Multisim和極域電子教室改進數字電路實驗教學

張雅楠+張姍姍+俞志英

摘要：數字電路是電氣等專業重要的專業基礎課，其中關鍵的環節就是培養學生的實踐能力和解決問題的能力。在實驗教學內容中引入Multisim仿真，形式上將極域電子教室貫穿于整個實驗教學過程中，使理論與實踐有機結合，有利于提高學生的自學能力和創新能力；提高教學效率，改善教學效果。

Abstract： Digital circuit is an important professional basic course in electrical engineering， in which the key point is to cultivate students' practical ability and problem-solving ability. The introduction of Multisim simulation in the experimental teaching content and the using of e-learning class throughout the experimental teaching process make the combination of theory and practice， enhance students' self-learning and innovation ability； improve teaching efficiency and teaching effectiveness.

關鍵詞： Multisim；極域電子教室；數字電路實驗教學

Keywords： Multisim； E-learning class； Digital circuit experiment teaching

中圖分類號： G642.1 文獻標志碼：B

數字電路是高等院校電氣、電子信息類和部分非電子類專業本科生在電子技術方面入門的必修基礎課程，該課程既有抽象的理論分析又有較具體的實踐應用。因此，生動形象的課堂教學和全面的實驗體系對教學效果和知識的應用能力有著非常重要的作用[1-2]。所以在實驗內容中引入Multisim軟件仿真，學生通過運行仿真軟件觀察電路的功能和特性，加深對電路的理解，更容易掌握所學的內容，從而提高學習興趣。同時實驗室組建了極域電子教室系統，教師通過靈活應用 “遠程命令”、“屏幕廣播”、“文件分發”、“考試”等功能，使知識講解更直觀生動，使教學效果能及時反饋、及時評價，真正實現了教師為引導、學生為主體的教學思想，優化了教學效果，提高了教學質量。

一、 Multisim仿真使數字電路知識形象化

（一） Multisim軟件簡介

Multisim是一個用于電路設計和仿真的EDA工具軟件，其功能強大，具有形象生動的仿真效果，是電子類專業課程教學的首選軟件。Multisim10界面友好，操作方便，而且為數字電路仿真提供了豐富的元器件模型，如時鐘信號、各類門電路、各種集成組合邏輯門、時序邏輯門等；同時提供了種類齊全的虛擬儀器，如字符發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換儀等。利用Multisim進行電路仿真實驗，把理論知識和實驗結果加以對照、分析，可以提高課堂教學效果[2]。

（二）Multisim軟件仿真的應用

以“編碼器和譯碼器”實驗為例，使學生掌握74LS148和74LS138集成電路的應用。在此之前，學生對數字電路的認識只是抽象的理論知識，難于理解器件的邏輯功能，較難掌握器件的外部特性，尤其是涉及到如何應用器件，如何利用所學器件設計實用電路時顯得不知所措。因此，教師首先利用Multisim軟件來仿真圖1所示的編碼器和譯碼器的聯合工作電路，將數字電路的基本知識和工作過程直觀的展示給學生。

74LS138是低電平輸出有效的“3線8線譯碼器”，只有當3個使能輸入端 且 時譯碼器才能正常工作，即將輸入端C、B、A（C為高位）接收到的二進制碼譯成對應的十進制數i且以低電平的形式送給輸出端Yi，其它輸出端都為高電平。74LS148是低電平有效的“8線3線優先編碼器”，當使能輸入端 =0時，編碼器處于工作狀態，即只要有一個輸入 為0， 就輸出對應的二進制碼的反碼。

電路采用三個不同頻率的方波信號源為74LS138提供連續的二進制輸入，通過軟件自帶的虛擬示波器可以觀察C、B、A的 值；譯碼器的輸出送給74LS148作為輸入，同時用小燈顯示結果；編碼器的輸出經過反向器連接數碼管顯示。兩個芯片的使能輸入端G1和 由單刀雙擲開關接5V電源（VCC）或地（GND）來控制其值為1或0，從而決定集成電路是否工作。仿真運行時，開關J1打向VCC（高電平1），開關J2打向GND（低電平0），兩個集成電路正常工作，即小燈隨著C、B、A值的變化從右向左依次滅，使得數碼管依次顯示7～0。開關J1打向GND（低電平0），則74LS138芯片不工作，小燈全亮，導致數碼管一直顯示“7”。開關J1、J2都打向VCC（高電平1），74LS148芯片不工作，即使小燈循環改變，數碼管的顯示保持不變。

