Multisim仿真軟件在數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

汪振中　吳靜

摘 要 在數(shù)字電子技術(shù)課堂中利用Multisim仿真軟件進(jìn)行教學(xué)演示，使得枯燥乏味的教學(xué)活動(dòng)變得生動(dòng)有趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)教學(xué)效果。該軟件還可以在電路設(shè)計(jì)及電路制作等其他實(shí)踐和創(chuàng)新環(huán)節(jié)開(kāi)發(fā)出更大更廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 Multisim；動(dòng)態(tài)仿真；數(shù)字電子技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2016）06-0017-03

在數(shù)字電子技術(shù)課堂教學(xué)中，教師經(jīng)常需要講解一些電路圖、波形圖、時(shí)序圖等圖形，傳統(tǒng)的方法無(wú)非就是黑板、多媒體投影等形式，以便增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)要點(diǎn)的理解。但這里有個(gè)明顯的問(wèn)題，對(duì)大部分教師而言，要花大量的時(shí)間在黑板上或者PPT上把各種電路圖、波形圖或者時(shí)序圖等精準(zhǔn)地畫(huà)出來(lái)，往往是事倍功半，因?yàn)楫?huà)那些圖形既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。從學(xué)生角度，也無(wú)法正確理解這些圖的變化與參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，與實(shí)際明顯脫節(jié)。這樣的學(xué)習(xí)很難引起學(xué)生的充分注意，因而也就不容易建立學(xué)習(xí)興趣，所以學(xué)習(xí)效率也往往較低。結(jié)合現(xiàn)代職業(yè)教育的理念，這種教學(xué)模式和教學(xué)過(guò)程理論聯(lián)系實(shí)際明顯不夠，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高也在所難免。

Multisim仿真軟件中有強(qiáng)大的元器件庫(kù)和儀表庫(kù)，可以充分利用軟件中這些強(qiáng)大庫(kù)功能，同時(shí)針對(duì)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)梳理出數(shù)字電子技術(shù)知識(shí)重難點(diǎn)，根據(jù)重難點(diǎn)繪制好電路圖并將電路圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真演示。Multisim仿真軟件運(yùn)行時(shí)的波形圖、時(shí)序圖等是動(dòng)態(tài)效果圖，很容易集中學(xué)生的注意力。在淺化知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，內(nèi)容講授過(guò)程變得更生動(dòng)有形，課堂氛圍既嚴(yán)謹(jǐn)又活潑，學(xué)生在潛移默化中提高了興趣，從而增強(qiáng)教學(xué)效果。

1 Multisim軟件簡(jiǎn)介

Electronics Workbench（EWB）也稱(chēng)為“虛擬電子工作平臺(tái)”，是加拿大IIT公司在20世紀(jì)八九十年代推出的用來(lái)進(jìn)行電路仿真與設(shè)計(jì)的EDA軟件。美國(guó)國(guó)家儀器儀表公司（National Instruments）在2005年將IIT公司兼并，MultiSim成為NI公司的電路設(shè)計(jì)軟件的套件之一。2007年初，NI公司推出NI Multisim10。NI Multisim10具有豐富而強(qiáng)大的仿真分析能力，各種虛擬儀器設(shè)備，可以完成各種電路分析方法，以便幫助設(shè)計(jì)人員深入分析電路性能，提高設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。

2 在數(shù)字電路教學(xué)上的應(yīng)用

以JK觸發(fā)器為例 數(shù)字電路教學(xué)中，JK觸發(fā)器屬于比較難進(jìn)行闡述和表達(dá)清楚的，學(xué)生也難于理解其中的原理的知識(shí)點(diǎn)。運(yùn)用傳統(tǒng)的教學(xué)方法來(lái)闡述JK觸發(fā)器原理的時(shí)候，通常是通過(guò)布爾代數(shù)表達(dá)式來(lái)進(jìn)行推導(dǎo)，通過(guò)推導(dǎo)得出JK觸發(fā)器真值表；然后以真值表為基礎(chǔ)，進(jìn)一步畫(huà)出JK觸發(fā)器的時(shí)序圖?，F(xiàn)在看來(lái)，這種教學(xué)過(guò)程往往教師是主體，因?yàn)樽允贾两K都是教師在推導(dǎo)演算JK觸發(fā)器的真值表和表達(dá)式。整個(gè)過(guò)程中大部分學(xué)生無(wú)法得知教師所講的JK觸發(fā)器的硬件電路連接過(guò)程、輸出波形變化與JK輸入端高低電平的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

