Multisim在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用探究

摘 要：數(shù)字電路是電子類學(xué)生的一門基礎(chǔ)課程，數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)是對(duì)其的一個(gè)重要補(bǔ)充，在理論的基礎(chǔ)上加深學(xué)生對(duì)數(shù)字電路實(shí)際應(yīng)用的理解。分析了傳統(tǒng)的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的不足，在其基礎(chǔ)上加入仿真內(nèi)容，通過傳統(tǒng)方式和仿真的結(jié)合，使學(xué)生對(duì)數(shù)字電路的工作原理有更深入的理解。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)；仿真技術(shù)；Multisim13

數(shù)字電路是高校電子方向?qū)I(yè)的一門必修的基礎(chǔ)課程，是很多后續(xù)課程的一個(gè)基礎(chǔ)。數(shù)字電路是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的科目，只有把理論和實(shí)踐結(jié)合起來，才能達(dá)到一個(gè)好的學(xué)習(xí)效果。因此，數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)就顯得尤為重要，通過數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程，既可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，也可加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式上，很多學(xué)校采用的還是傳統(tǒng)的方式，即通過數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱來進(jìn)行電路的搭接，然后驗(yàn)證其功能。這種模式的好處在于學(xué)生需要自己動(dòng)手來連接電路，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)可以加深其對(duì)理論知識(shí)的理解，不足之處在于學(xué)生手中的芯片種類和數(shù)量是有限的，且需要其他的實(shí)驗(yàn)儀器相配合，局限性較大，不利于學(xué)生課外的自主學(xué)習(xí)。因此，在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上加入仿真內(nèi)容既是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的一個(gè)補(bǔ)充，也是社會(huì)發(fā)展的一個(gè)方向。在仿真環(huán)境下，不受芯片種類和地點(diǎn)的限制，只要有計(jì)算機(jī)就可進(jìn)行，大大擴(kuò)展了學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍，有利于學(xué)生更好地掌握課程內(nèi)容，而且還可發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力。

一、Multisim在教學(xué)中的作用

Multisim軟件是一個(gè)專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件，提供了一種易于使用的電路教學(xué)環(huán)境，使用了全交互式仿真器提取概括SPICE仿真的復(fù)雜特性，從而達(dá)到簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)的目的。對(duì)學(xué)生而言，Multisim讓學(xué)生可以專注于理解電路概念，可以在線修改電路參數(shù)，然后實(shí)時(shí)查看仿真結(jié)果。同時(shí)，還可以使用多種與真實(shí)儀器具有相同功能的虛擬儀器對(duì)電路進(jìn)行測(cè)量、探測(cè)和故障排除工作。使用Multisim 3D模擬實(shí)驗(yàn)板環(huán)境（NI ELVIS I和NI ELVIS II系列），學(xué)生可以方便找到硬件原型。在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前，學(xué)生可以在3D模擬實(shí)驗(yàn)板環(huán)境下建立自己的電路并進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)教師而言，Multisim圍繞教師的需要而設(shè)計(jì)，其具有的教學(xué)特性簡(jiǎn)化了電路理念和電子的教學(xué)。對(duì)Multisim用戶界面以及現(xiàn)有的儀器和分析工具進(jìn)行自定義設(shè)置，可以控制學(xué)生在電路中可以看見和使用的部分。這樣就給用戶提供了許多強(qiáng)大的教學(xué)功能以及可以控制的概念引入方式，從而使軟件的復(fù)雜特性與學(xué)生的知識(shí)水平或課堂內(nèi)容相匹配。

二、Multisim在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

本文以時(shí)序電路的計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)為例來介紹Multisim13在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用。

計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)是數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中一個(gè)常見的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，作為時(shí)序電路的一個(gè)基本器件，計(jì)數(shù)器的應(yīng)用范圍非常廣泛，通過不同的外圍電路可以設(shè)計(jì)出任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。在實(shí)際教學(xué)過程中，以使用CD4518設(shè)計(jì)一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器為例，CD4518是集成CMOS雙十進(jìn)制（8421編碼）同步加計(jì)數(shù)器，內(nèi)含兩個(gè)單元的十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，電路結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，通過實(shí)驗(yàn)箱搭接也較方便，難點(diǎn)在于觀察輸出波形時(shí)，由于示波器只能同時(shí)顯示兩路波形，無法同時(shí)觀察全部，學(xué)生在理解時(shí)無法有一個(gè)非常直觀的概念。但我們采用了仿真進(jìn)行這個(gè)內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，發(fā)現(xiàn)效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的模式。通過仿真，學(xué)生可以直觀地看到所有端口的輸出狀態(tài)，不僅可以看到個(gè)位的波形，在示波器上難以觀察的十位的波形也可清晰地看到，對(duì)于學(xué)生理解進(jìn)制的變化有明顯的促進(jìn)作用，同時(shí)也可讓學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)時(shí)序邏輯電路的分析。

三、仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性

通過實(shí)際教學(xué)的過程和結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中加入仿真內(nèi)容是很有必要的。首先，仿真技術(shù)可以讓學(xué)生很方便地設(shè)計(jì)電路，并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，有助于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新。其次，不受芯片種類、數(shù)量和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，方便快捷，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。第三，避免了實(shí)驗(yàn)儀器和芯片本身存在問題的情況，不受環(huán)境因素的影響，可以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是仿真也存在一定的局限性，和傳統(tǒng)模式相比，仿真都是在虛擬環(huán)境下進(jìn)行的，接觸不到實(shí)物，學(xué)生沒有一個(gè)直觀的感受，同時(shí)，在使用面包板搭接電路的過程中，出現(xiàn)問題時(shí)需要學(xué)生具有查找問題、排除問題的能力，可以加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，這些是仿真技術(shù)無法提供的。

仿真技術(shù)是數(shù)字電路發(fā)展的方向，有其突出的優(yōu)勢(shì)，但也存在一些缺點(diǎn)，和傳統(tǒng)的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比，其虛擬的特性無法帶給學(xué)生一個(gè)具體直觀的感受，也無法培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。筆者認(rèn)為最好的方式是將兩者結(jié)合起來，既有傳統(tǒng)內(nèi)容，又有仿真內(nèi)容，各自分配適當(dāng)?shù)谋壤?，學(xué)生既培養(yǎng)了動(dòng)手能力，又可在課外使用仿真軟件自己學(xué)習(xí)，起到一舉兩得的效果，也加深了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解。

參考文獻(xiàn)：

王艷.Multisim在中職電工電子教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].上海師范大學(xué)，2011.

·編輯 段麗君