車沛強

摘要：數(shù)字電路課程是電子專業(yè)中的一門非常重要的基礎(chǔ)課程，在數(shù)字電路課程的教學中，不僅包含有數(shù)字電路的理論知識教學，同時還包括數(shù)字電路的實驗教學，而隨著現(xiàn)在科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學方式也要與時俱進，在充分結(jié)合科學技術(shù)手段的情況下更大程度地提升教學效果，在數(shù)字電路實驗課程教學中，利用計算機軟件的模擬仿真功能和實踐操作相結(jié)合的方法進行教學，不僅大大提升了教學效果，降低了學習難度，而且也培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新學習能力。本文通過對計算機仿真軟件Multisim進行概況分析，探討在數(shù)字電路實驗中仿真軟件Multisim的具體應(yīng)用和應(yīng)用優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：仿真軟件Multisim 數(shù)字電路實驗 應(yīng)用

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0220-02

在電子專業(yè)數(shù)字電路課程中，實驗教學是一個非常重要的環(huán)節(jié)，通過理論知識教學與實踐相結(jié)合的方法，在提升教學效果的同時也提升了學生的實踐動手能力，而在傳統(tǒng)的數(shù)字電路實驗教學中，完全依靠的是純硬件實物進行實驗，這種方法存在許多弊端，而現(xiàn)今在結(jié)合計算機軟件技術(shù)的基礎(chǔ)上，讓數(shù)字電路實驗變得更加靈活方便，不僅培養(yǎng)了學生的綜合動手能力，而且還激發(fā)了學生的創(chuàng)新能力，本文主要分析探討的是在數(shù)字電路中，計算機仿真軟件Multisim的具體應(yīng)用。

1 仿真軟件Multisim的概況

計算機仿真軟件Multisim是根據(jù)美國國家儀器公司電子線路仿真軟件EWB升級而來，其主要目的就是對電路進行原理設(shè)計，對電路功能進行測試等，在計算機中，Multisim軟件不僅界面清晰，簡單直觀，而且操作起來也較為簡便，易學易用。仿真軟件Multisim將原理圖的創(chuàng)建，電路的測試分析以及結(jié)果顯示通過集成的方式統(tǒng)一顯示到一個電路窗口當中，對數(shù)字電路和模數(shù)混合電路等進行仿直模擬，而且在可視化界面上，其仿真出來的電路環(huán)境與真實情況一般無二，整個操作界面操作起來完全就像是一個實驗室的工作臺，非常具有可實操性，在數(shù)字電路實驗教學中，深受廣大教師以及學生的喜愛[1]。

2 在數(shù)字電路實驗中仿真軟件Multisim的具體應(yīng)用

數(shù)字電路實驗首先要了解的是電路的工作原理，對實驗電路中的模塊電路以及每個模塊的具體功能都要有一個具體清晰的認識，同時還要明確每個模塊之間的信號傳輸關(guān)系等，在對這些基礎(chǔ)設(shè)施了解清楚之后，再結(jié)合相關(guān)的參數(shù)指標以及實驗所需的電路元器件，通過仿真軟件Multisim對各個電路模塊的初步設(shè)計，最后在仿真模擬的過程中邊選擇邊測試，邊修改邊對比，不斷地分析判讀，直到實驗出真正的數(shù)字電路，因此在數(shù)字電路實驗中，仿真軟件Multisim的具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下四個方面：

