Multisim在數字電路實驗教學中的輔助應用

賀 慶 邢 琳 王庭太

（中原工學院理學院物理系，河南 鄭州450007）

1 簡介

數字電路是一門基礎課，傳統的實驗教學具有直觀真實性，可操作性等優點，但同時具有以下缺點：（1）對上課的地點要求嚴格，硬件條件要求高；（2）由于實驗學時所限，學生往往只能學習幾個基礎實驗，而大多數實驗無法涉及；（3）數字電路實驗涉及的芯片種類繁多,保存整理工作量特別大。

隨著計算機技術的普及，Multisim軟件作為一種輔助的教學手段，越來越多的被應用于數字電路實踐教學中。Multisim軟件具有的優勢：（1）不受時間和地點的限制，學生只要在計算機中安裝并掌握了Multisim軟件，就可以進行數字電路仿真實驗；（2）Multisim軟件包中包含種類豐富的芯片和儀器儀表，節省購買費用，并且可以在計算機上實時操作和修改；（3）Multisim軟件仿真實驗作為實驗前的第一步，主要是利用Multisim軟件繪制電路圖，便于學生了解實驗原理，驗證實驗電路圖設計是否正確，方便實驗中線路的連接。

2 教學實例

2.1 基礎實驗實例——譯碼器及其應用

要求用集成3-8譯碼器74LS138組成一位全加器，完成兩個一位二進制數的加法運算。

2.1.1 按照邏輯關系，列出全加器真值表，如表1所示。其中，X1、X2分別為加數和被加數；X5為低位向本位產生的進位；X4為相加的和；X3為本位向高位產生的進位。

表1 全加器真值表

2.1.2 根據真值表列出邏輯表達式并將邏輯表達式轉化成恰當形式：

2.1.3 根據邏輯表達式，用Multisim畫出邏輯圖，如圖1所示。

（說明：譯碼器74LS138是3-8譯碼器，在圖1中其邏輯符號用U4所示。U4中A、B、C是地址輸入端，G1、G2A、G2B是使能端，Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7是輸出端，低電平有效。輸入變量的每一種取值組合,只能使某一個輸出有效。）

在Multisim軟件中，創建全加器邏輯圖的具體過程：(1)在元(器)件庫中單擊TTL，再單擊74LS系列，選中74LS138D，單擊OK確認。這時會出現一個器件，拖到指定位置點擊即可。(2)在元(器)件庫中單擊MISC，再單擊門電路，選中四輸入與非門NAND4,單擊OK確認，用兩個與非門實現邏輯函數。(3)在元(器)件庫中單擊顯示器件，選小燈泡來顯示數據。為了便于觀察，可將輸入、輸出信號均接入小燈泡。(4)在元(器)庫中單擊Word Genvertor(字信號發生器)，拖到指定位置，用它產生數碼。(5)在元(器)件庫中單擊Sources(信號源)，選中電源VCC和地，雙擊電源VCC圖標，設置電壓為5 V。使能端G1接電源VCC，G2A、G2B接地。連接成功后電路如圖1所示。

圖1 全加器邏輯圖

2.1.4 驗證觀測輸出是否正確

（1）雙擊Word Genvertor(字信號發生器)圖標，在Address(地址)區，起始地址(Initial欄)設為0000，終止地址(Final欄)設為0007。（2)在Controls(控制)區，點擊Cycle按鈕，選擇循環輸出方式。點擊Pattern按鈕，在彈出的對話框中選擇Up Counter選項，按逐個加1遞增的方式進行編碼。(3)在Trigger區，點擊按鈕Internal，選擇內部觸發方式。在Frequency區，設置輸出的頻率為1 kHz。(4)運行仿真開關，可以觀察運算結果。探測器發光表示數據為“1”，不發光表示數據為“0”。其中，X1、X2表示加數、被加數；X5表示低位向本位產生的進位；X4表示相加的和；X3表示本位向高位產生的進位。

2.2 課程設計舉例---數字時鐘中計時電路圖繪制

實現了數字時鐘，其核心電路是利用Multisim軟件設計一個具有“時”、“分”、“秒”的十進制數字顯示(小時從00～23)的計時電路。

六十進制計數器和二十四進制計數器都選用74LS90D集成塊來實現，采用反饋清零法。在Multisim軟件中，設計六十進制和二十四進制計數器如圖2、圖3所示。

圖2 六十進制計數器電路圖

圖3 二十四進制計數器電路圖

在Multisim軟件中，創建六十進制計數器電路圖2的具體過程：(1)在元(器)件庫中單擊TTL，再單擊74LS系列，選中74LS90D，單擊OK確認；用同樣的方法，再選擇一個74LS90D。(2)在元(器)件庫中單擊TTL，再單擊74LS系列，選中74LS08D，單擊OK確認.根據74LS90芯片的特性，利用所學數字電路的知識，連接構成六十進制計數器，電路如圖2所示。

創建二十四進制計數器電路圖3的具體過程類似，說明省略。

3 結論

在數字電路實驗中，將Multisim軟件應用與硬件實驗操作結合起來，充分發揮各自優勢。對于提高學生的學習興趣，培養學生的研究和解決問題的能力，都很有幫助。

［1］閆石.數字電子技術基礎[M].5版.北京:高等教育出版社，2005.

［2］黃智偉.基于Multisim 2001的電子電路計算機仿真設計與分析[M].電子工業出版社,2004.

［3］方莉俐，王秀杰.應用物理實驗[M].鄭州大學出版社,2013.