摘要：組合電路的教學(xué)中，重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生理解電路的邏輯功能。通過傳統(tǒng)的邏輯框圖講解組合電路的邏輯功能，學(xué)生一般會感到枯燥并且印象不深。利用Multisim14軟件繪制數(shù)據(jù)比較器、編碼器、二進(jìn)制譯碼器、顯示譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器等典型組合電路集成器件構(gòu)成的電路并仿真，生動形象的演示電路的基本功能，在課堂教學(xué)中有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加深對電路功能的印象和理解。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；組合電路；Multisim14；虛擬仿真

中圖分類號：TN79+1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

“數(shù)字電子技術(shù)”是電子信息類、計(jì)算機(jī)、自動化等專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課程，課程既有邏輯性很強(qiáng)的理論內(nèi)容，又對動手實(shí)踐有很高的要求，理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐當(dāng)中又會對理論有更進(jìn)一步的理解，有時只有在實(shí)踐中才能透徹理解一些理論內(nèi)容。理論和實(shí)踐只有緊密結(jié)合在一起，數(shù)字電子技術(shù)課程才能生動有趣。在數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)當(dāng)中，理論課和實(shí)驗(yàn)課是同步進(jìn)行的，在學(xué)習(xí)完重要的理論之后都要進(jìn)行配套的實(shí)驗(yàn)。但是在理論課堂上，由于不能連接具體的電路進(jìn)行演示，遇到難度大的知識點(diǎn)，教學(xué)效果不佳[1]。

組合電路是數(shù)字電路的重要組成部分，這一塊的教學(xué)內(nèi)容主要包括組合電路的分析和設(shè)計(jì)方法以及典型的組合電路。數(shù)值比較器、編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等都屬于典型的組合電路，在學(xué)習(xí)這些電路時重點(diǎn)是理解它們的邏輯功能，之后基于邏輯功能列出真值表，按照組合電路的一般設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出電路。傳統(tǒng)教學(xué)中，一般是通過邏輯框圖來說明組合電路的功能，不夠直觀、形象，難免導(dǎo)致學(xué)生感覺枯燥乏味。本文利用Multisim14軟件繪制幾種典型組合電路集成器件構(gòu)成的電路，通過軟件仿真來形象的展示電路的基本功能，有利于學(xué)生加深對所學(xué)內(nèi)容的印象和理解，同時可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的熱情和興趣。

1Multisim軟件簡介

Multisim軟件的前身是EWB軟件，由IIT公司推出。20世紀(jì)90年代，5.0版本傳入中國，2001年軟件更名為Multisim，意思是多重仿真，后面IIT公司推出了7和8兩個版本，2005年IIT公司被NI公司收購，2006年NI公司推出9.0版本，后面依次推出10到14版本。軟件的最新版本是Mutisim14，該版本除了對以前版本的基本功能作了進(jìn)一步完善，還開發(fā)了一些新的功能，最新版本的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢包括以下幾個方面[2]：

（1）軟件界面直觀，操作方便。設(shè)計(jì)電路所需的元器件和測試儀器都可以從屏幕直接抓取，元器件的圖標(biāo)和實(shí)物的外觀相似，測試儀器的按鈕、開關(guān)也和實(shí)際儀器非常的接近。

（2）完備的元器件庫。借助領(lǐng)先半導(dǎo)體制造商的新版本和升級版本的模擬模型，新版本擴(kuò)展了模擬和混合應(yīng)用，多達(dá)約20000個元器件可供調(diào)用。

（3）大量的虛擬測試儀器。軟件提供了數(shù)字萬用表、示波器、函數(shù)發(fā)生器、頻率計(jì)數(shù)器、網(wǎng)絡(luò)分析儀等二十多種虛擬儀器，為電路性能的測試和分析提供了強(qiáng)有力的支持。

Multisim軟件在電子電路的分析和設(shè)計(jì)以及電子電路課程的教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。包濤等人利用Multisim進(jìn)行文氏電橋振蕩實(shí)驗(yàn)教學(xué)[3]。張學(xué)文等人基于Multisim9，采用74LS90設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器[4]，并利用Multisim13分析了多種類型觸發(fā)器的工作狀態(tài)[5]。

