Multisim10軟件在理論教學中的開發與應用

鄭鑫

【摘要】文章通過分析傳統理論教學模式的弊端，結合仿真軟件和多媒體教學的優勢，在教學中引入仿真電路輔助理論教學，可以高效直觀的看到電路工作情況，加深學生對電路的理解，提高學生學習興趣，是值得推廣的現代理論課堂教學模式。

【關鍵詞】Multisim10仿真軟件;六進制計數器;理論教學

前言

隨著仿真技術的發展，Multisim10仿真軟件以其強大的仿真功能，逐步在電路設計中得到應用，但各高校只是將仿真軟件應用到實驗教學中，卻很少在理論課堂教學中推廣。目前各高校普遍采用多媒體理論教學，如何利用多媒體的優勢將仿真軟件引入到課堂理論教學[2]，以仿真電路演示講解代替傳統的圖片電路分析，對各高校理論教學質量的提高意義重大。

1.理論教學引入仿真軟件的必要性和優越性

目前，各高校大都采用板書和多媒體投影靜態電路的傳統教學方法，學生只能通過老師的理論分析來學習電路的設計方法，不能直觀形象的看到電路工作原理和結果變化，學生在學習過程難免會感覺到理論的知識枯草和無趣。鑒于傳統教學模式的弊端，筆者根據理論教材的教學內容，開發了基于Multisim10仿真軟件的理論教學仿真電路，結合多媒體動態演示電路的工作原理和功能，學生直觀的看到電路參數和結果的動態變化，感受到了理論知識在實際電路中的應用。另外，將Multisim10仿真軟件引入理論課堂，可以按照自己的需求靈活地改變電路的設計方案，并能通過仿真軟件快速有效的看到仿真結果，通過不同的設計方案對比，有助于加強學生對所學知識的深刻理解和掌握。

將仿真軟件引入到理論教學環節，學生的學習效果得到明顯改善，學生上課氣氛活躍，學習興趣和主動性得到很大提高。教師在課前提前做好電路的開發和設計，課堂中只需根據教學內容調取仿真電路，即可快速有效的達到仿真結果。這種將仿真軟件引用到理論課堂的教學模式，可以大大提高課堂的教學效率，學生學習效果也會得到明顯改善，對理論課堂教學質量的提高起到了積極的作用。

2.Multisim10仿真軟件在理論教學中的應用舉例

本文以Multisim10 仿真軟件在集成計數器應用章節的理論教學為例，利用仿真軟件設計了六進制計數器，其中采用了四種不同的設計方案。在四中方案中使用了74LS160和74LS163兩類集成計數器芯片，包含了所有集成計數芯片構成N進制計數器的設計思想，也就是說掌握了計數器同步置0、異步置0和同步置數的工作原理，任意進制的計數器就可以輕而易舉的設計出來，無非多考慮借位端和進位端而已。

2.1 利用74LS160異步置0法實現六進制計數器

集成計數器74LS160是十進制加法計數器，若要采用異步置0法實現六進制計數器功能，由于74LS160的輸出與計數脈沖（CLK）無關，只需在輸入第六個脈沖時，讓其清0端為0就可以實現。也就是說當第六個脈沖輸入時，計數器輸出端QDQCQBQA本應該為0110，但這時計數器的輸出端經與非門邏輯運算后，讓其輸出為0并反饋到清0端（CLR），從而使輸出端結果QDQCQBQ強制變為0000，達到實現0000到0101循環的目的，從而實現了六進制計數器的功能。

在理論課堂中引入仿真軟件后，可利用仿真軟件元件庫的數碼管顯示電路設計結果，計數器工作過程就可直觀動態的展現在學生面前。通過圖1所示動態電路的演示，加深了學生對理論知識理解和掌握，提高了學生的學習興趣，學生課堂的學習氣氛和學習效果的得到明顯改善。

圖1 利用74LS160異步置0法實現六進制計數器

2.2 利用74LS160同步置數法實現六進制計數器

在利用74LS160同步置數法設計電路時，其電路輸出與計數脈沖（CLK）有關，輸出結果是在計數脈沖到來時才發生變化，這也是同步和異步置數的最大差別。在設計電路時需將所要實現的六進制數減1，得到反饋函數（QCQA經與非門的輸出），再將反饋函數接到到同步置數控制端（LOAD），當下一個時鐘脈沖到來時，計數器就會輸出預置的數據DCBA。

