Multisim在數字電子技術實驗教學中的應用

朱霞清

摘要：數字電子技術實驗教學是數字電子技術課程教學中一個重要的環節，主要培養學生對數字電子技術理論知識進行分析和綜合應用的能力。本文在簡單介紹Multisim仿真技術的的基礎上，詳細分析了Multisim技術在數字電子技術基礎性、綜合性和設計性實驗中的應用。實踐證明，學生在應用Multisim軟件的過程中培養了自身的分析能力和創新能力，取得了較好的效果。

關鍵詞：數字電子技術實驗Multisim 10仿真技術

0.引言

數字電子技術課程是電氣、機械、信息類等專業的核心專業基礎課之一，也是相關專業考研的必選課。加強數字電子技術課程的實驗環節的教學，培養學生的實踐創新能力，是高等學校工科專業教學的重要內容。在數字電子技術實際教學中，通常以老師為主，實驗老師會把實驗目的、實驗內容和注意事項一一詳細講解[1]。然后學生按照老師給出的實驗步驟進行操作。這種教學方式存在諸如學生動手機會少，思考時間少等不少弊病。Multisim軟件為數字電子技術實驗教學提供了一個平臺，可作為傳統數字電子技術實驗教學的有力補充。

1.Multisim 10簡介

Multisim是美國國家儀器有限公司推出的一種仿真工具，具有強大的仿真分析能力[2]。它包含了電路原理圖中的圖形輸入和硬件描述語言輸入。該軟件自身帶有豐富元件庫和外形逼真功能齊全的各種虛擬儀器。它可以完成對模擬、數字電路和單片機電路的仿真設計調試工作。

2.Multisim 10 在數字電子技術實踐教學中的應用

2.1 基礎性實驗

基礎性實驗即驗證性實驗，主要是使學生掌握基本的實驗操作技能，基本的數據處理方法，對課程理論進行驗證而開設的[3]。數字電子技術涉及到的驗證性實驗有：門電路的功能測試、組合邏輯電路的設計和測試、觸發器、單穩態觸發器和施密特觸發器、555時基電路及應用、A/D和D/A轉換器。通過Multisim軟件進行仿真。通過驗證性實驗，學生掌握了數字電子技術基本實驗理論，學會處理數據的基本知識。

基礎性實驗一般是使用集成有很多元件的實驗箱。要求學生在實驗箱上搭接數字電路驗證相關電路的工作原理。但實際情況是，學生搭接一遍電路后，仍不理解其工作原理。可以在使用實驗箱前先在Multisim10仿真軟件中對相關電路進行仿真。

觸發器是數字電路的單元電路，是學習時序邏輯電路的關鍵內容。學生往往很難理解各類觸發器的工作原理。以JK觸發器為例，可以在Multisim軟件中搭建如圖1所示電路。借助燈泡的亮滅來顯示JK觸發器的“置零”“置1”“保持”“翻轉”四種狀態，其中JK=10時，觸發器輸出為1態，燈泡亮。當JK=01時，觸發器輸出為0態，燈泡滅。當JK=00時，觸發器狀態保持。當JK=11時，觸發器狀態翻轉。

2.2 加強綜合性實驗的仿真

綜合性實驗涉及到數字電子技術多個理論單元的內容，著重相互聯系和總體構思的訓練，培養學生運用數字電子技術理論知識和工程觀念分析解決問題的能力[4]。綜合性實驗有彩燈控制電路、簡易電子琴、數字搶答器、電子秒表等。開設這些綜合性實驗，將數字電子技術中的組合邏輯、時序邏輯電路、555定時器、A/D、D/A轉換器、可編程邏輯器件等多個知識點綜合在一起，極大的提高了學生學習主動性，為以后創新性實驗打下理論和實踐基礎。

2.3加強設計性實驗

設計性實驗，主要培養學生在工程領域設計制作以及在設計過程中的組織管理等方面的創新能力。在傳統的實驗教學中，設計性實驗的內容較少。在教學過程中培養學生動手實踐能力和累積經驗方面存在不足。

在設計性實驗實踐教學中，教師可以使用Multisim動態演示電子電路設計案例向同學們講解電子電路的一般設計方法、設計過程和如何規范繪制電路圖。通過對相關電路的仿真案例演示，讓學生明確設計任務。講解單元電路原理以及總電路的結構、設計思路和方法。學生在應用Multisim軟件進行設計性實驗時，要求熟練使用Multisim進行單元單路和總電路的設計與繪制。并且能夠使用虛擬儀器進行仿真、排除故障以及進行調試，驗證運行結果。

設計性實驗有交通信號燈控制電路設計，籃球競賽計數器設計，汽車尾燈控制器等。要求學生根據設計要求，按照所學數字電路設計

分析方法，選擇適當的芯片搭建電路，并且制作實物。譬如，設計汽車尾燈控制器要求如下：在汽車尾部左右各有三個指示燈（可分別用發光二極管模擬）。根據汽車運行的不同狀況，指示燈需要具備四中不同狀態：（1）正向行駛時，指示燈均熄滅。（2）左轉彎，左側指示燈按照左循環依次點亮（3）右轉彎，右側指示燈按照右循環依次點亮。（4）臨時剎車，所有指示燈同時處于閃爍狀態。

在設計時，應用Multisim軟件，利用豐富的元件庫和使用的虛擬儀器，進行汽車尾燈控制器電路的設計和仿真。可以通過改變電路元件的參數來實現電路的調整，以便于更好的滿足設計要求。整個過程操作簡便，搭建電路更加快捷。先對電路進行軟件仿真，仿真成功以后再搭建真實電路。這樣可以降低設計的成本，提高效率。

3.應用Multisim軟件開展數字電子技術實驗的優勢

對2011級電氣自動化本科專業的學生進行了數字電子技術的實驗改革，在數電實驗中引入了Multisim 10軟件。通過實踐可以看到將EDA技術與數字電子實驗有機結合具有很多優勢。

（1）實驗質量和實驗成功率都大大提高。引入Multisim軟件可以改變傳統實驗以老師為主的不足，學生可以根據實驗內容對題目進行設計。通過仿真軟件對電子電路進行仿真，激發學生創新精神的同時，提高了實驗教學的質量。同時，可以彌補實驗元器件容易損壞的不足，嘗試各種設計方案，簡單的進行參數調整。電子仿真電路調試成功后再購買器材。這樣可以大大提高實驗的成功率。

（2）實現因材施教。將Multisim軟件引入數字電子技術實驗課程，可以實現仿真技術和數電實驗課程的有機結合。學生根據所做實驗內容采用不同方案，利用自己所學，充分發揮自己的創新潛能解決問題。教師可以根據仿真技術和現有資源，針對每個學生的學習情況和愛好，根據難易程度分層次對學生進行培養。圖3汽車尾燈控制器原理圖參考文獻：

[1]王琰.Multisim在《數字電子技術》課程設計教學中的應用[J].吉林省教育學院學報.2013，12（29）：58-60.

[2] 孫利華，余良俊，黃翠翠.Multisim仿真技術在數字電子技術教學中的應用[J].軟件導刊，2013，12（12）：200-202.

[3] 楊德明.基于EDA的數字電子技術教學改革與實踐.[J].微型電腦應用.2011，2（27）53-55

[4] 汪國強.EDA技術與應用（第二版）[M].北京：電子工業出版社，2007.