Multisim虛擬仿真技術在數字電路實訓教學中的應用

[摘 要] 結合實例說明Multisim虛擬仿真技術在數字電路實訓教學中的應用，展現了信息化技術手段對專業實訓教學改革的促進作用，彌補了理論教學的不足之處，提高了學生對所學理論知識的理解能力，拓展了教學內容的深度和廣度。

[關 鍵 詞] Multisim；電工電子；信息化

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）23-0150-01

數字電路是電工電子專業的必修課程，現階段教學模式基本采用理實一體化的模式。理實一體化的教學模式中重要的一方面是利用現代教育技術將理論學習與實驗實訓操作的教學內容一體化設置。沒有引入虛擬仿真技術之前的教學過程基本是“理論教學—實驗實訓”，而引入虛擬仿真技術后的教學過程變成“理論教學—虛擬仿真—實驗實訓”。

Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，是電工電子專業在學習中使用較為廣泛的虛擬仿真軟件。它適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作，包含了電路原理圖的圖形輸入和電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。下面以D觸發器構成觸摸延時開關電路為例，介紹Multisim虛擬仿真軟件在數字電路實訓教學中的應用。

一、觸摸延時開關電路原理介紹

CD4013是雙D觸發器，分別接成一個單穩態電路和一個雙穩態電路。單穩態電路的作用是對觸摸信號進行脈沖展寬整形，保證每次觸摸動作即可。雙穩態電路用來驅動晶閘管Q1。

J1模擬觸摸信號，當人手摸一下，人體泄漏的交流電在電阻R3上的壓降，其正半周信號進入3腳CP1端，使單穩態電路翻轉進入暫態.其輸出端Q1即1腳跳變為高電平，此高電平經R4向C1充電，使4腳電位上升，當上升到復位電平時，單穩態電路復位，1腳恢復低電平。所以每觸摸一次，1腳就輸出一個固定寬度的正脈沖。此正脈沖將直接加到11腳CP2端，使雙穩態電路翻轉一次，其輸出端Q2即13腳電平就改變一次。當13腳為高電平時，Q1開通，電燈點亮。當13腳為低電平時，Q1截止，電燈熄滅。

二、利用Multisim進行電路分析

數字電路的分析過程要經過兩個過程，一是由整體到局部，二是由局部到整體。數字電路電路的輸入和輸出之間是一種邏輯關系。在分析數字電路時，我們要學會將龐大復雜的電路依據輸入輸出信號的特點進行模塊劃分，將整個電路劃分成具有小功能特性的模塊電路的過程就是由整體到局部的過程。根據電路的原理功能我們將上述電路拆分成三個子模塊電路：單穩態電路、雙穩態電路和繼電器控制電路。

模塊1電路的輸出采用電平指示燈顯示該模塊的輸出信號的邏輯狀態，模塊2電路的輸入采用單刀雙擲開關接高低電平來模擬上輸入信號（即上一級模塊電路的輸出）的邏輯狀態，采用電平指示燈顯示該模塊的輸出信號的邏輯狀態。模塊3電路的輸入采用單刀雙擲開關接高低電平來模擬上輸入信號（即上一級模塊電路的輸出）的邏輯狀態。

在Multisim仿真軟件中，我們可以方便地針對各個模塊電路進行單獨調試，分析其工作過程，將復雜電路化整為零，極大地提高學生的學習效率，激發學生的學習熱情。同時在更換元件參數觀察不同的實驗現象時，只需在元件庫中進行替換即可，省去焊接拆卸的過程，節約實驗耗材。每個模塊都調試完畢后，即可將他們組合成完整的電路，從整體上分析電路的工作過程，完成由局部到整體的認知過程。

三、虛擬仿真技術的特點與局限性分析

通過上面的觸摸延時開關電路的仿真實例，我們看到在數字電路教學中引入Multisim虛擬仿真技術，是和當前理實一體化教學模式相契合的，可以有效地將理論和實踐相結合，使用方便且效果明顯。學生使用一臺計算機即可進行相關的自主學習，不受地點和時間的限制，增強學生學習的主觀能動性。在虛擬仿真過程中，學生不會受到元件種類、實驗室條件等硬件的約束。學生還可以利用虛擬仿真的開放性特點，設計多種實驗方案，即時實驗調試，選出最優方案，真正實現學以致用。

但是與實際焊接調試電路相比，虛擬仿真技術也有自身的局限性。它是處在一個絕對理想的條件進行的，得到的結果往往是一種理想結果，而且在一定程度上剝奪了學生動手操作的機會。因此虛擬仿真技術要和實際焊接調試電路相結合，學生既能利用虛擬仿真軟件進行電路的搭建分析，又能根據仿真調試過程進行實際電路的焊接調試。

現階段在數字電路或者電工電子專業實訓教學中引入虛擬仿真技術，是實現教學過程信息化的一種手段。Multisim計算機仿真技術可以很好地解決理論教學與實際動手相脫節的這一難題。學生可以很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實的再現出來，極大地提高了學生的學習熱情和積極性，讓學生真正地做到變被動學習為主動學習。

參考文獻：

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

[2]熊偉.Multisim7電路設計仿真應用[M].清華大學出版社，2005.