王哲+馬瑩瑩

摘 要：數(shù)字電路是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，傳統(tǒng)的基于實驗箱的教學方法具有一定的局限性，為了適應新的教學理念和教學模式，出現(xiàn)了新的基于Multisim的虛擬仿真的實驗教學方法，可以提高學生的創(chuàng)造性和綜合設(shè)計能力。通過實驗設(shè)計過程，對兩種實驗教學方法進行了分析和比較，通過分析提出將了兩種實驗教學方法相結(jié)合的實驗教學方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；實驗教學；Multisim；虛擬仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.129

“數(shù)字電路”是我院電子類專業(yè)一門重要的、實踐性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課，它包括課堂教學、實驗教學、課程設(shè)計等多種教學環(huán)節(jié)。通過本門課程的教學，除了使學生掌握數(shù)字電路的基本理論、基本知識和基本方法以外，還要求其具備實驗研究和工程設(shè)計能力[1]。

數(shù)字電路實驗在數(shù)字電路教學中占有非常重要的地位，可以加強學生對理論知識的理解和掌握，培養(yǎng)學生的工程設(shè)計和實際動手能力。傳統(tǒng)的數(shù)字電路實驗仍然采用數(shù)字電路實驗箱開展實驗教學工作，有很多的局限性，為了適應新的形勢要求，改革教學模式，創(chuàng)造更好的實驗教學環(huán)境，以激發(fā)學生的創(chuàng)造性，提高學生的綜合動手能力，逐步將虛擬電子仿真軟件Multisim[2，3，4]應用于數(shù)字電路的實驗教學中。

下面對傳統(tǒng)的實驗教學方法和基于虛擬仿真的實驗教學方法進行具體分析和比較，

1 傳統(tǒng)的實驗教學

目前，傳統(tǒng)的數(shù)字電路實驗室采用數(shù)字電路邏輯實驗箱開展實驗教學工作，圍繞 74 系列芯片進行內(nèi)容設(shè)計，主要涉及的實驗包括TTL 集成門電路測試、數(shù)據(jù)選擇器的應用、觸發(fā)器及計數(shù)器的應用等。

下面以74LS08與門為例進行實驗設(shè)計并分析如下。

1.1 74LS08引腳圖

74LS08為2輸入四與門，其引腳圖如圖1所示。

1.2 真值表

真值表顯示，當輸入A、B有一個為低電平時，輸出即為低電平；當輸入A、B全為高電平時，輸出為高電平。

1.3 實驗內(nèi)容

（1）根據(jù)74LS08的引腳圖連接線路。由引腳圖可知，74LS08有4組2輸入與門，可以任意選擇一組與門進行實驗。將輸入兩個端子連接在可以控制高低電平的輸入端，如果輸入為高電平，則燈亮，低電平則燈不亮；將輸出端連接在可以由燈的亮和滅來顯示輸出電平的一端，如果輸出為高電平，燈亮，如果輸出為低電平，燈不亮。

（2）根據(jù)真值表測試74LS08與門的功能。

（3）實驗分析。根據(jù)測試結(jié)果，可以看出，輸入端只要有一個為低電平，燈就不亮，只有兩個輸入端全為高電平的時候，燈才亮，結(jié)果與真值表保持一致，滿足了與門的功能。

2 虛擬仿真實驗教學

隨著電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，新器件、新電路不斷地涌現(xiàn)，現(xiàn)有實驗室的條件已經(jīng)無法滿足各種電路的設(shè)計和調(diào)試的要求，這在一定程度上影響了數(shù)字電路相關(guān)實驗教學的效果，而且影響了高校對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。此時，在實驗教學中引入具有強大分析、仿真電路功能的電路仿真設(shè)計軟件Multisim，可以較好地解決這一問題[5]。

基于Multisim的仿真實驗主要包括門電路功能測試、組合邏輯電路分析、半加器邏輯功能測試、計數(shù)器、555定時器的應用等?，F(xiàn)以74LS00與非門為例進行實驗設(shè)計與分析。

