Multisim13.0軟件在組合邏輯電路教學中的應用

韓新風，李　勇，何恩節，姚　潔

(安徽科技學院電氣與電子工程學院， 安徽　鳳陽　233100)

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Multisim13.0軟件在組合邏輯電路教學中的應用

韓新風，李勇，何恩節，姚潔

(安徽科技學院電氣與電子工程學院， 安徽鳳陽233100)

[摘要]NI公司的Mulitisim13.0是一款功能強大的教學、科研和電路設計軟件.該軟件具有強大的虛擬仿真功能，將其引入到《數字電子技術》課程的組合邏輯電路教學中，利用該軟件的仿真功能，結合組合邏輯電路分析和設計的實例，形象、直觀地顯示電路分析和設計過程和結果，不僅可以有效降低教學成本，激發學生學習興趣，提高教學效果，而且對培養學生的學習能力、實踐能力與創新意識具有重要意義.

[關鍵詞]Mulitisim13.0；數字電子技術；組合邏輯電路；教學

數字電子技術課程是電子類、自動化類和計算機類專業的一門重要的專業基礎課，具有很強的實踐性[1].高校多媒體教學的普及，為數字電子技術課堂教學引入EDA(Electronic Design Automation)仿真軟件提供了便利條件.結合數字電子技術課堂教學中的具體電路，借助于仿真軟件形象地展示電路的結構和運行結果，可以使得教學內容更加生動、形象，用“以虛代實，以軟代硬”的方法大大提高學生的學習效率[2].

1Multisim13.0仿真軟件簡介

NI Multisim軟件是美國國家儀器(NI)有限公司推出的以Windows為基礎的一個專門用于電子電路仿真與設計的EDA工具軟件，Multisim13.0是該軟件的最新版本.該軟件以圖形界面為主，用戶可以根據自己的習慣和熟悉程度使用.它還具有龐大的元器件模型參數庫和功能齊全的儀器儀表庫，能夠完成直流工作點分析、交流分析、瞬態分析等十幾種電路分析功能.

2Multisim13.0在組合邏輯電路教學中的應用

數字電子技術課程中的數字電路主要有兩類：組合邏輯電路和時序邏輯電路.筆者將Multisim13.0仿真軟件引入組合邏輯電路的教學中, 可以改善教學環境, 提高教學效果.

2.1輔助課堂基本教學，增強學生學習興趣

在數字電子技術的課堂教學中，有很多知識點比較抽象.學生無法真實感受到器件和電路功能的可實現性，無法把理論和實際聯系在一起，容易形成該課程抽象、難學的印象，導致學習興趣缺乏、教學效果差.

在Multisim13.0軟件提供的虛擬仿真平臺上構建電路，仿真運行后，能夠把電路運行后的效果呈現在學生面前，便于學生化抽象為具體，化被動為主動，提高學習興趣.例如，可以利用指示器件加深學生的形象記憶.

Multisim13.0軟件平臺的指示器件庫中含有8種可以用來顯示電路仿真結果的顯示器件.在數字電路中常用的有探針(Probe)、發光二極管(LED)、蜂鳴器(Buzzer)、燈泡(Lamp)、十六進制顯示器(Hex Displays)、條形光柱等指示器件.利用這些指示器件的聲光效果，可以顯示電路的運行過程與結果.

例如，在學習編碼器時，可以構建如圖1所示的編碼器功能驗證電路.其中74148N是8線-3線優先編碼器，輸入狀態D0~D7，用“VCC”和“GND”表示輸入端信號的“高”“低”電平狀態.解碼輸出端用發光二極管LED1、LED2、LED3來分別顯示各輸出端的輸出狀態；當發光二極管點亮時，表明輸出狀態為“1”；當發光二極管熄滅時，表明輸出狀態為“0”.74148的選通輸出端和擴展端的狀態用萬用表來顯示.當輸入端有不同組合輸入時，輸出情況可以通過發光二極管顯示.

圖1　74148編碼器功能驗證電路

2.2輔助完成組合邏輯電路的分析與設計教學

數字電子技術課程不僅要求學生掌握基本理論和知識，還要掌握基本的實驗技能和分析、解決實際問題的能力.但在實驗教學過程中，實驗儀器耗資大，很難建立完備的實驗平臺和器件庫.這使得開設的實驗項目受到很大的限制.但將Multisim13.0 引入數字電子技術教學，可以彌補硬件不足.

2.2.1加深學生對基本器件和基本邏輯電路的理解

(1)加深對基本器件功能的理解.例如，在學習門電路中的異或門時，可以建立異或門功能驗證電路如圖2(a)所示.改變電路中兩個開關的狀態來觀察異或門的輸出情況：當指示燈亮時，輸出為“1”；指示燈熄滅時，輸出為“0”.還可以通過Multisim13.0中的“logic converter”得到邏輯圖與真值表，如圖2(b)所示.