但是如果使用Multisim軟件，通過(guò)軟件把電路按圖1連接好，同時(shí)將電路輸出端與狀態(tài)指示燈也連接好，那么時(shí)序圖將用實(shí)時(shí)的示波器或邏輯分析儀來(lái)替代。通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)A、B的組合，產(chǎn)生00、01、10、11四種狀態(tài)的輸入信號(hào)，然后在觸發(fā)器的J端、K端分別接入00、01、10、11四種狀態(tài)的輸入信號(hào)，JK觸發(fā)器的輸出端Q和-Q的兩個(gè)狀態(tài)指示燈就會(huì)做出相應(yīng)的亮滅變化。顯而易見(jiàn)，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)更加直觀、明了，符合中職學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，更能激發(fā)起學(xué)生的興趣。教師引導(dǎo)學(xué)生分組做演示、講解；學(xué)生提問(wèn)、答疑；學(xué)生填表并匯報(bào)演示結(jié)果，小結(jié)。學(xué)生得到表1所示真值表。Multisim中電路原理圖如圖1所示。

通過(guò)仿真軟件仿真完成JK觸發(fā)器真值表的推導(dǎo)以后，接下來(lái)進(jìn)一步學(xué)習(xí)JK觸發(fā)器的功能。打開(kāi)邏輯分析儀或者四蹤示波器，然后對(duì)照真值表對(duì)JK觸發(fā)器的功能做進(jìn)一步分析。圖1是一個(gè)波形圖，圖中示波器界面上同時(shí)顯示了信號(hào)發(fā)生器的輸入波形、JK觸發(fā)器JK=11時(shí)的兩個(gè)互補(bǔ)輸出端Q和-Q波形。開(kāi)關(guān)AB分別有四種不同輸入組合狀態(tài)，輸出結(jié)果往往就不同。一方面指示燈表達(dá)了輸出狀態(tài)，另一方面輸出又有波形顯示，這樣JK觸發(fā)器的輸入與輸出結(jié)果之間到底是怎樣的關(guān)系，通過(guò)圖形動(dòng)態(tài)演示很容易引人入勝并深入理解。由于該仿真軟件提供了同時(shí)具備4個(gè)輸入通道的示波器，同時(shí)顯示16路信號(hào)的邏輯分析儀，這極大地方便了電路的仿真效果，也為課堂教學(xué)提供了極大便利。

總之，通過(guò)該軟件的波形演示，能非常方便地將好幾路信號(hào)同時(shí)顯示在一個(gè)屏幕上，這樣一來(lái)，學(xué)生和教師就能很方便地比較各信號(hào)之間復(fù)雜的對(duì)應(yīng)關(guān)系，極大地增強(qiáng)了教學(xué)效果。

以計(jì)數(shù)器為例 在講解計(jì)數(shù)器過(guò)程中，很多教師會(huì)根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)積累，在講解完計(jì)數(shù)器電路原理后，就直接根據(jù)計(jì)數(shù)器原理中的結(jié)論展示出計(jì)數(shù)器輸出的時(shí)序圖。然而在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生同樣不知道電路的硬件連接、設(shè)置方法和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)原理。有了Multisim軟件的參與，相當(dāng)于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，教師可以很方便地利用軟件搭建好所要講解的電路，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行演示，然后讓學(xué)生直接觀察運(yùn)行過(guò)程和結(jié)果（如圖2所示）?？梢源_定的是，當(dāng)學(xué)生一看到數(shù)碼管上變化跳動(dòng)的數(shù)字時(shí)，他的注意力更容易集中，同時(shí)興趣倍增。電路理論的分析正確是否，都可以通過(guò)仿真軟件對(duì)所搭建的電路進(jìn)行仿真，查看運(yùn)行結(jié)果。這樣學(xué)生也會(huì)更愿意通過(guò)自己對(duì)電路的邏輯分析，把邏輯分析結(jié)果與軟件仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證自己分析是否正確，極大增強(qiáng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

隨著教學(xué)過(guò)程的進(jìn)一步深入，最后教師得出的時(shí)序圖（圖3），以動(dòng)態(tài)的形式與學(xué)生討論分析，相對(duì)于書(shū)本上靜態(tài)圖形而言，這種現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的圖形不僅直觀明了、簡(jiǎn)單易學(xué)，而且更有吸引力、說(shuō)服力，教學(xué)效果更好。

3 結(jié)論

學(xué)生在數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)中經(jīng)常因各種邏輯關(guān)系而無(wú)所適從，教師在數(shù)字電子技術(shù)講解過(guò)程中因各種波形圖和時(shí)序圖的繪制和講解費(fèi)時(shí)費(fèi)力而心力交瘁。通過(guò)以上兩個(gè)數(shù)字電路教學(xué)中的例子介紹，利用Multisim仿真軟件可以使教師在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中應(yīng)用自如、邏輯清晰；學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中也興趣十足，理解透徹。這樣，教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)都變得非常有趣，教師和學(xué)生都可以對(duì)數(shù)字電路進(jìn)行邏輯分析和判斷，把邏輯分析結(jié)果與軟件仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證自己分析是否正確。在這個(gè)過(guò)程中，既可以掌握數(shù)字電路的知識(shí)，也可以掌握電路連接、電路仿真等其他相關(guān)知識(shí)和技能，一舉多得。