Multisim10在“數字電子技術基礎”教學的應用

陳海花，王翰卓

(中國海洋大學信息科學與工程學院，山東青島 266100)

Multisim10在“數字電子技術基礎”教學的應用

陳海花，王翰卓

(中國海洋大學信息科學與工程學院，山東青島 266100)

傳統的《數字電子技術基礎》課堂教學模式使學生對概念、定理的理解局限于靜態電路，無法構建具體直觀的學習模式。將Multisim電路仿真軟件引入課堂教學，設計并分析優先編碼器74LS148仿真電路。通過Multisim軟件顯示仿真電路的結構、分析其編碼原理、動態運行并進行結果分析，從而加深學生對抽象概念與原理的理解，實現了理想的教學效果。

Multisim;數字電子技術;電路仿真

《數字電子技術基礎》是高等學校計算機、電子工程、自動化等專業的基礎課，在課程體系中占有重要地位，該課程概念多、理論性強、實踐性強且具有較強的工程背景。傳統的課堂教學模式，使學生對于概念、定理的理解僅局限于板書或者多媒體投影的靜態電路，無法構建具體直觀的學習模式。

目前，電路仿真軟件Multisim以其界面友好、功能強大和易用性受到電類專業的師生和工程技術人員的青睞。如何將電子仿真軟件Multisim與現有教學手段相結合，建立更好的教學方法，使學生在學習過程中充分利用教學資源去領會、理解、掌握課程中的基本概念、基本理論，并做到融會貫通、學以致用，從而達到更好的學習效果是值得研究和探討的問題。

采用Multisim軟件動態展示電路原理和電路結構，以組合邏輯電路中的編碼器為例，引入優先編碼器的Multisim仿真電路，引導學生針對演示自主提出問題、解決問題并得出結論，從而對抽象的編碼概念以及電路原理有更深入的理解。

1 Multisim軟件簡介

Multisim 軟件［1－2］源于加拿大 Interactive Image Technologies公司于1998年推出的一個專門用于電子線路仿真和設計的EDA工具軟件。2005年后，加拿大IIT公司隸屬于美國國家儀器公司，NI公司于2006年初首次推出Multisim9.0版本，2007年初，NI公司又推出最新的NI Multisim10版本。在安裝NI Multisim10軟件的同時，也安裝了與之配套的制版軟件NI Ultiboard10，且兩個軟件位于同一路徑，給用戶使用提供了方便。NI Multisim10軟件已不僅僅局限于電子電路的虛擬仿真，在LabVIEW虛擬儀器、單片機仿真等技術方面都有更多創新和提高。NI Multisim10具有以下特點［1－2］:(1)直觀的圖形界面，整個操作界面就像一個電子實驗工作臺。(2)豐富的元器件，提供了世界主流元件提供商的超過16 000種元器件。

NI Multisim及其套件在國際上的普及率較高，麻省理工大學、斯坦福大學、東京大學等國外著名高校都在使用這款電路設計套件。目前，清華大學、北京大學、香港理工大學等眾多高校均開設了Multisim軟件及其應用的相關課程。2001年以來，該軟件已經被應用到電路分析基礎［3］、數字電子技術基礎［4－5］、模擬電子技術基礎［6］、自動控制［7］、通信原理［8］等課程的課堂、實驗教學等的教學應用當中。

2 編碼器電路及其簡析

在組合邏輯電路的分析與設計中，編碼器是一種常用的組合邏輯電路。編碼器的邏輯功能是將輸入的每一個高、低電平信號編成與之對應的二進制代碼。

常見的編碼器有普通的二進制8－3編碼器、優先編碼器，以及二/十進制優先編碼器。優先編碼器可以允許輸入兩個以上的編碼信號，而只對其中優先權最高的一個進行編碼。以優先編碼器74HC148為例，電路如圖1所示。74HC148為8線－3線集成優先編碼器，電路正常工作情況下，輸入以低電平為有效信號的編碼信號，則在輸出端輸出相應的二進制代碼。其中，S'為選通輸入端，其值為低電平即0時，電路工作;Y'EX為擴展端，其值為0時，電路工作且有編碼輸入，Y'S為選通輸出端，其值為0時，電路工作無編碼輸入，其功能表如表1所示。

圖1 8線－3線優先編碼器74HC148

表1 74HC148的功能表

3 編碼器電路仿真設計

基于Multisim 10的優先編碼器仿真電路中集成編碼器采用Multisim元件庫中的優先編碼器74LS148，其功能表如表2所示。74LS148的編碼工作原理與74HC148相同，8線－3線優先編碼器電路如圖2所示。

圖2 編碼器電路仿真設計

表2 74LS148的功能表

輸入高低電平的設置采用外置信號源為Vcc與接地點控制。單刀雙置開關K控制編碼器的輸入信號的高低電平;輸出端 A'2A'1A'0分別接指示燈 X1、X2、X3，輸出端信號接高電平則指示燈點亮，否則滅。工作時，電路處于編碼工作狀態時，選通輸出端EO為1，指示燈X5點亮。擴展端GS值為0，電路工作且有編碼輸入。

