Multisim虛擬仿真技術(shù)在數(shù)字電路實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

[摘 要] 結(jié)合實(shí)例說(shuō)明Multisim虛擬仿真技術(shù)在數(shù)字電路實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用，展現(xiàn)了信息化技術(shù)手段對(duì)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革的促進(jìn)作用，彌補(bǔ)了理論教學(xué)的不足之處，提高了學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解能力，拓展了教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度。

[關(guān) 鍵 詞] Multisim；電工電子；信息化

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）23-0150-01

數(shù)字電路是電工電子專業(yè)的必修課程，現(xiàn)階段教學(xué)模式基本采用理實(shí)一體化的模式。理實(shí)一體化的教學(xué)模式中重要的一方面是利用現(xiàn)代教育技術(shù)將理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)操作的教學(xué)內(nèi)容一體化設(shè)置。沒(méi)有引入虛擬仿真技術(shù)之前的教學(xué)過(guò)程基本是“理論教學(xué)—實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)”，而引入虛擬仿真技術(shù)后的教學(xué)過(guò)程變成“理論教學(xué)—虛擬仿真—實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)”。

Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，是電工電子專業(yè)在學(xué)習(xí)中使用較為廣泛的虛擬仿真軟件。它適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作，包含了電路原理圖的圖形輸入和電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。下面以D觸發(fā)器構(gòu)成觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)電路為例，介紹Multisim虛擬仿真軟件在數(shù)字電路實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用。

一、觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)電路原理介紹

CD4013是雙D觸發(fā)器，分別接成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路和一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路。單穩(wěn)態(tài)電路的作用是對(duì)觸摸信號(hào)進(jìn)行脈沖展寬整形，保證每次觸摸動(dòng)作即可。雙穩(wěn)態(tài)電路用來(lái)驅(qū)動(dòng)晶閘管Q1。

J1模擬觸摸信號(hào)，當(dāng)人手摸一下，人體泄漏的交流電在電阻R3上的壓降，其正半周信號(hào)進(jìn)入3腳CP1端，使單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)進(jìn)入暫態(tài).其輸出端Q1即1腳跳變?yōu)楦唠娖剑烁唠娖浇?jīng)R4向C1充電，使4腳電位上升，當(dāng)上升到復(fù)位電平時(shí)，單穩(wěn)態(tài)電路復(fù)位，1腳恢復(fù)低電平。所以每觸摸一次，1腳就輸出一個(gè)固定寬度的正脈沖。此正脈沖將直接加到11腳CP2端，使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)一次，其輸出端Q2即13腳電平就改變一次。當(dāng)13腳為高電平時(shí)，Q1開(kāi)通，電燈點(diǎn)亮。當(dāng)13腳為低電平時(shí)，Q1截止，電燈熄滅。

二、利用Multisim進(jìn)行電路分析

數(shù)字電路的分析過(guò)程要經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)程，一是由整體到局部，二是由局部到整體。數(shù)字電路電路的輸入和輸出之間是一種邏輯關(guān)系。在分析數(shù)字電路時(shí)，我們要學(xué)會(huì)將龐大復(fù)雜的電路依據(jù)輸入輸出信號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行模塊劃分，將整個(gè)電路劃分成具有小功能特性的模塊電路的過(guò)程就是由整體到局部的過(guò)程。根據(jù)電路的原理功能我們將上述電路拆分成三個(gè)子模塊電路：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)電路、雙穩(wěn)態(tài)電路和繼電器控制電路。

模塊1電路的輸出采用電平指示燈顯示該模塊的輸出信號(hào)的邏輯狀態(tài)，模塊2電路的輸入采用單刀雙擲開(kāi)關(guān)接高低電平來(lái)模擬上輸入信號(hào)（即上一級(jí)模塊電路的輸出）的邏輯狀態(tài)，采用電平指示燈顯示該模塊的輸出信號(hào)的邏輯狀態(tài)。模塊3電路的輸入采用單刀雙擲開(kāi)關(guān)接高低電平來(lái)模擬上輸入信號(hào)（即上一級(jí)模塊電路的輸出）的邏輯狀態(tài)。

在Multisim仿真軟件中，我們可以方便地針對(duì)各個(gè)模塊電路進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試，分析其工作過(guò)程，將復(fù)雜電路化整為零，極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。同時(shí)在更換元件參數(shù)觀察不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，只需在元件庫(kù)中進(jìn)行替換即可，省去焊接拆卸的過(guò)程，節(jié)約實(shí)驗(yàn)耗材。每個(gè)模塊都調(diào)試完畢后，即可將他們組合成完整的電路，從整體上分析電路的工作過(guò)程，完成由局部到整體的認(rèn)知過(guò)程。

三、虛擬仿真技術(shù)的特點(diǎn)與局限性分析

通過(guò)上面的觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)電路的仿真實(shí)例，我們看到在數(shù)字電路教學(xué)中引入Multisim虛擬仿真技術(shù)，是和當(dāng)前理實(shí)一體化教學(xué)模式相契合的，可以有效地將理論和實(shí)踐相結(jié)合，使用方便且效果明顯。學(xué)生使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)即可進(jìn)行相關(guān)的自主學(xué)習(xí)，不受地點(diǎn)和時(shí)間的限制，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。在虛擬仿真過(guò)程中，學(xué)生不會(huì)受到元件種類、實(shí)驗(yàn)室條件等硬件的約束。學(xué)生還可以利用虛擬仿真的開(kāi)放性特點(diǎn)，設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)方案，即時(shí)實(shí)驗(yàn)調(diào)試，選出最優(yōu)方案，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。

但是與實(shí)際焊接調(diào)試電路相比，虛擬仿真技術(shù)也有自身的局限性。它是處在一個(gè)絕對(duì)理想的條件進(jìn)行的，得到的結(jié)果往往是一種理想結(jié)果，而且在一定程度上剝奪了學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)。因此虛擬仿真技術(shù)要和實(shí)際焊接調(diào)試電路相結(jié)合，學(xué)生既能利用虛擬仿真軟件進(jìn)行電路的搭建分析，又能根據(jù)仿真調(diào)試過(guò)程進(jìn)行實(shí)際電路的焊接調(diào)試。

現(xiàn)階段在數(shù)字電路或者電工電子專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中引入虛擬仿真技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程信息化的一種手段。Multisim計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手相脫節(jié)的這一難題。學(xué)生可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來(lái)，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，讓學(xué)生真正地做到變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

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