Multisim仿真軟件在數字電子技術教學中的應用

汪振中　吳靜

摘 要 在數字電子技術課堂中利用Multisim仿真軟件進行教學演示，使得枯燥乏味的教學活動變得生動有趣，激發學生學習興趣，提高學習積極性，增強教學效果。該軟件還可以在電路設計及電路制作等其他實踐和創新環節開發出更大更廣泛的應用。

關鍵詞 Multisim；動態仿真；數字電子技術

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）06-0017-03

在數字電子技術課堂教學中，教師經常需要講解一些電路圖、波形圖、時序圖等圖形，傳統的方法無非就是黑板、多媒體投影等形式，以便增強學生對知識要點的理解。但這里有個明顯的問題，對大部分教師而言，要花大量的時間在黑板上或者PPT上把各種電路圖、波形圖或者時序圖等精準地畫出來，往往是事倍功半，因為畫那些圖形既費時又費力。從學生角度，也無法正確理解這些圖的變化與參數之間的對應關系，與實際明顯脫節。這樣的學習很難引起學生的充分注意，因而也就不容易建立學習興趣，所以學習效率也往往較低。結合現代職業教育的理念，這種教學模式和教學過程理論聯系實際明顯不夠，學生的學習積極性不高也在所難免。

Multisim仿真軟件中有強大的元器件庫和儀表庫，可以充分利用軟件中這些強大庫功能，同時針對學生的知識結構梳理出數字電子技術知識重難點，根據重難點繪制好電路圖并將電路圖進行動態仿真演示。Multisim仿真軟件運行時的波形圖、時序圖等是動態效果圖，很容易集中學生的注意力。在淺化知識點的同時，內容講授過程變得更生動有形，課堂氛圍既嚴謹又活潑，學生在潛移默化中提高了興趣，從而增強教學效果。

1 Multisim軟件簡介

Electronics Workbench（EWB）也稱為“虛擬電子工作平臺”，是加拿大IIT公司在20世紀八九十年代推出的用來進行電路仿真與設計的EDA軟件。美國國家儀器儀表公司（National Instruments）在2005年將IIT公司兼并，MultiSim成為NI公司的電路設計軟件的套件之一。2007年初，NI公司推出NI Multisim10。NI Multisim10具有豐富而強大的仿真分析能力，各種虛擬儀器設備，可以完成各種電路分析方法，以便幫助設計人員深入分析電路性能，提高設計效率，優化電路設計。

2 在數字電路教學上的應用

以JK觸發器為例 數字電路教學中，JK觸發器屬于比較難進行闡述和表達清楚的，學生也難于理解其中的原理的知識點。運用傳統的教學方法來闡述JK觸發器原理的時候，通常是通過布爾代數表達式來進行推導，通過推導得出JK觸發器真值表；然后以真值表為基礎，進一步畫出JK觸發器的時序圖。現在看來，這種教學過程往往教師是主體，因為自始至終都是教師在推導演算JK觸發器的真值表和表達式。整個過程中大部分學生無法得知教師所講的JK觸發器的硬件電路連接過程、輸出波形變化與JK輸入端高低電平的對應關系。

但是如果使用Multisim軟件，通過軟件把電路按圖1連接好，同時將電路輸出端與狀態指示燈也連接好，那么時序圖將用實時的示波器或邏輯分析儀來替代。通過兩個開關A、B的組合，產生00、01、10、11四種狀態的輸入信號，然后在觸發器的J端、K端分別接入00、01、10、11四種狀態的輸入信號，JK觸發器的輸出端Q和-Q的兩個狀態指示燈就會做出相應的亮滅變化。顯而易見，這樣的教學設計更加直觀、明了，符合中職學生的認知規律，更能激發起學生的興趣。教師引導學生分組做演示、講解；學生提問、答疑；學生填表并匯報演示結果，小結。學生得到表1所示真值表。Multisim中電路原理圖如圖1所示。

通過仿真軟件仿真完成JK觸發器真值表的推導以后，接下來進一步學習JK觸發器的功能。打開邏輯分析儀或者四蹤示波器，然后對照真值表對JK觸發器的功能做進一步分析。圖1是一個波形圖，圖中示波器界面上同時顯示了信號發生器的輸入波形、JK觸發器JK=11時的兩個互補輸出端Q和-Q波形。開關AB分別有四種不同輸入組合狀態，輸出結果往往就不同。一方面指示燈表達了輸出狀態，另一方面輸出又有波形顯示，這樣JK觸發器的輸入與輸出結果之間到底是怎樣的關系，通過圖形動態演示很容易引人入勝并深入理解。由于該仿真軟件提供了同時具備4個輸入通道的示波器，同時顯示16路信號的邏輯分析儀，這極大地方便了電路的仿真效果，也為課堂教學提供了極大便利。

總之，通過該軟件的波形演示，能非常方便地將好幾路信號同時顯示在一個屏幕上，這樣一來，學生和教師就能很方便地比較各信號之間復雜的對應關系，極大地增強了教學效果。

以計數器為例 在講解計數器過程中，很多教師會根據以往經驗積累，在講解完計數器電路原理后，就直接根據計數器原理中的結論展示出計數器輸出的時序圖。然而在這個過程中，學生同樣不知道電路的硬件連接、設置方法和計數器計數原理。有了Multisim軟件的參與，相當于現場進行實驗演示，教師可以很方便地利用軟件搭建好所要講解的電路，現場進行演示，然后讓學生直接觀察運行過程和結果（如圖2所示）。可以確定的是，當學生一看到數碼管上變化跳動的數字時，他的注意力更容易集中，同時興趣倍增。電路理論的分析正確是否，都可以通過仿真軟件對所搭建的電路進行仿真，查看運行結果。這樣學生也會更愿意通過自己對電路的邏輯分析，把邏輯分析結果與軟件仿真結果進行對比，驗證自己分析是否正確，極大增強學習主動性。

隨著教學過程的進一步深入，最后教師得出的時序圖（圖3），以動態的形式與學生討論分析，相對于書本上靜態圖形而言，這種現場實時的、動態的圖形不僅直觀明了、簡單易學，而且更有吸引力、說服力，教學效果更好。

3 結論

學生在數字電子技術的學習中經常因各種邏輯關系而無所適從，教師在數字電子技術講解過程中因各種波形圖和時序圖的繪制和講解費時費力而心力交瘁。通過以上兩個數字電路教學中的例子介紹，利用Multisim仿真軟件可以使教師在教學實施過程中應用自如、邏輯清晰；學生在學習過程中也興趣十足，理解透徹。這樣，教師的教學和學生的學習都變得非常有趣，教師和學生都可以對數字電路進行邏輯分析和判斷，把邏輯分析結果與軟件仿真結果進行對比，驗證自己分析是否正確。在這個過程中，既可以掌握數字電路的知識，也可以掌握電路連接、電路仿真等其他相關知識和技能，一舉多得。