4 編碼器電路仿真的動態教學

首先，在課堂教學中采用傳統方法講解編碼器的電路組成結構及其工作原理。利用Multisim軟件來構建與課堂教學相呼應的電路情境，在編碼器的課堂教學過程中，將軟件仿真過程與理論教學相結合，將數字電路的運行過程動態的展示給學生，使學生在掌握基本知識的同時，提高學生學習興趣和認知能力。

利用Multisim軟件，基于74LS148編碼器構成8線－3線優先編碼器的仿真電路，在教學過程中，以提出問題的方式，給定仿真電路的不同輸入，將電路的動態運行結果與編碼器的工作原理相結合，闡明編碼器及優先編碼器的工作過程，從而使學生對抽象的組合邏輯電路的工作原理和過程又更直觀的理解。仿真電路的運行結果如圖3和圖4所示。

(1)仿真電路的編碼實現。采用Multisim軟件，動態演示編碼器的編碼實現過程。編碼器電路共8個輸入信號，設其中I'6=0，其余為高電平，運行電路，其結果如圖3所示，指示燈X1及X5點亮，其余指示燈狀態為“滅”。

運行結果說明電路處于編碼工作狀態，選通輸出端EO為1，指示燈X5點亮;擴展端GS值為0，電路工作且有編碼輸入。編碼信號為I'6=0，編碼器輸出A'2A'1A'0=001。由于編碼器74LS148輸出端以反變量的形式出現，因此，輸出信號對應A2A1A0=110，表示十進制數6，由此可知，圖3所示電路實現了對輸入編碼信號I'6=0的編碼。

圖3 8線－3線編碼器電路運行結果圖

(2)仿真電路的優先編碼分析。優先編碼器可以允許輸入兩個以上的編碼信號，而只對其中優先權最高的一個進行編碼。

74LS148優先編碼器仿真電路中，同時輸入兩個編碼有效信號，例如I'6=I'5=0，其余輸入為高電平;或同時輸入兩個以上編碼有效信號，其余輸入為高電平。根據優先編碼器的工作原理，上述輸入情況中I'6的優先級最高，編碼輸出應只對所有輸入編碼中優先權最高的進行編碼。

仿真電路動態運行結果分別如圖4(a)和圖4(b)所示，輸出編碼信號均為A'2A'1A'0=001，實現了優先編碼的功能。

圖4 編碼器仿真電路的優先編碼

5 結束語

將Multisim10軟件應用到《數字電子技術基礎》的課堂理論教學中，使軟件仿真與傳統理論授課相結合，在有限學時合理組織授課內容，利用Multisim 10的軟件的動態仿真電路結構及其運行過程，將知識有形地、動感地展示給學生，吸引學生注意力和興趣，培養學生獨立分析問題、解決問題的能力，從而使理論與實踐相結合，有效提高教學效果。

［1］聶典.Multisim 10計算機仿真在電子電路設計中的應用［M］.北京:電子工業出版社，2009.

［2］王冠華.Multisim10電路設計及應用［M］.北京:國防工業出版社，2008.

［3］郭文川.Multisim在電子類課程教學中的實踐［J］.中國電力教育，2006(4):351－357.

［4］蔣躍文.仿真軟件在探索研究型教學模式中的應用［J］.科技信息:學術版，2007(18):111－114.

［5］鄭潔.數字電子技術課程實施研究性教學的探索［J］.電氣電子教學學報，2007，29(6):94 －96.

［6］周正.綜合利用課件與Multisim軟件進行《模擬電子技術》教學［J］.科技信息，2009(33):168.

［7］李興山.Multisim和MATLAB聯合仿真在《自控原理》課程教學中的運用［J］.科技教育創新，2006(8):267－269.

［8］安長俊，郭振民.基于Multisim 2001的通信電子電路仿真［J］.電氣傳動自動化，2010，32(5):45 －47.

Application of Multisim10 to Digital Electronic Technology Fundamentals Teaching

CHEN Haihua，WANG Hanzhuo
(Information Science and Engineering College，Ocean University of China，Qingdao 266100，China)

The traditional teaching of Digit Electronic Technology usually limits students'understanding of concepts and theories to the static state circuit so that they can not construct a concrete and direct viewing learning mode.This paper introduces a circuit analysis and simulation software Multisim into teaching.It designs and analyzes the priority encoder 74LS148 simulation circuit by the Multisim software.By Multisim，the structure，analysis，coding principle，and dynamic running of the simulation circuit as well as the analysis of the result are shown，which can help students further understand abstract concepts and theories and improves the teaching effect.

Multisim;digit electronic technology;circuit simulation

G420

A

1007－7820(2012)08－141－03

2012-02-28

陳海花(1977—)，女，博士，講師。研究方向:信號與信息處理，海洋遙感，電子仿真軟件在教學中的應用等。