2利用Multism14軟件仿真典型組合電路

典型組合電路都有相應(yīng)的集成器件，在軟件中將它們調(diào)用出來，再接上電阻、開關(guān)等基本元器件，就可以構(gòu)成展示組合電路基本功能的電路。

2.1數(shù)值比較器

74LS85是一種常用的TTL集成4位數(shù)值比較器，其管腳圖如圖1（a）所示。A3、A2、A1、A0和B3、B2、B1、B0是兩個待比較的4位二進(jìn)制數(shù)輸入端。OAGTB、OAEQB和OALTB是比較結(jié)果輸出端，分別表示A小于B、A等于B和A大于B，其中A=A3A2A1A0，B=B3B2B1B0。AGTB、AEQB和ALTB是三個級聯(lián)擴(kuò)展輸入端，用來連接低位片的比較結(jié)果輸出端[6]。

課堂教學(xué)中，為了向?qū)W生說明數(shù)值比較器的功能，利用Multisim14軟件繪制74LS85構(gòu)成的4位數(shù)值比較電路，如圖1（b）所示。其中A3到A0以及B3到B0連接的是用電源、開關(guān)和電阻串聯(lián)構(gòu)成的邏輯電平，當(dāng)開關(guān)閉合時輸入高電平，開關(guān)斷開時輸入低電平。三個比較結(jié)果輸數(shù)端都接指示燈，通過燈的亮滅來表示比較結(jié)果。電路中僅使用一片74LS85，不與低位片級聯(lián)，相當(dāng)于來自于低位片的比較結(jié)果是相等，所以級聯(lián)擴(kuò)展端中AGTB和ALTB接地，AEQB接高電平。由于這個電路是在學(xué)生學(xué)習(xí)比較器之初，用來向他們展示比較器功能的，級聯(lián)擴(kuò)展端的作用和接法可以先不予講解。演示教學(xué)時，用軟件對電路進(jìn)行仿真，控制開關(guān)的斷合可以獲得不同的A和B，演示A大于B、A等于B和A小于B三種情況，顯示不同的比較結(jié)果。在圖1（b）中，A=1001，B=0111，OAGTB端連接的指示燈X1亮，另外兩個指示燈滅，表示比較結(jié)果為A大于B。

2.2編碼器

74LS148是一種常用的TTL集成3位二進(jìn)制編碼器，其管腳圖如圖2（a）所示。D0到D7是8個待編碼的輸入信號端，A2、A1和A0是3位代碼輸出端。EI為選通輸入端，低電平有效，即EI=0時允許編碼。GS為選通輸出端，級聯(lián)時，高位片的GS端與低位片的EI端連接起來，可以控制低位片是否允許編碼。EO為優(yōu)先擴(kuò)展輸出端，級聯(lián)時作為輸出位的擴(kuò)展端。

利用Multisim14軟件繪制74LS148構(gòu)成的3位編碼電路，如圖2（b）所示。輸入信號端D0到D7采用反碼輸入，接邏輯電平，低電平有效，電路只對低電平的輸入信號進(jìn)行編碼。D0到D7相互排斥，任意時刻只能有一個信號為低電平。3位代碼輸出端A2、A1和A0采用反碼輸出，接指示燈，燈亮則為“1”，燈滅則為“0”，表示編碼結(jié)果。選通輸入端EI接低電平，保證電路能夠正常編碼。電路中單獨(dú)使用一片74LS148，沒有進(jìn)行級聯(lián)擴(kuò)展，所有沒有用到GS和EO端。在軟件中對電路進(jìn)行仿真，控制開關(guān)可以改變有效輸入信號，從而依次對不同的輸入信號進(jìn)行編碼。在圖2（b）中，輸入信號中僅D6為低電平，編碼器對D6進(jìn)行編碼，反碼輸出001。

2.3二進(jìn)制譯碼器

74LS138是一種常用的TTL集成3位二進(jìn)制譯碼器，其管腳圖如圖3（a）所示。A、B和C為3位代碼輸入端，Y0到Y(jié)7為輸出信號端。G1、～G2A和～G2B為三個輸入選通控制端，G1端高電平有效，～G2A和～G2B端低電平有效。只有當(dāng)三個選通控制端同時有效時，74LS138才能正常工作，允許譯碼。三個選通控制端中只要有一個無效時，禁止譯碼，輸出端全為高電平。

