Multisim10軟件在理論教學(xué)中的開發(fā)與應(yīng)用

鄭鑫

【摘要】文章通過分析傳統(tǒng)理論教學(xué)模式的弊端，結(jié)合仿真軟件和多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，在教學(xué)中引入仿真電路輔助理論教學(xué)，可以高效直觀的看到電路工作情況，加深學(xué)生對(duì)電路的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，是值得推廣的現(xiàn)代理論課堂教學(xué)模式。

【關(guān)鍵詞】Multisim10仿真軟件;六進(jìn)制計(jì)數(shù)器;理論教學(xué)

前言

隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，Multisim10仿真軟件以其強(qiáng)大的仿真功能，逐步在電路設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，但各高校只是將仿真軟件應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，卻很少在理論課堂教學(xué)中推廣。目前各高校普遍采用多媒體理論教學(xué)，如何利用多媒體的優(yōu)勢(shì)將仿真軟件引入到課堂理論教學(xué)[2]，以仿真電路演示講解代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圖片電路分析，對(duì)各高校理論教學(xué)質(zhì)量的提高意義重大。

1.理論教學(xué)引入仿真軟件的必要性和優(yōu)越性

目前，各高校大都采用板書和多媒體投影靜態(tài)電路的傳統(tǒng)教學(xué)方法，學(xué)生只能通過老師的理論分析來學(xué)習(xí)電路的設(shè)計(jì)方法，不能直觀形象的看到電路工作原理和結(jié)果變化，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程難免會(huì)感覺到理論的知識(shí)枯草和無趣。鑒于傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，筆者根據(jù)理論教材的教學(xué)內(nèi)容，開發(fā)了基于Multisim10仿真軟件的理論教學(xué)仿真電路，結(jié)合多媒體動(dòng)態(tài)演示電路的工作原理和功能，學(xué)生直觀的看到電路參數(shù)和結(jié)果的動(dòng)態(tài)變化，感受到了理論知識(shí)在實(shí)際電路中的應(yīng)用。另外，將Multisim10仿真軟件引入理論課堂，可以按照自己的需求靈活地改變電路的設(shè)計(jì)方案，并能通過仿真軟件快速有效的看到仿真結(jié)果，通過不同的設(shè)計(jì)方案對(duì)比，有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的深刻理解和掌握。

將仿真軟件引入到理論教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到明顯改善，學(xué)生上課氣氛活躍，學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性得到很大提高。教師在課前提前做好電路的開發(fā)和設(shè)計(jì)，課堂中只需根據(jù)教學(xué)內(nèi)容調(diào)取仿真電路，即可快速有效的達(dá)到仿真結(jié)果。這種將仿真軟件引用到理論課堂的教學(xué)模式，可以大大提高課堂的教學(xué)效率，學(xué)生學(xué)習(xí)效果也會(huì)得到明顯改善，對(duì)理論課堂教學(xué)質(zhì)量的提高起到了積極的作用。

2.Multisim10仿真軟件在理論教學(xué)中的應(yīng)用舉例

本文以Multisim10 仿真軟件在集成計(jì)數(shù)器應(yīng)用章節(jié)的理論教學(xué)為例，利用仿真軟件設(shè)計(jì)了六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中采用了四種不同的設(shè)計(jì)方案。在四中方案中使用了74LS160和74LS163兩類集成計(jì)數(shù)器芯片，包含了所有集成計(jì)數(shù)芯片構(gòu)成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)思想，也就是說掌握了計(jì)數(shù)器同步置0、異步置0和同步置數(shù)的工作原理，任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器就可以輕而易舉的設(shè)計(jì)出來，無非多考慮借位端和進(jìn)位端而已。

2.1 利用74LS160異步置0法實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器

集成計(jì)數(shù)器74LS160是十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，若要采用異步置0法實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器功能，由于74LS160的輸出與計(jì)數(shù)脈沖（CLK）無關(guān)，只需在輸入第六個(gè)脈沖時(shí)，讓其清0端為0就可以實(shí)現(xiàn)。也就是說當(dāng)?shù)诹鶄€(gè)脈沖輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出端QDQCQBQA本應(yīng)該為0110，但這時(shí)計(jì)數(shù)器的輸出端經(jīng)與非門邏輯運(yùn)算后，讓其輸出為0并反饋到清0端（CLR），從而使輸出端結(jié)果QDQCQBQ強(qiáng)制變?yōu)?000，達(dá)到實(shí)現(xiàn)0000到0101循環(huán)的目的，從而實(shí)現(xiàn)了六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能。

在理論課堂中引入仿真軟件后，可利用仿真軟件元件庫的數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)結(jié)果，計(jì)數(shù)器工作過程就可直觀動(dòng)態(tài)的展現(xiàn)在學(xué)生面前。通過圖1所示動(dòng)態(tài)電路的演示，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)理解和掌握，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生課堂的學(xué)習(xí)氣氛和學(xué)習(xí)效果的得到明顯改善。