2.1 引腳圖

74LS00為四組 2 輸入與非門，其引腳圖如圖2所示。

2.2 真值表

真值表顯示，當輸入A、B只要有一個為低電平，輸出即為高電平；當輸入A、B全為高電平時，輸出為低電平。

2.3 實驗電路

在Multisim中的創(chuàng)建的仿真電路如圖3所示。

2.4 實驗說明

（1）放置74LS00：

用打開選擇相應的元件，然后放置?！癚UAD 2-INPUT NAND”四-2輸入與非門。

（2）放置開關(guān)：

用第二個按鈕，選擇SWITCH，然后選擇相應的開關(guān)，進行放置。

（3）放置電源VCC：

選擇第一個按鈕，選擇VCC。放置接地，同樣選擇第一個按鈕。

（4）放置萬用表：

選擇右邊數(shù)列按鈕的第一個，既是萬用表。然后放置。

（5）放置燈泡：

選擇指示器按鈕，選擇LAMP，然后選擇合適的燈泡，放置。

2.5 功能測試

（1）測試表：

測試表如表4所示。

（2）分析：

從測試表可以看出，當輸入端有一個為0時，輸出就為1，燈泡就亮，當輸入全為1時，燈泡不亮。測試結(jié)果與真值表保持一致，滿足與非門的邏輯功能。

3 兩種實驗教學方法的比較

我院數(shù)字電路課程是電子類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對于兩種實驗教學方法，學生在具體操作的時候，每一種方法都有各自的優(yōu)點。從教師的層面分析，傳統(tǒng)的基于實驗箱的教學方法在具體實施時，教師需要收集好實驗需要用到的元器件，然后設(shè)計實驗線路，課堂上連接線路給學生看，對元器件的功能及線路的功能都要給學生進行講解。由于實驗線路連接比較直觀，講解的工作量不大。對于虛擬仿真實驗的教學方法，由于涉及到一種新的軟件，首先對軟件的功能和具體操作流程都要進行詳細講解，在具體操作時，每一個步驟，每一個元器件的選擇和連接都要詳細說明，講解的工作量較大。在具體的實驗過程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的實驗方法和虛擬仿真的實驗方法，由于各自有自己的優(yōu)點，在一定程度上都可以激發(fā)學生的興趣，提高學生的動手能力。在此基礎(chǔ)上，相比較而言，虛擬仿真的實驗方法功能更強大，學生的可操作性更強。

通過分析，我們可以看出，用兩種實驗教學方法，都可以達到教學目的，但是從培養(yǎng)學生的動手能力和設(shè)計能力上出發(fā)，可以考慮兩種實驗教學方法相結(jié)合，將實驗學時分成兩部分，一部分時間讓學生通過實驗箱進行實驗，一部分時間讓學生利用計算機進行虛擬仿真實驗。這樣可以讓學生更全面的了解實驗內(nèi)容，增強設(shè)計和分析能力。

4 結(jié)論

數(shù)字電路是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，包括理論學時和實驗學時，對實驗課程的講解往往通過實驗設(shè)計分析和具體操作來實現(xiàn)。傳統(tǒng)的基于實驗箱的實驗教學方法，雖然比較直觀，而且可以鍛煉學生的動手動力，但有一定的局限性，比較新的基于仿真實驗的教學方法可以激發(fā)學生的創(chuàng)造性，而且功能比較強大，具有可擴展性。通過比較，提出了兩種方法相結(jié)合的實驗教學方法，在今后的教學過程中，可以具體實施，以期取得良好的教學效果。

參考文獻：

[1]李明旭.數(shù)字電路課程實驗教學方法探索[J].廣西大學報（自然科學版），2002（06）：148-149.

[2]黃濟，李澤彬，汪明珠，姚有峰.組合邏輯電路設(shè)計與Multisim仿真[J].高科技產(chǎn)品研發(fā)，2012：58-98.

[3]包敬海，張大平，陸安山. Multisim在組合邏輯電路設(shè)計中的應用[J].欽州學院學報，2008（12）：30-33.

[4]郁玲艷.Multisim在數(shù)字邏輯電路中的應用[J].高校講壇，2010（23）：661-720.

[5]王哲.Multisim在組合邏輯電路分析實驗教學中的應用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（02）：292-293.

作者簡介：王哲（1986-），女，河南南陽人，碩士，教師，研究方向：自動化、仿真與虛擬制造、電子信息。