控制器原理圖參考文獻(xiàn)：

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