Multisim在“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

宋蕾 王海華 汪瑾

摘 要：本文分析了傳統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)方法的不足，深入探討了將Multisim引入《數(shù)字電子技術(shù)》教學(xué)對(duì)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生創(chuàng)新能力以及改善實(shí)驗(yàn)條件等方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

關(guān)鍵詞：EDA Multisim 數(shù)字電子技術(shù) 創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2014）03（b）-0136-02

《數(shù)字電子技術(shù)》是目前我國(guó)高校電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，它內(nèi)容涵蓋廣，實(shí)踐性強(qiáng)。這門課程一方面能夠構(gòu)建學(xué)生電子技術(shù)領(lǐng)域的基本理論、基本技能及培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用與創(chuàng)新能力；另一方面將為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，為深入專業(yè)領(lǐng)域的研究成為可能。目前隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，高校《數(shù)字電子技術(shù)》的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)境和形勢(shì)在不斷地變化，傳統(tǒng)的教學(xué)方式將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）即EDA，是隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具。而其中的Multisim是由美國(guó)NI公司開發(fā)的最新一款基于window平臺(tái)的直觀、精確、高效的電路教學(xué)與設(shè)計(jì)仿真軟件。將Multisim應(yīng)用到《數(shù)字電子技術(shù)》教學(xué)中將極大地提高教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效果，特別是在提高學(xué)生的實(shí)踐能力方面起到不可估量的作用。

1 傳統(tǒng)教學(xué)方式的存在問(wèn)題

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，老師只是將數(shù)字電子技術(shù)的理論知識(shí)傳授給學(xué)生，學(xué)生往往對(duì)生硬的原理與結(jié)論死記硬背，缺乏生動(dòng)形象的實(shí)際電路的操作與演示。雖然有實(shí)驗(yàn)課程作為理論課程的補(bǔ)充，但是由于高校的生源越來(lái)越多，而實(shí)驗(yàn)條件往往不能及時(shí)改善，陳舊不足的實(shí)驗(yàn)設(shè)施已經(jīng)不能滿足學(xué)生的實(shí)驗(yàn)與電路設(shè)計(jì)的要求。而且目前各高校的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，往往是在課堂理論教學(xué)下的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與條件，因而已經(jīng)遠(yuǎn)不能勝任目前數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)的要求。對(duì)于那些有志于深入研究電子技術(shù)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這種傳統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)更是難以滿足他們?nèi)琊囁瓶实膶Ｑ行枨蟆?/p>

2 Multisim用于數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

（1）Multisim的引入使傳統(tǒng)的教學(xué)更為高效生動(dòng)。

Multisim不僅為電子技術(shù)設(shè)計(jì)人員提供了新的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也為教學(xué)提供了科學(xué)而便捷的平臺(tái)。

將這款仿真軟件引入課堂理論教學(xué)，會(huì)使原本枯燥的理論講解變?yōu)橹庇^的演示教學(xué)、更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使課堂單方面的講解變?yōu)殡p向的互動(dòng)。一些難以理解的電子原理和抽象的物理意義也將在生動(dòng)的多媒體演示下變得形象、有趣，令人印象深刻。搶答器、密碼鎖、交通信號(hào)燈、病房醫(yī)患間的呼叫系統(tǒng)等等應(yīng)用電路均可以在完成理論教學(xué)后，在課堂上給學(xué)生進(jìn)行演示，就連難以理解的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)現(xiàn)象也可以通過(guò)仿真來(lái)形象地展示給學(xué)生，這樣原本晦澀難懂的基礎(chǔ)理論知識(shí)變得直觀、形象便于理解與記憶。同時(shí)可以在學(xué)完每一章節(jié)后，給學(xué)生留一些設(shè)計(jì)性的題目如：循環(huán)彩燈控制器、不同進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)等，鼓勵(lì)學(xué)生利用課下時(shí)間在Multisim上進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，已達(dá)到學(xué)以致用的目的。

大學(xué)教育的基本宗旨是發(fā)展學(xué)術(shù)、追求真理，而課堂是實(shí)施以培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為核心的素質(zhì)教育的主陣地。將Multisim軟件引入課堂就是要將教學(xué)和研究相結(jié)合，讓學(xué)生早日參與科學(xué)研究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考解決問(wèn)題、勇于實(shí)踐、不斷創(chuàng)新的能力。

