淺談仿真軟件在數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中的重要性

摘 要：《數(shù)字電子技術(shù)》是電子電氣類專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，本文從理論課和實(shí)驗(yàn)課兩方面分析了現(xiàn)有教學(xué)方式的優(yōu)勢(shì)和弊端，結(jié)合課程具體內(nèi)容詳細(xì)闡述了將仿真軟件應(yīng)用到課程教學(xué)中的重要性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；Multisim；仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.101

0 引言

《數(shù)字電子技術(shù)》是電氣工程及其自動(dòng)化等電子電氣類專業(yè)的重要入門專業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)主要使學(xué)生掌握電子元器件的邏輯功能、數(shù)字電路分析與設(shè)計(jì)方法。本課程內(nèi)容較抽象，整體難度不大，一般學(xué)時(shí)較少。目前，大多數(shù)學(xué)校該課程都采用多媒體教學(xué)方式，這種教學(xué)方式避免教師浪費(fèi)大量時(shí)間板書(shū)繪制電路圖，但是同時(shí)也容易造成教學(xué)進(jìn)度過(guò)快和教學(xué)內(nèi)容的堆砌，學(xué)生普遍反映課堂上講的電路功能過(guò)于抽象，不能完全理解電路的工作過(guò)程。而實(shí)驗(yàn)課與理論課的教學(xué)進(jìn)度一般不能完全一致，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容受學(xué)時(shí)限制不可能做到面面俱到，長(zhǎng)此以往便形成學(xué)習(xí)倦怠，影響教學(xué)效果。

1 Multisim 10軟件簡(jiǎn)介

Multisim是加拿大IIT（interactive image tech-nologies）公司在EWB（electronics work bench）基礎(chǔ)上推出的優(yōu)秀EDA電子電路仿真設(shè)計(jì)軟件，適用于模擬和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，具有強(qiáng)大分析、仿真電路功能，界面友好，操作方便，元器件豐富，仿真結(jié)果形象生動(dòng)。

2 仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 理論教學(xué)實(shí)例

將Multisim引入課堂，可以解決實(shí)踐與課本相脫離的問(wèn)題。在進(jìn)行理論課教學(xué)時(shí)，教師可以先講解知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出電路，之后可以在Multisim軟件上將設(shè)計(jì)好的電路連接起來(lái)，在大屏幕上向?qū)W生展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)就將其應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，增加了感性認(rèn)識(shí)，更好地理解電路運(yùn)行過(guò)程，降低了學(xué)習(xí)的難度，從而形成良性循環(huán)，提高學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率。

例如，組合邏輯電路的設(shè)計(jì)是根據(jù)給定的邏輯功能，設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)這一功能的最簡(jiǎn)組合邏輯電路。交通信號(hào)燈即通常所說(shuō)的紅綠燈對(duì)于交通的正常運(yùn)行起著非常重要的協(xié)調(diào)作用。若恰好在上下班高峰期紅綠燈出現(xiàn)故障，則會(huì)給交通安全帶來(lái)巨大隱患。現(xiàn)需設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈故障監(jiān)測(cè)報(bào)警電路，任何時(shí)刻紅、黃、綠燈須有且僅有一盞燈亮，否則為故障狀態(tài)，此時(shí)要求電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

分別用R、Y、G三個(gè)變量分別代表紅黃綠三盞燈的狀態(tài)，燈亮為1滅為0，用F來(lái)表示監(jiān)測(cè)結(jié)果，有故障為1正常為0。根據(jù)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過(guò)列寫真值表、寫出邏輯表達(dá)式并進(jìn)行化簡(jiǎn)變換，得出輸出的最簡(jiǎn)與非—與非式為：

最后可以畫(huà)出邏輯電路圖，至此該問(wèn)題已解決，理論教學(xué)過(guò)程結(jié)束。但是學(xué)生此時(shí)往往并不完全理解設(shè)計(jì)好的電路究竟如何監(jiān)測(cè)紅綠燈故障，或者根本無(wú)法驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路究竟能不能完成監(jiān)測(cè)任務(wù)。于是教師可以在Multisim軟件上將設(shè)計(jì)好的電路連接起來(lái)，電路圖如圖1所示。分別用一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)模擬燈的兩種狀態(tài)，開(kāi)關(guān)打到上面燈亮，輸入為1，開(kāi)關(guān)打到下面燈不亮，輸入為0。用一個(gè)發(fā)光二極管指示輸出信號(hào)，輸出為0時(shí)，交通燈運(yùn)行正常，發(fā)光二極管不亮，輸出為1時(shí)，表示出現(xiàn)故障，發(fā)光二極管點(diǎn)亮發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

圖1所示交通燈狀態(tài)為紅燈和綠燈同時(shí)亮起，此時(shí)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，提醒監(jiān)測(cè)人員注意。

教師可以將三盞燈可能出現(xiàn)的八種狀態(tài)全部演示給學(xué)生觀看，驗(yàn)證電路正確性的同時(shí)加深了對(duì)題目和電路功能的理解，教學(xué)效果能夠得到顯著提高。另外，學(xué)生還可以在課后對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)，鞏固知識(shí)的同時(shí)鍛煉的動(dòng)手和創(chuàng)新能力。

2.2 仿真軟件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

目前數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)主要采用實(shí)驗(yàn)箱來(lái)完成，該方式的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。讓學(xué)生接觸到實(shí)際的芯片，可以提高學(xué)生連接復(fù)雜電路和排查電路故障的能力，但是也存在諸多弊端。

（1）Multisim軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)則不會(huì)發(fā)生儀器儀表?yè)p壞，芯片燒毀，大大降低教學(xué)成本。在以往實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于學(xué)生錯(cuò)誤操作或其它各種原因造成的芯片損壞幾乎不計(jì)其數(shù)，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)效率；

（2）軟件驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加生動(dòng)方便。由于理論課上沒(méi)有直觀的認(rèn)識(shí)和深刻的理解，學(xué)生連接完線路之后驗(yàn)證結(jié)果時(shí)一般都是機(jī)械地對(duì)照真值表，無(wú)法理解電路功能，這樣根本不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

（3）電路較復(fù)雜時(shí)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中連接線路往往會(huì)花掉絕大部分時(shí)間，幾乎沒(méi)有時(shí)間思考實(shí)驗(yàn)結(jié)果；

（4）由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備等條件限制，無(wú)法開(kāi)展綜合性實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中引入仿真設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，就可以增開(kāi)大量設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。

3 結(jié)論

綜上，仿真軟件無(wú)論在數(shù)字電路理論課教學(xué)還是在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中都能夠起到很好的輔助作用，將仿真軟件與課件、板書(shū)、實(shí)驗(yàn)室有機(jī)結(jié)合起來(lái)，一定能夠使數(shù)字電路及其它許多專業(yè)課程的教學(xué)效果得到很大提高！

參考文獻(xiàn)：

[1]孫曉艷.基于Multisim的電子電路課程教學(xué)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29（24）：142-144.

[2]郭映.Multisim10仿真軟件在數(shù)字電路教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2010（07）：162-165.

[3]劉剛.Multisim&Ultiboard10原理圖與PCB設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

項(xiàng)目基金：渭南師范學(xué)院校級(jí)項(xiàng)目（14YKP019）

作者簡(jiǎn)介：陳煒（1984-），女，河南淮陽(yáng)人，講師。endprint