淺談仿真軟件在數字電子技術教學中的重要性

摘 要：《數字電子技術》是電子電氣類專業的一門重要基礎課，本文從理論課和實驗課兩方面分析了現有教學方式的優勢和弊端，結合課程具體內容詳細闡述了將仿真軟件應用到課程教學中的重要性。

關鍵詞：數字電路；Multisim；仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.101

0 引言

《數字電子技術》是電氣工程及其自動化等電子電氣類專業的重要入門專業基礎課，通過本課程的學習主要使學生掌握電子元器件的邏輯功能、數字電路分析與設計方法。本課程內容較抽象，整體難度不大，一般學時較少。目前，大多數學校該課程都采用多媒體教學方式，這種教學方式避免教師浪費大量時間板書繪制電路圖，但是同時也容易造成教學進度過快和教學內容的堆砌，學生普遍反映課堂上講的電路功能過于抽象，不能完全理解電路的工作過程。而實驗課與理論課的教學進度一般不能完全一致，且實驗內容受學時限制不可能做到面面俱到，長此以往便形成學習倦怠，影響教學效果。

1 Multisim 10軟件簡介

Multisim是加拿大IIT（interactive image tech-nologies）公司在EWB（electronics work bench）基礎上推出的優秀EDA電子電路仿真設計軟件，適用于模擬和數字電路的設計，具有強大分析、仿真電路功能，界面友好，操作方便，元器件豐富，仿真結果形象生動。

2 仿真軟件在教學中的應用

2.1 理論教學實例

將Multisim引入課堂，可以解決實踐與課本相脫離的問題。在進行理論課教學時，教師可以先講解知識點，設計出電路，之后可以在Multisim軟件上將設計好的電路連接起來，在大屏幕上向學生展示實驗結果。這樣學生在學習理論知識的同時就將其應用到實踐當中，增加了感性認識，更好地理解電路運行過程，降低了學習的難度，從而形成良性循環，提高學習積極性和學習效率。

例如，組合邏輯電路的設計是根據給定的邏輯功能，設計出實現這一功能的最簡組合邏輯電路。交通信號燈即通常所說的紅綠燈對于交通的正常運行起著非常重要的協調作用。若恰好在上下班高峰期紅綠燈出現故障，則會給交通安全帶來巨大隱患。現需設計一個交通燈故障監測報警電路，任何時刻紅、黃、綠燈須有且僅有一盞燈亮，否則為故障狀態，此時要求電路發出報警信號。

分別用R、Y、G三個變量分別代表紅黃綠三盞燈的狀態，燈亮為1滅為0，用F來表示監測結果，有故障為1正常為0。根據組合邏輯電路的設計方法，經過列寫真值表、寫出邏輯表達式并進行化簡變換，得出輸出的最簡與非—與非式為：

最后可以畫出邏輯電路圖，至此該問題已解決，理論教學過程結束。但是學生此時往往并不完全理解設計好的電路究竟如何監測紅綠燈故障，或者根本無法驗證所設計的電路究竟能不能完成監測任務。于是教師可以在Multisim軟件上將設計好的電路連接起來，電路圖如圖1所示。分別用一個單刀雙擲開關模擬燈的兩種狀態，開關打到上面燈亮，輸入為1，開關打到下面燈不亮，輸入為0。用一個發光二極管指示輸出信號，輸出為0時，交通燈運行正常，發光二極管不亮，輸出為1時，表示出現故障，發光二極管點亮發出報警信號。

圖1所示交通燈狀態為紅燈和綠燈同時亮起，此時發光二極管點亮，發出故障報警信號，提醒監測人員注意。

教師可以將三盞燈可能出現的八種狀態全部演示給學生觀看，驗證電路正確性的同時加深了對題目和電路功能的理解，教學效果能夠得到顯著提高。另外，學生還可以在課后對電路進行改進，鞏固知識的同時鍛煉的動手和創新能力。

2.2 仿真軟件在實驗教學中的應用

目前數字電路實驗主要采用實驗箱來完成，該方式的主要優點是能夠鍛煉學生的動手能力。讓學生接觸到實際的芯片，可以提高學生連接復雜電路和排查電路故障的能力，但是也存在諸多弊端。

（1）Multisim軟件進行實驗教學則不會發生儀器儀表損壞，芯片燒毀，大大降低教學成本。在以往實驗過程中，由于學生錯誤操作或其它各種原因造成的芯片損壞幾乎不計其數，嚴重影響實驗效率；

（2）軟件驗證實驗結果更加生動方便。由于理論課上沒有直觀的認識和深刻的理解，學生連接完線路之后驗證結果時一般都是機械地對照真值表，無法理解電路功能，這樣根本不能達到實驗目的；

（3）電路較復雜時學生在實驗中連接線路往往會花掉絕大部分時間，幾乎沒有時間思考實驗結果；

（4）由于實驗設備等條件限制，無法開展綜合性實驗。在實驗中引入仿真設計軟件，結合傳統的實驗教學，就可以增開大量設計性和綜合性實驗，在激發學生學習興趣的同時，培養了學生的創新能力和動手能力。

3 結論

綜上，仿真軟件無論在數字電路理論課教學還是在實驗課教學中都能夠起到很好的輔助作用，將仿真軟件與課件、板書、實驗室有機結合起來，一定能夠使數字電路及其它許多專業課程的教學效果得到很大提高！

參考文獻：

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[2]郭映.Multisim10仿真軟件在數字電路教學中的應用[J].計算機與現代化，2010（07）：162-165.

[3]劉剛.Multisim&Ultiboard10原理圖與PCB設計[M].北京：電子工業出版社，2009.

項目基金：渭南師范學院校級項目（14YKP019）

作者簡介：陳煒（1984-），女，河南淮陽人，講師。endprint