（2）Multisim的引入將極大緩解高校實(shí)驗(yàn)條件的不足。

自1999年高校擴(kuò)招以來(lái)，全國(guó)各高校的在校生人數(shù)激增，而與此同時(shí)學(xué)校的辦學(xué)條件和辦學(xué)設(shè)施并沒(méi)有得到相應(yīng)的改善，許多高校的實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常在“超負(fù)荷”運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器件損壞嚴(yán)重，甚至得不到妥善的維修，原來(lái)的一人一組的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目往往要幾個(gè)人一組來(lái)共同完成。這樣的教學(xué)效果必將大打折扣，而對(duì)于學(xué)生十分重要的手動(dòng)實(shí)踐的機(jī)會(huì)也越來(lái)越少，而目前國(guó)外不少高校的實(shí)驗(yàn)室早已經(jīng)對(duì)學(xué)生全天候的開發(fā)了。這種不利現(xiàn)象，將隨著Multisim的引入教學(xué)而帶來(lái)徹底地改變。

Multism軟件可以安裝在每一臺(tái)電腦中，這樣學(xué)生可以在自己的電腦上搭建起自己的實(shí)驗(yàn)室，只要經(jīng)過(guò)短期的學(xué)習(xí)就能夠掌握這種軟件的使用技巧。經(jīng)過(guò)課堂上老師的指導(dǎo)，學(xué)生可以在自己的電腦上完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。這將極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣，這必將使實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備的損耗大幅度的降低，節(jié)約大量的實(shí)驗(yàn)室的資金。

（3）Multisim將有助提高學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

①傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)與不足。

要把一個(gè)電子產(chǎn)品從設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)化為實(shí)物，傳統(tǒng)的制作方法是先制作印刷電路板，然后將選用的電子器件按電路設(shè)計(jì)焊接好之后，再驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。在這個(gè)過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：設(shè)計(jì)圖的正確性和元器件的參數(shù)選擇。

一個(gè)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是否正確，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，驗(yàn)證的方法就是將設(shè)計(jì)圖付諸于實(shí)踐，然后通過(guò)實(shí)物的執(zhí)行過(guò)程來(lái)看結(jié)果。對(duì)于沒(méi)有經(jīng)濟(jì)來(lái)源的學(xué)生來(lái)說(shuō)，一旦設(shè)計(jì)圖出現(xiàn)問(wèn)題，那么所有的工作都將付之一炬。

對(duì)于較精密的電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，元器件的參數(shù)精度要求是非常高的，選擇的參數(shù)是否合適、元器件的延遲時(shí)間會(huì)不會(huì)影響設(shè)計(jì)結(jié)果，這些問(wèn)題在傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品制作過(guò)程中都是無(wú)法驗(yàn)證的。

以上這兩個(gè)問(wèn)題往往限制了學(xué)生們的一些想法，使得他們的設(shè)計(jì)只停留在設(shè)計(jì)圖紙階段。如果能夠很好的解決這些問(wèn)題，將會(huì)極大地調(diào)動(dòng)他們學(xué)習(xí)《數(shù)字電子技術(shù)》的積極性，鼓勵(lì)他們的創(chuàng)造性，從而培養(yǎng)出理論知識(shí)過(guò)硬，實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)的高技術(shù)人才。

②Multisim為設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)提供高效便捷的服務(wù)。

應(yīng)用Multisim就可以完全解決這些問(wèn)題。Multisim軟件不僅提供了電路原理圖輸入和硬件描述語(yǔ)言輸入的接口和比較全面的仿真分析功能，同時(shí)還提供了一個(gè)龐大的元、器件模型庫(kù)和一整套虛擬儀表（包括示波器、信號(hào)發(fā)生器、萬(wàn)用表、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、字符發(fā)生器、波特圖繪圖儀、瓦特表等），可以滿足對(duì)一般的數(shù)字邏輯電路、模擬電路以及數(shù)字-模擬混合電路進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的需要。Multisim可以實(shí)現(xiàn)邏輯編譯、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合與優(yōu)化以及邏輯布局布線、邏輯仿真，完成對(duì)特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射，編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚尽?duì)于一些喜愛(ài)專研的學(xué)生，Multisim更是提供了得天獨(dú)厚的舞臺(tái)，學(xué)生們可以在老師的指導(dǎo)下，充分發(fā)揮想象力利用Multisim設(shè)計(jì)各類型電路、仿真。如果仿真結(jié)果不理想，還可以任意調(diào)換元器件及調(diào)整電子元件的參數(shù)，進(jìn)而對(duì)不同電路進(jìn)行仿真和對(duì)比分析，而完全不需要考慮資金和耗材的問(wèn)題，這無(wú)疑將大大地縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)效率，必將極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新實(shí)踐的動(dòng)力。

綜上所述，有效利用EDA技術(shù)進(jìn)行數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)，將彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)中的不足，提高課堂教學(xué)效率，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，緩解高校實(shí)驗(yàn)條件不足的壓力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)并提高學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

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