在Multisim14軟件中，畫出由74LS138構(gòu)成的譯碼電路，如圖3（b）所示。3位代碼輸入端A、B和C接邏輯電平，通過調(diào)整開關(guān)的狀態(tài)可以輸入不同的代碼。輸出信號端Y0到Y(jié)7接指示燈，低電平有效，即指示燈不亮?xí)r為有效輸出，表示當(dāng)前輸入代碼的含義。選通控制端G1接電源，～G2A和～G2B接地，三個控制端都有效，保證電路正常譯碼。課堂上，在軟件中仿真電路，通過調(diào)整開關(guān)A、B和C的斷合可以改變輸入代碼，電路對不同的代碼進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生相應(yīng)的有效輸出。圖3（b）表示了一種仿真結(jié)果，開關(guān)A和C閉合，B斷開，使得輸入代碼ABC=101，輸出端的指示燈中僅有Y5不亮，為有效輸出，表示代碼101的含義。

2.4數(shù)據(jù)選擇器

74LS151是TTL集成8選1數(shù)據(jù)選擇器，其管腳圖如圖5（a）所示。D0到D7為8路數(shù)據(jù)輸入端，C、B、A為3位地址碼輸入端，Y和～W為一對互補(bǔ)的數(shù)據(jù)輸出端。～G為選通控制端，低電平有效，即當(dāng)～G為低電平時，選擇器正常工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇功能。當(dāng)～G為高電平時，選擇器被禁止，Y被封鎖在低電平，輸入數(shù)據(jù)和地址碼都無效。

演示數(shù)據(jù)選擇器基本功能的電路如圖5（b）所示，電路主要由74LS151、函數(shù)信號發(fā)生器和示波器組成。3位地址碼輸入端C、B、A接邏輯電平。函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生峰值為5V、周期為1秒的方波，送給數(shù)據(jù)輸入端D0到D7中的某一個。數(shù)據(jù)輸出端Y接示波器。選通控制端～G接地，使得74LS151正常工作。在Multisim14軟件中對電路進(jìn)行仿真時，通過控制3個開關(guān)獲得不同的地址碼，從而使得電路從D0到D7中選擇不同路數(shù)據(jù)輸出。圖5（b）演示的情況是，地址碼CBA=110，此時電路選擇數(shù)據(jù)D6輸出，而函數(shù)信號發(fā)生器向D6輸入方波信號，所以此時通過示波器可以觀察到方波波形。如果保持CBA=110不變，將函數(shù)信號發(fā)生器接到其它數(shù)據(jù)輸入端，示波器不會顯示方波波形。

結(jié)語

本文基于Multisim14軟件設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)比較器、編碼器、二進(jìn)制譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器等組合電路集成器件構(gòu)成的電路并仿真KocirGdh/+vRH5zTmGAtIg==，在課堂教學(xué)中向?qū)W生演示電路的基本功能。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是通過邏輯框圖講解組合電路的功能，比較枯燥乏味，不利于學(xué)生接收。而采用Multisim14軟件輔助教學(xué)，形象直觀，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加深學(xué)生對電路功能的印象和理解。

參考文獻(xiàn)：

• 倪德克.Multisim在數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用[J].西安郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，S1：90-92.
• 張新喜.Multisim14電子系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì)（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.
• 包濤，周德云，林華杰.文氏電橋振蕩實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，37（09）：202-205.
• 張學(xué)文，司佑全.關(guān)于74LS90計(jì)數(shù)器的Multisim仿真分析[J].湖北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，40（2）：74-81.
• 張學(xué)文，司佑全.Multisim13仿真軟件在觸發(fā)器中的應(yīng)用分析[J].湖北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，41（3）：93-98.
• 余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2018：158-160.

基金項(xiàng)目：安徽省高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目（2022AH051041）；安慶師范大學(xué)校級教研項(xiàng)目（2022aqnujyxm51）

作者簡介：黃星（1989—），男，漢族，安徽六安人，博士，講師，研究方向：短波紅外探測器和光子晶體材料。