圖1 利用74LS160異步置0法實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器

2.2 利用74LS160同步置數(shù)法實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器

在利用74LS160同步置數(shù)法設(shè)計(jì)電路時(shí)，其電路輸出與計(jì)數(shù)脈沖（CLK）有關(guān)，輸出結(jié)果是在計(jì)數(shù)脈沖到來時(shí)才發(fā)生變化，這也是同步和異步置數(shù)的最大差別。在設(shè)計(jì)電路時(shí)需將所要實(shí)現(xiàn)的六進(jìn)制數(shù)減1，得到反饋函數(shù)（QCQA經(jīng)與非門的輸出），再將反饋函數(shù)接到到同步置數(shù)控制端（LOAD），當(dāng)下一個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，計(jì)數(shù)器就會(huì)輸出預(yù)置的數(shù)據(jù)DCBA。

圖2 利用74LS160同步置數(shù)法實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器

根據(jù)74LS160同步置數(shù)法的特點(diǎn)，如圖2所示，讓預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端DCBA為0000，將計(jì)數(shù)器輸出端QCQA經(jīng)與非門后反饋到同步置數(shù)控制端（LOAD），當(dāng)輸入第五個(gè)時(shí)鐘脈沖后同步置數(shù)控制端（LOAD）為0，當(dāng)?shù)诹鶄€(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，輸出為預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端的0000，從而實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能。

2.3 利用74LS163同步置0法實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器

74LS163是四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，其置0方法是同步置0，與前面所述74LS160的異步置0不同，兩者在使用時(shí)要加以比較和區(qū)別，這也是計(jì)數(shù)器應(yīng)用的關(guān)鍵。采用同步置0法實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，同步置0法的工作原理與同步置數(shù)法相似，將所要實(shí)現(xiàn)的六進(jìn)制數(shù)先減1得到反饋函數(shù)（QCQA經(jīng)與非門的輸出），再將反饋函數(shù)反饋到清0端（CLR），當(dāng)?shù)诹鶄€(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出端就會(huì)清0，即QDQCQBQA為0000，就可實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器功能，具體設(shè)計(jì)電路如圖3所示。

圖3 利用74LS163同步置0法實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器

圖4 利用74LS163同步置數(shù)法實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器

2.4 利用74LS163同步置數(shù)法實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器

74LS163同步置數(shù)法與74LS160同步置數(shù)法相似，預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端DCBA設(shè)為0000，將計(jì)數(shù)器輸出端QCQA經(jīng)與非門后反饋到同步置數(shù)控制端（LOAD），當(dāng)輸入第五個(gè)時(shí)鐘脈沖后同步置數(shù)控制端（LOAD）為0，當(dāng)?shù)诹鶄€(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出為預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端的0000，如圖4所示同樣實(shí)現(xiàn)了六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能。

通過仿真軟件的動(dòng)態(tài)仿真演示，四種有代表性的設(shè)計(jì)方案在課堂上形象的展現(xiàn)在學(xué)生面前。學(xué)生稍加總結(jié)，就很容易就看到集成計(jì)數(shù)器的共性，利用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，如果是異步（包括異步置0和異步置數(shù)），則與計(jì)數(shù)脈沖無關(guān)，在設(shè)計(jì)時(shí)只需要將N進(jìn)制數(shù)所對(duì)應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)與計(jì)數(shù)器輸出端對(duì)應(yīng)，經(jīng)邏輯門運(yùn)算得到需要的結(jié)果，再反饋到置0或置數(shù)端即可實(shí)現(xiàn);如果是同步（包括同步置0和同步置數(shù)），則需將N-1所對(duì)應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)與計(jì)數(shù)器輸出端對(duì)應(yīng)，通過邏輯運(yùn)算反饋到的置0或置數(shù)端。因此，合理利用仿真軟件方便靈活的優(yōu)越性，開發(fā)有針對(duì)性和代表性的理論教學(xué)仿真電路，對(duì)各高校教學(xué)質(zhì)量的提高意義重大。

3.理論教學(xué)中引入仿真軟件的效果分析

通過在理論課堂引入仿真軟件的演示教學(xué)，學(xué)生可以直觀地看到電路在不同參數(shù)下的仿真結(jié)果，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)電路的理解和記憶，改善了理論課堂枯草的現(xiàn)狀。學(xué)生的學(xué)習(xí)方式由原來的被動(dòng)接受知識(shí)逐漸轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)和主動(dòng)思考，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，學(xué)生在課堂觀看了仿真電路后，課后還主動(dòng)要求將老師的教學(xué)仿真電路再次研究和學(xué)習(xí)，學(xué)生有了主動(dòng)探索知識(shí)的欲望。

另外，利用仿真軟件的操作簡單的優(yōu)勢(shì)，教師可以根據(jù)學(xué)生在課堂提出的想法，快速靈活的展現(xiàn)出不同設(shè)計(jì)方案的結(jié)果，讓學(xué)生的想法及時(shí)得到驗(yàn)證。通過不同方案的對(duì)比，學(xué)生更加深刻理解了理論知識(shí)，同時(shí)也感受到了仿真軟件輔助理論教學(xué)的強(qiáng)大功能，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，最終使課堂教學(xué)達(dá)到最佳的效果。

4.結(jié)束語

在數(shù)字電子技術(shù)理論課教學(xué)活動(dòng)中，合理利用Multisim10仿真軟件設(shè)計(jì)教學(xué)電路，能夠把理論課堂的抽象概念形象化和生動(dòng)化。開發(fā)高質(zhì)量的理論教學(xué)仿真電路并將其用到教學(xué)，能使學(xué)生更容易理解枯草難懂的理論知識(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高漲，教學(xué)效果得到明顯改善，值得在各高校理論教學(xué)中推廣使用。

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