圖2 利用74LS160同步置數法實現六進制計數器

根據74LS160同步置數法的特點，如圖2所示，讓預置數據輸入端DCBA為0000，將計數器輸出端QCQA經與非門后反饋到同步置數控制端（LOAD），當輸入第五個時鐘脈沖后同步置數控制端（LOAD）為0，當第六個時鐘脈沖到來時，輸出為預置數據輸入端的0000，從而實現六進制計數器的功能。

2.3 利用74LS163同步置0法實現六進制計數器

74LS163是四位二進制加法計數器，其置0方法是同步置0，與前面所述74LS160的異步置0不同，兩者在使用時要加以比較和區別，這也是計數器應用的關鍵。采用同步置0法實現六進制計數器時，同步置0法的工作原理與同步置數法相似，將所要實現的六進制數先減1得到反饋函數（QCQA經與非門的輸出），再將反饋函數反饋到清0端（CLR），當第六個時鐘脈沖到來時，計數器輸出端就會清0，即QDQCQBQA為0000，就可實現六進制計數器功能，具體設計電路如圖3所示。

圖3 利用74LS163同步置0法實現六進制計數器

圖4 利用74LS163同步置數法實現六進制計數器

2.4 利用74LS163同步置數法實現六進制計數器

74LS163同步置數法與74LS160同步置數法相似，預置數據輸入端DCBA設為0000，將計數器輸出端QCQA經與非門后反饋到同步置數控制端（LOAD），當輸入第五個時鐘脈沖后同步置數控制端（LOAD）為0，當第六個時鐘脈沖到來時，計數器輸出為預置數據輸入端的0000，如圖4所示同樣實現了六進制計數器的功能。

通過仿真軟件的動態仿真演示，四種有代表性的設計方案在課堂上形象的展現在學生面前。學生稍加總結，就很容易就看到集成計數器的共性，利用集成計數器構成N進制計數器時，如果是異步（包括異步置0和異步置數），則與計數脈沖無關，在設計時只需要將N進制數所對應的四位二進制數與計數器輸出端對應，經邏輯門運算得到需要的結果，再反饋到置0或置數端即可實現;如果是同步（包括同步置0和同步置數），則需將N-1所對應的四位二進制數與計數器輸出端對應，通過邏輯運算反饋到的置0或置數端。因此，合理利用仿真軟件方便靈活的優越性，開發有針對性和代表性的理論教學仿真電路，對各高校教學質量的提高意義重大。

3.理論教學中引入仿真軟件的效果分析

通過在理論課堂引入仿真軟件的演示教學，學生可以直觀地看到電路在不同參數下的仿真結果，加強了學生對電路的理解和記憶，改善了理論課堂枯草的現狀。學生的學習方式由原來的被動接受知識逐漸轉化為主動學習和主動思考，學生的學習興趣明顯提高，學生在課堂觀看了仿真電路后，課后還主動要求將老師的教學仿真電路再次研究和學習，學生有了主動探索知識的欲望。

另外，利用仿真軟件的操作簡單的優勢，教師可以根據學生在課堂提出的想法，快速靈活的展現出不同設計方案的結果，讓學生的想法及時得到驗證。通過不同方案的對比，學生更加深刻理解了理論知識，同時也感受到了仿真軟件輔助理論教學的強大功能，從而激發學習興趣和學習主動性，最終使課堂教學達到最佳的效果。

4.結束語

在數字電子技術理論課教學活動中，合理利用Multisim10仿真軟件設計教學電路，能夠把理論課堂的抽象概念形象化和生動化。開發高質量的理論教學仿真電路并將其用到教學，能使學生更容易理解枯草難懂的理論知識，學生學習興趣高漲，教學效果得到明顯改善，值得在各高校理論教學中推廣使用。

參考文獻

[1]付揚.Multisim仿真在電工電子實驗中的應用[J].實驗室研究與探索，2011，04：120-122.

[2]翁玲，陳盛華，孫英.仿真軟件在電子技術課堂教學中的應用[J].中國電力教育，2013，14：75-76.

[3]桂靜宜.Multisim10在《數字電路》教學中的應用[J].山西電子技術，2009，05：7-9.

基金項目：2011年新世紀廣西高等教育教改工程項目（編號：2011JGB143）;2011年度廣西民族師范學院科研項目（編號：XYYB2011027）。