通過該實例的運行，使學生直觀的理解了數字電路的高、低電平等基本概念及與實物的對應關系，編碼和譯碼電路的工作原理及具體集成電路的應用，為接下來在實驗箱上進行實物連接做好了充分準備。而且把Multisim軟件的作用和使用方法介紹給學生，使學生擺脫實驗地點和實驗時間的限制，可以隨時驗證學到的理論知識，還可以嘗試通過仿真軟件對電路進行局部改進或設計簡單電路，提高創新能力。

二、極域電子教室優化數字電路實驗教學過程

（一）極域電子教室簡介

極域電子教室是多媒體教學網絡平臺，利用它可以在網絡電腦教室中實現屏幕廣播、遠程控制、文件分發、考試等功能，打破了傳統教學方式的限制，既實現了傳統教學中教室和學生，學生和學生之間的交流，又符合多媒體教學效率高、互動性好的特點，是教學方法和教學手段重大的技術突破[4-5]。

極域電子教室由教師機、學生機和路由器組成。隨著國家對教育信息化的倡導，本校的電工電子實驗室配置了電腦、交換機等信息化設備，而且網絡通暢。在此基礎上，只需在電腦上安裝適當的軟件即可完成極域電子教室的組建。

（二）極域電子教室在數字電路實驗教學中的應用

1.實驗準備

教師機上的簡單操作便可完成實驗前的準備，而不必操作每臺電腦，節省人力物力提高效率。

開啟學生機：登錄教師機，然后依次點擊“遠程命令”—“遠程開機”來啟動所有學生機。

運行學生機上的Multisim軟件：1）編寫遠程命令：鼠標單擊“遠程命令”—“遠程命令”—“新建”，在“名稱”欄中填寫“Multisim”，在“文件夾路徑（F）”欄中填寫Multisim軟件在學生機中的安裝位置，然后單擊“保存”。只需執行一次。2）啟動軟件：每當需要時，單擊“遠程命令”—“啟動遠程應用程序”—“Multisim”便可啟動所有學生機上的Multisim軟件。

分發課件：教師可以將用到的課件或設計好的Multisim仿真電路傳給每臺學生機，以供學生參考。鼠標單擊“文件分發”，在彈出的“文件分發”界面中，通過“目錄”和“名稱”欄選擇目標文件，然后點擊“目錄”欄下的“添加 ”圖標。選中出現的文件名稱，然后單擊“發送 ”按鈕，學生便可以在“電腦桌面”上看到該文件。

2.實驗過程

屏幕廣播：在講解理論課件和圖1的Multisim仿真電路的設計和運行過程時，教師單擊“屏幕廣播”，將教師機的屏幕共享給學生，這樣每個學生在實驗臺前就能清楚直觀的看到教師的講解、具體操作步驟和電路運行結果。在此基礎上，再對應數字電路實驗箱的實物，便于學生掌握實際集成電路的工作原理和使用方法。

待講解結束，需要學生自己完成實驗時，教師結束“屏幕廣播”，學生可以邊參考之前收到的理論課件邊做實驗，有利于知識的消化和應用。

3.實驗考核

考試：實驗前教師需先單擊“試卷編輯”安排待考查的內容和正確答案；然后在預留好的考核時間內，單擊“隨堂小考”將考卷下發給學生。學生需在規定時間內完成試卷并提交，系統自動顯示分數。

三、結論

實踐證明，在數字電路實驗中增加Multisim軟件仿真，促進了學生更好的消化和應用數字電路知識，提高了實驗效率，激發了學生的學習積極性。利用極域電子教室輔助整個實驗教學過程，彌補了傳統實驗方式的不足，使教學更生動形象，降低教師的勞動強度，具有一定的推廣價值。

參考文獻：

[1]李娜.虛擬仿真技術在數字電路課程改革實踐中的應用研究.現代教育技術，2010，20（7）：147-150.

[2] Multisim10仿真軟件在數字電路教學中的應用_郭映

[1]鄭兆兆，高靜，李建霞. 將Multisim引入數字電路實驗教學探討 [J]. 教學研究，2014，37（2）：88-92.

[4]袁再龍，姜明濤. 極域電子教室在計算機廣播教學中的應用. 應用研發，2014，11期：206-208.

[5]林國強. 高校實驗室必備軟件極域電子教室的應用研究. 軟件透視，2015，05期：47.

作者簡介：

張雅楠（1982—），女，碩士生，研究方向：電工電子實驗教學。