基于Multisim仿真軟件在《數(shù)字電子技術》教學中的應用

陳玲

(武漢晴川學院 湖北 武漢 430204)

基于Multisim仿真軟件在《數(shù)字電子技術》教學中的應用

陳玲

(武漢晴川學院 湖北 武漢 430204)

傳統(tǒng)的《數(shù)字電子技術》課程教學過程中存在著重理論而輕實踐問題，學生不能及時地將所學的理論知識與實踐效果有效地結合起來，導致了學生的學習興趣不高、理解較難、創(chuàng)新意識不強、創(chuàng)新能力低的實際情況，本文分析了采用仿真軟件教學的必要性，并提出在《數(shù)字電子技術》課程教學中引入Multisim仿真軟件進行輔助教學的新方法。本文以集成四位二進制加法計數(shù)器74LS161為例來建立用集成計數(shù)器構成任意進制計數(shù)器的仿真模型，利用清零法和置數(shù)法來實現(xiàn)功能，并將實現(xiàn)的計數(shù)功能在Multisim仿真軟件中顯示出來，使得抽象復雜的電路變得具體、形象化，易于理解，充分調動了學生課堂學習的積極性。

Multisim仿真軟件；《數(shù)字電子技術》；加法計數(shù)器

1.引言

《數(shù)字電子技術》是電子信息、電氣工程等電類專業(yè)一門理論性與實踐性非常強的專業(yè)基礎課，所以要求在教學上以培養(yǎng)學生嚴謹踏實的科學態(tài)度和扎實的實驗操作技能為宗旨，使學生分析、解決問題的能力得以提高。目前受某些因素的影響，我國大部分高校都不能夠成立完全開放的實驗室來滿足本門課程理論性和實踐性教學的要求。因此，在本門課程中引入Multisim仿真軟件是一種很好的教學手段[1]。當前，我國的一些重點大學如北京大學、清華大學、武漢大學等都已在電子類課程教學中應用Multisim仿真軟件，幫助學生快速、輕松地將所學理論知識通過利用EDA技術得以真實的再現(xiàn)，不僅激發(fā)了學生的學習興趣，而且也培養(yǎng)了學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

2.引入仿真教學的必要性

隨著電子技術的飛速發(fā)展及其與計算機技術的強勢整合，數(shù)字電子技術應用水平幾乎呈指數(shù)形式發(fā)展，《數(shù)字電子技術》是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎必修課之一，該課程的理論性較強，使得本門課程在教與學中均存在一定的難度，越來越多的教師在關注和探索《數(shù)字電子技術》的教學模式和教學方法。

許多教師深感“板書+PPT”這一教學模式的不足，即使老師想盡各種辦法，學生都會感到疑惑和不理解，很難提高教學質量。雖然也有實驗等實踐性教學環(huán)節(jié)，但學校普遍存在實踐性教學學時較少、實驗設備不足、實驗成本較高的局限[2]。因此，如何把教師和學生從傳統(tǒng)的教學模式中解放出來，使學生的主觀能動性得以充分發(fā)揮，積極主動地參與教學，這就要充分發(fā)揮信息技術與本門課程整合的作用，將Multisim引入到《數(shù)字電子技術》的課堂教學中，將仿真軟件利用在輔助教學中，就可以獲得意想不到的效果。

3.Multisim仿真軟件的簡要介紹

Multisim 起源于20世紀80年代的電子仿真軟EWB(ElectronicsWorkbench)，到21世紀初，加拿大圖像交互技術公司（簡稱IIT公司）在原版的基礎上，增加了更多的功能，并更名為Multisim。在2005年，美國國家儀器公（NationalInstrument,簡稱NI）收購了IIT公司。Multisim是一個專門用于電子電路設計和仿真的軟件，在電路設計、分析與仿真等應用中較為廣泛。該軟件以圖形界面為主，采用菜單欄、工具欄和熱鍵相結合的方式，具有一般Windows應用軟件的界面風格。

4.Multisim仿真教學實例分析

計數(shù)器是用來累計并寄存電脈沖數(shù)目的邏輯電路，還具有分頻的功能。計數(shù)器的記憶功能和邏輯判斷能力非常強，將其應用在數(shù)字電路中時，不僅可以完成計數(shù)的功能，而且還可以提高數(shù)字電路的性能及其工作效率。根據(jù)在數(shù)字電路中的不同的功能，可以將計數(shù)器分為很多種。本文以集成四位二進制加法計數(shù)器74LS161為例來建立用集成計數(shù)器構成任意進制計數(shù)器的仿真模型。