2.1 繪制電路原理圖

本次數(shù)字電路實驗以在時鐘控制下實現(xiàn)八位并行數(shù)據(jù)輸入到串行數(shù)據(jù)輸出的轉(zhuǎn)換電路為例，這個數(shù)字電路主要有三個功能模塊，即LM555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生時鐘脈沖模塊，4位二進制加法計數(shù)器74LS163構(gòu)成的計數(shù)器模塊和數(shù)據(jù)選擇器74LS151構(gòu)成的并轉(zhuǎn)器電路模塊[2]，待這三個功能模塊分步設(shè)計完成后，這個轉(zhuǎn)換電路的原理圖就設(shè)計完成了，然后再結(jié)合仿真軟件Multisim中豐富的元器件資源快速的完成所需元器件的找尋工作，其次再將這些元器件進行連接，對一些必要的元器件參數(shù)屬性等進行相應(yīng)的修改，同時對元器件標注出相對應(yīng)的標簽，最后這個轉(zhuǎn)換電路的原理圖繪制工作也就完成了，如圖1所示，為繪制的此次實驗轉(zhuǎn)換電路的原理圖。

2.2 電路的仿真分析

在上述的轉(zhuǎn)換電路實驗中，通過仿真軟件Multisim可以提供出虛擬的儀器對電路進行仿真分析，在仿真分析中，主要用到的分析儀器包括示波器，邏輯分析儀，字信號發(fā)生器以及邏輯轉(zhuǎn)換器等，其仿真分析主要分為兩部分進行：首先仿真分析的是第一個模塊，針對第一個功能模塊LM555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生時鐘脈沖模塊，在實驗教學過程中，為了讓學生加深對其的理解與學習，可以用仿真軟件Multisim提供的示波器來觀察555定時器外圍充放電的電容波形和輸出時的脈沖方波信號波形等，最后發(fā)現(xiàn)其充電時間要大于放電時間，其仿真波形與理論分析計算得出的結(jié)果保持一致；其次仿真分析的是第二個功能模塊和第三個功能模塊，針對這兩個模塊可用仿真軟件Multisim提供的邏輯分析儀進行分析，主要觀測分析的是第二個模塊計數(shù)器的時序波形和第三個模塊數(shù)據(jù)選擇器輸出的波形，如圖2所示，為計數(shù)器時序波形的仿真圖，通過圖2可以看出，在脈沖作用下，計數(shù)器的低三位循環(huán)計數(shù)產(chǎn)生000到111這八種狀態(tài)，而假設(shè)計數(shù)初始的狀態(tài)為000時，那么數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端D0將被選通，而151的輸出將變成1，再來一次CP脈沖上升沿后，計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)就變成了001，而這時數(shù)據(jù)輸入端D1將被選通，151的輸出就又變成了0，同理待第七個脈沖來之后，計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)就變成了111，這時的就是D7被選通，同樣的151的輸出也變成了0，151的8位并行輸出數(shù)據(jù)在時鐘脈沖的控制作用下，來一個時鐘脈沖上升沿就送出一位數(shù)，相應(yīng)的8位并行輸入的數(shù)據(jù)也就一個一個地被串行輸入送出來，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)能夠并行輸入到串行輸出的轉(zhuǎn)換[3]。

2.3 邏輯轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

邏輯轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用主要體現(xiàn)在組合邏輯電路中，對于組合邏輯電路而言，其特點就是沒有存儲記憶功能，而其設(shè)計就需要根據(jù)邏輯命題，再列出邏輯真值表，寫出邏輯表達式，然后選擇所用器件，即可完成組合邏輯電路的設(shè)計工作，但是在輸入變量增多時，組合邏輯電路的設(shè)計工作就變得繁復(fù)多雜，經(jīng)常出現(xiàn)各種錯誤，在這時利用仿真軟件Multisim提供的邏輯轉(zhuǎn)換器就可以對組合邏輯電路的設(shè)計過程進行簡化，提高電路的設(shè)計效率[4]。

仿真軟件Multisim提供的邏輯轉(zhuǎn)換器支持8輸入變量與單輸出的組合邏輯電路的分析與設(shè)計，根據(jù)邏輯轉(zhuǎn)換器可以將組合邏輯電路中的真值表進行轉(zhuǎn)換，將真值表與邏輯表達式之間進行轉(zhuǎn)換，將直值表與簡單表達式之間進行轉(zhuǎn)換，將邏輯表達式與邏輯電路之間進行轉(zhuǎn)換以及將邏輯表達式與非門邏輯電路之間進行轉(zhuǎn)換等。

