淺談Multisim在數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

曾晗 賀轉(zhuǎn)玲 焦玲玲

摘要：“數(shù)字電子技術(shù)”是通信類士官學(xué)員必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程注重理論聯(lián)系實(shí)踐，具有概念抽象、邏輯嚴(yán)密和分析方法難以理解的特點(diǎn)，在教學(xué)上存在一定的難度。本文結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)例給出Multisim仿真在數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用。結(jié)果表明，Multisim軟件的引入可加深學(xué)員對(duì)課堂知識(shí)的理解，提高學(xué)習(xí)積極性，對(duì)理論教學(xué)起到很好的輔助作用，為提高數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)質(zhì)量提供了一個(gè)有效途徑。

關(guān)鍵詞：Multisim；數(shù)字電子技術(shù)；仿真教學(xué)

數(shù)字電子技術(shù)課程概念抽象、分析推理復(fù)雜，傳統(tǒng)的理論教學(xué)往往采用板書加多媒體的形式，展示數(shù)字電路的功能作用，難以使學(xué)員對(duì)理論知識(shí)有非常深刻的理解。而實(shí)驗(yàn)課程則是在試驗(yàn)箱上進(jìn)行的，學(xué)員通過給定的實(shí)驗(yàn)方法和步驟進(jìn)行簡(jiǎn)單的連線就可得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，很難將理論應(yīng)用于實(shí)踐。將Multisim引入教學(xué)中，可實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同步進(jìn)行，提高學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)員對(duì)知識(shí)的理解，為課程教學(xué)增添了新的活力。本文以計(jì)數(shù)器為例，介紹了Multisim 軟件用于數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)。

1 Multisim軟件簡(jiǎn)介

Multisim是一款由NI公司推出的以windows為基礎(chǔ)的EDA軟件，它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式。主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①豐富充足的元器件庫。Multisim提供了數(shù)千種虛擬元件，包括數(shù)字器件和模擬器件。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)電路需要選取合適的元器件搭建實(shí)驗(yàn)仿真電路。除此之外，設(shè)計(jì)者還可以根據(jù)自身需要建立自己的需要建立元器件庫。②豐富的虛擬測(cè)試儀器儀表。包括基本的萬用表、示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、直流電源等，還包括一般實(shí)驗(yàn)室少有甚至沒有的儀表，如頻譜分析儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀等等，為電路設(shè)計(jì)者提供了便利。③強(qiáng)大的電路分析功能。Multisim提供了較為詳細(xì)的電路分析手段，包括電路的直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析、離散傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、直流掃描分析、靈敏度分析、射頻電路分析，等等這些電路分析功能是許多EDA軟件所不能比的。④簡(jiǎn)潔的界面風(fēng)格。Multisim軟件以圖形界面為主，直觀形象、操作方便、簡(jiǎn)單易學(xué)，深受電子設(shè)計(jì)者的喜愛。[1]

通過Multisim，設(shè)計(jì)者可以完成從理論到原理圖與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。將Multisim軟件引入課堂，可以把枯燥無味的理論推導(dǎo)形象化直觀化，特別是電路參數(shù)的改變可以方便地得到不同的響應(yīng)曲線，充分調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和積極性。

2 Multisim軟件仿真的基本步驟

1）依據(jù)電路功能繪制電路圖，確定設(shè)計(jì)方案

2）利用Multisim提供的元器件及虛擬儀表搭建電路模型

3）設(shè)置元件的工作模式、參數(shù)

4）仿真調(diào)試

5）分析仿真結(jié)果

6）若結(jié)果與預(yù)期不符，則重新調(diào)整元器件及虛擬儀器的參數(shù)[2]

3 應(yīng)用舉例

組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)是數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)的重難點(diǎn)，傳統(tǒng)的授課過程中學(xué)員往往會(huì)對(duì)器件的外部邏輯功能產(chǎn)生誤解，從而不能靈活的利用器件基本功能實(shí)現(xiàn)拓展功能。計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中最常用的時(shí)序電路之一。它的基本功能是對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，以此為基礎(chǔ)，能由于定時(shí)分頻等等。因此計(jì)數(shù)器也是時(shí)序邏輯電路中最重要的電路之一。下面以計(jì)數(shù)器教學(xué)為例說明Multisim軟件在數(shù)字電子技術(shù)課程中的應(yīng)用。

計(jì)數(shù)器部分主要要求大家掌握計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)組成及原理，和一些常見的集成計(jì)數(shù)器的應(yīng)用。如4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS161、十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS163、4位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS191等等。在學(xué)員已經(jīng)掌握了這些基本理論知識(shí)的前提下，要求設(shè)計(jì)一個(gè)60進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，并用顯示譯碼器顯示。

3.1 顯示譯碼器

顯示譯碼器可以將數(shù)字（0～9）、文字、符號(hào)（A～F）等的二進(jìn)制代碼翻譯并顯示出來。主要由譯碼器和驅(qū)動(dòng)器兩部分組成，通常將這兩部分集成在一塊芯片中。比如，TTL或CMOS集成電路等。這里可以使用TTL系列的74LS48來驅(qū)動(dòng)的共陰極七段數(shù)碼管。原理圖如圖1所示。實(shí)際工作時(shí)，還需在74LS48的輸出端串聯(lián)一個(gè)限流電阻，避免發(fā)光二極管因電流過大而燒毀。

3.2 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器

60進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器有多種實(shí)現(xiàn)方法，可采用兩片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，也可以由兩片4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)構(gòu)成。這里為方便將計(jì)數(shù)過程用顯示譯碼器顯示，使用兩片十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74190分別代表高位和低位，并分別與顯示譯碼器相連，高位實(shí)際上是6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，低位是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。將74190的加減控制端接低電平設(shè)置為加法計(jì)數(shù)器，低位的進(jìn)位輸出端通過一個(gè)非門與高位的CTEN使能端，當(dāng)?shù)臀挥羞M(jìn)位輸出時(shí)，高位加1計(jì)數(shù)，無進(jìn)位輸出時(shí)則保持。使用200Hz時(shí)鐘信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。根據(jù)原理可以知道，計(jì)數(shù)器初始值為00，當(dāng)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，計(jì)數(shù)器就加1，遞增到59時(shí)，在自動(dòng)返回到00，原理圖如圖2所示。在時(shí)鐘脈沖的控制下，數(shù)碼管上循環(huán)不斷地顯示0～59，形象的將結(jié)果展示在學(xué)員面前，促進(jìn)了學(xué)員對(duì)該部分知識(shí)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中的思考。

4 結(jié)束語

對(duì)于電子設(shè)計(jì)工作者來說Multisim軟件是一款重要的EDA工具，將Multisim帶進(jìn)數(shù)字電子技術(shù)課堂，有效地促進(jìn)了理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，不僅加強(qiáng)了學(xué)員基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握和理解，增強(qiáng)學(xué)員對(duì)數(shù)字電路的感性認(rèn)識(shí)，還拓寬了學(xué)員的視野，培養(yǎng)了學(xué)員的自主學(xué)習(xí)能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)員綜合素質(zhì)起到了積極的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭韶華，屈重年，傅瑜. Multisim在RLC串聯(lián)電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].南陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（12）.

[2]連立芳. Multisim10.0軟件在電子線路課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].莆田學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（10）.

作者簡(jiǎn)介：曾晗（1991—），女，河南鄧州，國(guó)防科技大學(xué)信息通信學(xué)院，碩士，從事電子技術(shù)教學(xué)研究。