4.1 用集成計數(shù)器構成任意進制計數(shù)器

設需用以M為模集成計數(shù)器（異步清零、同步置數(shù)）組成模N 計數(shù)器。

⑴、N < M的實現(xiàn)方法：

①、清零法：

利用清零輸入端，使電路計數(shù)到N+1狀態(tài)時產(chǎn)生清零操作，越過后續(xù)M–N個狀態(tài)實現(xiàn)模N計數(shù)。

②、置數(shù)法：

利用計數(shù)器的置數(shù)功能，通過進位輸出給計數(shù)器置數(shù)M-N，跳過0至M-N的狀態(tài)實現(xiàn)模N計數(shù)。

⑵、N >M 的實現(xiàn)方法：

采用多片M進制計數(shù)器構成各芯片可以連接為串行進位方式或并行進位方式對于擴展為M’的計數(shù)器再采用反饋清零或反饋置數(shù)進行設計。

4.2 集成74LS161引腳圖與管腳功能介紹

74LS161是一個四位二進制加法計數(shù)器，它可以靈活的運用在各種數(shù)字電路以及單片機系統(tǒng)中，能夠實現(xiàn)許多重要的功能。

簡要說明：

（1）異步清零功能

當CR為低電平時，不管其他輸人端的狀態(tài)如何（包括時鐘信號CP），4個觸發(fā)器的輸出全為零。

（2）同步并行預置數(shù)功能

在CR位高電平，當LD為低電平且有時鐘脈沖

CP的上升沿作用時，D3，D2，D1，D0輸入端的數(shù)據(jù)將分別被Q3～Q0所接收。由于置數(shù)操作必須有CP脈沖上升沿相配合，故被稱為同步置數(shù)。

（3）保持功能

在CR、LD都為高電平的條件下，當T*P為低電

平時，不管有無CP脈沖作用，計數(shù)器都將保持原來狀態(tài)不變（停止計數(shù)）。

（4）進位輸出C

當計數(shù)控制端為1，且觸發(fā)器全為1時，進位輸出為1，否則為0。

圖1 集成74LS161引腳圖

圖2 集成74LS161引出端符號

表1 集成74LS161功能表

4.3 74LS161構成任意進制計數(shù)器仿真模型建立

⑴、用74ls161構成9進制加計數(shù)器(清零法)(圖3-圖5）

圖3 清零法構成9進制計數(shù)器狀態(tài)轉換圖

圖4 74LS161清零法構成9進制仿真顯示“0”

圖5 74LS161清零法構成9進制仿真顯示“8”

⑵、74ls161構成9進制加計數(shù)器（置數(shù)法）(圖6-圖8)

圖6 置數(shù)法構成9進制計數(shù)器狀態(tài)轉換圖

圖 7 7ls161置數(shù)法構成9進制仿真顯示“0”

圖 8 7ls161置數(shù)法構成9進制仿真顯示“8”

⑶、用74ls161構成52進制加計數(shù)器(清零法)（圖9-圖11）

圖9 7ls161清零法構成52進制仿真顯示“00”

圖10 7ls161清零法構成52進制仿真顯示“13”

圖11 7ls161清零法構成52進制仿真顯示“51”

⑷、用74ls161構成52進制計數(shù)器(置數(shù)法)（圖12-圖14）

圖12 74ls161置數(shù)法構成52進制仿真顯示“00”

圖13 74ls161置數(shù)法構成52進制仿真顯示“43”

圖14 74ls161置數(shù)法構成52進制仿真顯示“51”

通過以上仿真結果分析可以看出，仿真模型能夠反映出電路的理論知識與實踐的結果是一致的，從而可以使學生通過仿真，形象具體地把理論與實踐結合起來，不僅可以激勵學生的學習興趣,而且還可以培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

5.結尾

在工科的專業(yè)教學中，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維，提高其工程意識和工程能力具有重要的意義；將muiltisim仿真軟件，應用在《數(shù)字電子技術》的課程教學中使得復雜的電路變得形象、具體化，易于理解，充分調動了學生課堂學習的積極性；說明該方法可以應用于仿真教學，加強學生對數(shù)字電子技術的理解，使學生學習的主觀能動性得以激發(fā)，從而使得學生的創(chuàng)新意識得到增強。

[1]張亞君，陳龍等.Multisim在數(shù)字電路與邏輯設計實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理，2008，8：108-110.

[2]韋建英.《數(shù)字電子技術》，2013年8月第1版.

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1009-5624（2016）05-0130-04