2.4 譯碼器的仿真應(yīng)用

在數(shù)字電路實驗課程中，譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計中有著極為廣泛的用途，其在代碼之間的轉(zhuǎn)換，終端的數(shù)字顯示，同數(shù)據(jù)分配，存儲器的尋址以及組合控制信號等都能起到非常重要的作用，在數(shù)字電路實驗課程教學中，以仿真軟件Multisim提供的74LS138譯碼器為例，為了讓學生在學習地過程中更好的掌握譯碼器的外特征，如圖3所示，通過利用開關(guān)K1，K2和K3來模擬二進制數(shù)，來對74LS138譯碼器的譯碼功能的仿真電路進行驗證，通過實驗可以看出，在輸出端接上小燈泡后，可以對二進制數(shù)經(jīng)過譯碼器后的輸出結(jié)果進行直接觀測，從而使學生在這一過程中可以更好的理解與掌握譯碼器的邏輯功能[5]。

3 在數(shù)字電路實驗中利用仿真軟件Multisim的優(yōu)勢

在數(shù)字電路實驗中，傳統(tǒng)的純硬件實驗教學方法一般都是事先查找大量的相關(guān)資料，對電路原理進行硬性理解，然后再根據(jù)電路指標要求對元器件的具體參數(shù)進行估算，最后在紙上畫出大概的硬件電路圖，在實驗時一般也是通過面包板或?qū)嶒炏鋪泶罱ㄍ瓿?，然后在觀察分析實驗數(shù)據(jù)時，也是通過實驗室有限的儀器儀表等來進行，這樣的實驗方式很難檢查出實驗過程中的某項具體問題，比如所選用芯片是否合適，哪一根線路出現(xiàn)問題等，而一旦真的發(fā)現(xiàn)問題這整個電路實驗設(shè)計也要推倒重來，耗時耗力不說而且還沒有起到應(yīng)有的教學效果，而利用計算機仿真軟件Multisim，學生只需要在對數(shù)字電路的基本原理了解清楚的情況下，利用仿真軟件Multisim直接選出實驗所需的元器件，然后直接進行電路搭建，在計算機操作界面直接進行現(xiàn)場實驗操作，而不用擔心芯片的選擇是否錯誤，實驗消耗材料是否浪費，實驗經(jīng)費是否不足以及元器件等是否出現(xiàn)老化等種種問題，而且實驗結(jié)果還可以通過界面直觀的顯示在學生面前，同時通過不斷反復(fù)的實驗，學生在理解力得到增強的同時，實踐動手操作能力也得到了提升，而且這種虛擬的實驗空間也使得學生的自由創(chuàng)造能力得到了充分的發(fā)揮，最重要的是節(jié)省了實驗時間，提升了數(shù)字電路的教學效果[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，本文通過對計算機仿真軟件Multisim進行概況分析，探討在數(shù)字電路實驗中仿真軟件Multisim的具體應(yīng)用，其具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在四個方面，以在時鐘控制下實現(xiàn)八位并行數(shù)據(jù)輸入到串行數(shù)據(jù)輸出的轉(zhuǎn)換電路為例探討了仿真軟件Multisim的兩種應(yīng)用，即電路原理圖的繪制以及電路的仿真分析，其次還探討了仿真軟件Multisim的邏輯轉(zhuǎn)換器與譯碼器的具體應(yīng)用，最后還分析了在數(shù)字電路實驗中仿真軟件Multisim的應(yīng)用優(yōu)勢，希望本文的分析探討對我國電子專業(yè)中數(shù)字電路教學以及計算機仿真軟件Multisim的實際應(yīng)用能起到相應(yīng)的幫助作用。

參考文獻

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[6]王琰. Multisim在《數(shù)字電子技術(shù)》實驗教學中的應(yīng)用[J].佳木斯教育學院學報，2013（2）：356-357.