Multisim在數字電路實驗課程中的應用分析

摘要：為提高高職數字電路實驗課程教學效果，對傳統實驗課程教學模式進行改革。將Multisim仿真技術應用實驗教學中，分析了Multisim在實驗教學中的優勢，結合任意計數器的設計及芯片級聯實例，給出了Multisim應用方法。實踐表明，將Multisim技術應用到數電課程中，有助于深入理解掌握知識，也提高課堂的效率。

關鍵詞：數字電路 Multisim仿真 任意進制計數器 芯片級聯

1、數字電路課程實驗中的問題分析

《數字電路》是高職電子信息類專業的基礎核心課程，該課程直接面向應用，具有實踐性強、內容涵蓋廣的特點。目前，該課程采用RXS-1A型數字電路實驗箱作為實驗平臺，項目設計較為簡單，知識點單一。學生在實驗過程中需要安插器件，連線操作。當實驗涉及的連線較多且報錯時，學生不易找出錯誤連接處，從而影響整個實驗項目設計的進程與結果。為了保證實驗效果，提高學習效率，讓學生把精力花在電路設計上，而不是花在重復的接線連線上，因此將Multisim仿真軟件引入數字電路課程實踐教學。

2、Multisim軟件在數字電路教學中優勢

Multisim是美國國家儀器公司推出的電子電路設計、功能測試及仿真軟件。該軟件具有以下優點：第一，直觀的圖形界面;第二，豐富的元器件庫;第三，強大的仿真能力;第四，多種測試儀器。Multisim可以滿足大部分電子系統的設計與仿真。在數字電路實驗教學中采用Multisim仿真，不僅降低了實驗成本，而且讓實驗更貼近工程實際，有效激發學生的學習興趣，讓教學可以更加的便捷、高效。

3、Multisim仿真實例分析

3.1設計任務和要求

計數器是數字系統中應用最為廣泛的基本邏輯器件之一。它不僅能記錄輸入時鐘脈沖的個數，還可以實現分頻、定時、產生節拍脈沖和脈沖序列等。要求：使用中規模集成器件74LS161，設計任意進制計數器，如設計32進制計數器的電路并仿真調試。

3.2功能分析及設計思路

74LS161為四位二進制計數器，即16進制計數器，具有異步清零，同步置數功能。要得到32進制計數器，需要2片74LS161串接起來，以獲得計數容量為16×16進制的大模數計數器，再將大模數轉化為小模數計數器。按功能可分為兩種轉換方法，異步清零法和同步置數法。

先將芯片級聯，一般集成計數器都設有級聯用的輸入端和輸出端。級聯后的計數器電路圖如圖（1）所示：

異步清零法是通過反饋線和門電路來控制74LS161的清零端，以消去多余狀態構成32進制計數器。二進制加法計數器從0000 0000到0010 0000計數，當第32個計數脈沖CP到來后，計數器變為0010 0000狀態瞬間，使計數器返回到0000 0000。

對于同步置數，如果用S0，S1，S2…SN表示輸入0，1，2，…，N個計數脈沖CP時計數器的狀態。在輸入第31個計數脈沖CP時，利用狀態S31產生一個有效置數信號，送給同步置數控制端。為簡化設計，預置數設置為0，即等到輸入第32個計數脈沖CP時，計數器到達0001 1111后返回到初始的預置數狀態0000 0000，從而實現32進制計數。

3.3電路設計與仿真

根據原理，繪制出異步清零法和同步置數法構成的32進制計數器的邏輯電路圖，在Multisim中進行電路仿真。

在搭建電路時，選擇兩片74LS161、一片74 LS00（四二輸入與非門）構成32進制計數器。根據數據手冊，ENT端和ENP端全部接高電平時74LS161為計數狀態，置數端為低電平有效，故接高電平。當兩片計數器輸出為0010 0000時，通過非門將反饋信號接到清零端，因為是異步清零，該狀態存在時間非常短，約十幾納秒，可忽略不計。為便于觀察，采用自帶譯碼的數碼顯示器DCD_HEX虛擬器件進行計數器輸出狀態顯示，可以顯示十六進制數0——F。函數發生器選擇方波信號，頻率為1Hz。具體接線如圖2所示。

在此電路基礎上進行修改，兩個清零端接高電平，級聯芯片的同步置數端A、B、C、D接地，當兩片計數器輸出為0001 1111（十六進制即為1F）時，其中低4位二進制數1111可用進位信號代替，將進位信號與高位的1通過與非門將反饋信號接到置數端，輸出端被同步置數0000 0000，以此過程不斷循環，得到同步置數法構成的32進制計數器，如圖（3）。

運行仿真可以直觀地看到，兩種方法設計的32進制計數器仿真結果和電路狀態轉換關系一致。

4、結語

利用Multisim仿真軟件進行設計，將32進制計數器的邏輯功能更加直觀地顯現出來，根據兩種設計思路，學生能夠直觀的感受異步清零和同步置數的區別，不僅幫助學生更深入理解掌握理論知識，同時也能提高課堂的效率，培養學生主動學習的興趣和積極性，提升了數字電路課程教學質量。

參考文獻：

[1]邱寄帆.《數字電子技術》.高等教育出版社

作者簡介：王俊亞（1990.04--）;性別：女，籍貫：湖北十堰，民族：漢，學歷：碩士研究生;研究方向：電子技術;電氣工程