(a)異或門邏輯圖

(b) “logic converter”得到的真值表

(2)進一步掌握由基本器件構成的邏輯電路的功能.例如，7442是BCD-十進制譯碼器[4].為理解其功能，建立如圖3所示的電路.

圖3　BCD-十進制譯碼器7442功能驗證邏輯圖

在以上電路的基礎上，學生容易理解由7442構成的如圖4所示的電路功能.

2.2.2驗證組合邏輯電路的分析結果

在分析一個給出的組合邏輯電路時，就是要以更加直觀的方式來說明它的邏輯功能[5,6].

在課程教學中采用例1電路進行組合邏輯電路分析方法教學時，可借助Multisim13.0軟件的“logic converter”來驗證分析的結果.

圖4　7442構成的邏輯函數的功能驗證邏輯圖

例1：分析圖5所示的邏輯電路，寫出它的邏輯函數式，列出真值表，說明這個電路具有什么功能.

圖5　例1的組合邏輯電路

驗證過程如下：

(1)在Multisim13.0軟件仿真平臺下，構建如圖5所示的邏輯電路圖.

(2)在Multisim13.0軟件右側的虛擬儀器欄內找到“logic converter”置于工作區，并將“logic converter”的輸入端和輸出端分別連接圖5所示的邏輯電路的輸入端和輸出端.將“logic converter”連接在電路中得到如圖6所示邏輯圖.

圖6　將“logic converter”連接于電路邏輯圖

圖7　顯示有真值表和邏輯函數式的“logic converter”圖

2.2.3輔助完成組合邏輯電路的設計

在組合邏輯電路的設計過程中，根據邏輯抽象的結果可得邏輯函數真值表，借助于Multisim13.0軟件的“logic converter”儀器，可以在輸入真值表后得到邏輯函數式和邏輯圖.設計過程見例2.

例2：設計一個交通信號燈的監視電路.當紅綠黃燈中出現兩個或三個同時亮，或者三個燈同時滅的情況，監視電路可以給出故障報警信號，其余情況均工作正常.

解：根據設計電路的要求，輸入變量有3個，設R、G、Y分別表示紅綠黃燈.為“1”時表示燈亮，為“0”表示燈滅；輸出變量設為L，為“1”時表示故障狀態，為“0”時表示正常工作狀態.

圖8　“logic converter”頁面輸入變量設置圖

把圖8中每行的“？”改為對應的輸出結果即可.修改方法：鼠標單擊“？”一次，“？”會變為“0”，再點擊一次，會變為“1”.循環往復，將根據邏輯抽象得到的真值表輸入圖8所示的“logic converter-XLC1”頁面.輸入后的結果如圖9所示.

圖9　“logic converter”頁面真值表輸入后結果

圖10　與或門構成的邏輯圖

圖11　與非門構成的邏輯圖

3結語

本文將Multisim13.0應用于數字電子技術組合邏輯電路的教學中，可以有效提升學生對組合邏輯電路的認識，提高學生學習數字電子技術課程的興趣，培養學生分析問題、解決問題的綜合能力.

[參考文獻]

[1]郭仿軍. 數字電子技術實驗課程的改革與探索[J]. 重慶文理學院學報(自然科學版),2009(2):58-60.

[2]景展,陸小花. Multisim在動態電路教學中的應用[J]. 大學教育,2014(12):89-90.

[3]田永剛,武岳山. 采用Multisim 輔助數字電路設計的研究[J].國外電子測量技術, 2007, 26(2):35-37.

[4]閻石.數字電子技術基礎[M]. 北京:高等教育出版社,1998.

[5]閻石.數字電子技術基本教程[M]. 北京:清華大學出版社,2007.

[6]康華光.電子技術基礎(數字部分)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

(責任編輯吳強)

Application of Multisim 13.0 software in the teaching of combinational logic circuit

HAN Xinfeng, LI Yong, HE Enjie, YAO Jie

(College of Electrical and Electronic Engineering, Anhui University of Science and Technology, Fengyang Anhui 233100, China)

Abstract：Multisim 13.0 of NI Company is a powerful software of circuit design, teaching and scientific research. It has a strong function of virtual simulation. It was introduced to the teaching of combinational logic circuit in the “Digital Electronics Technology” course. The process and result of the analysis or design of circuit was displayed vividly and visually by using the software of simulation function. This can not only reduce the cost of teaching and stimulate students’ interest in learning, but also improve teaching effectiveness. It has important practical significance for cultivating the learning ability, practical ability and improving the innovation consciousness.

Key words：Mulitisim13.0; digital electronics technology; combinational logic circuit; teaching

[中圖分類號]TN79+1

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-8004(2016)02-0075-04

[作者簡介]韓新風(1983—)，女，山東濱州人，講師，碩士，主要從事電子電路方面的研究.

[基金項目]安徽省教育廳重點教學研究項目(2015jyxm253)；安徽省教壇新秀項目(086JFK14)；安徽科技學院校級教研項目(X2014084).

[收稿日期]2015-10-27