Multisim在數(shù)字電路教學(xué)中的應(yīng)用研究

Multisi解決了傳統(tǒng)數(shù)字電路教學(xué)中的諸多弊端，使課堂教學(xué)生動(dòng)易懂，通過(guò)對(duì)電路的仿真，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果明顯，也更容易發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)弊端。因此，在教學(xué)過(guò)程中需要將數(shù)字電子技術(shù)與Multisim極其緊密的聯(lián)系在一起。本文主旨是在探索Multisim在數(shù)字電路的教學(xué)過(guò)程中將兩者的結(jié)合滲透于課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路 Multism

傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，學(xué)生在學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的時(shí)候，需要在課堂接受理論講授，然后在其他實(shí)踐、不同的實(shí)驗(yàn)室參加驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這是一個(gè)從腦到手的學(xué)習(xí)過(guò)程，它要求學(xué)生有較強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)能力，較好的聽(tīng)課、筆記和驗(yàn)證性思考的習(xí)慣。數(shù)字電路是高職高專(zhuān)電子信息類(lèi)學(xué)生的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，以往傳統(tǒng)的教學(xué)模式將限制學(xué)生的思維發(fā)展。新的教育觀念和科學(xué)技術(shù)推動(dòng)傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行及時(shí)的更新、不斷的補(bǔ)充。尤其是近幾年EDA技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)成為了電子產(chǎn)品重要的工具和手段，因此，將EDA技術(shù)引入到數(shù)字電路的教學(xué)過(guò)程，是一個(gè)值得探討的課題。

1 傳統(tǒng)教學(xué)課程現(xiàn)狀分析及存在的問(wèn)題

數(shù)字電路主要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的電子電路，是集成電路的基本器件。常用的是三人表決器、四路搶答電路、數(shù)碼顯示電路、數(shù)字電子鐘等電路。其特點(diǎn)是對(duì)電路的基本原理的理解和其設(shè)計(jì)分析的方法。由于該課程的傳統(tǒng)主流教學(xué)方法還是教學(xué)部分以介紹理論為主，伴有簡(jiǎn)單的案例，往往學(xué)生覺(jué)得枯燥難懂；而實(shí)驗(yàn)部分則往往是利用實(shí)驗(yàn)箱和大量的集成芯片與導(dǎo)線(xiàn)連接完成，對(duì)于復(fù)雜的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)難度較大，只要有一根導(dǎo)線(xiàn)連接有問(wèn)題，全盤(pán)實(shí)驗(yàn)宣布失敗，學(xué)生每節(jié)課要花費(fèi)大部分的時(shí)間來(lái)選擇導(dǎo)線(xiàn)，電路故障排查較復(fù)雜。大多數(shù)的學(xué)生認(rèn)知只停留在試驗(yàn)箱的使用和芯片引腳的連接，而對(duì)數(shù)字電路的整體設(shè)計(jì)思路和理論知識(shí)不能結(jié)合應(yīng)用。學(xué)生的主動(dòng)行沒(méi)有很好的發(fā)揮出來(lái)，一方面在課堂理論教學(xué)中學(xué)生是在被動(dòng)的學(xué)習(xí)和接受，另一方面實(shí)驗(yàn)課堂上，學(xué)生只顧完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完全沒(méi)有去思考如何把課堂理論教學(xué)學(xué)到的知識(shí)用來(lái)設(shè)計(jì)。這使得理論部分和實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)從形式上沒(méi)有達(dá)到真正的統(tǒng)一，也沒(méi)有使二者進(jìn)行無(wú)縫鏈接。這使得學(xué)生無(wú)論從理論和實(shí)踐的連接上還是從二者的時(shí)間聯(lián)系上都無(wú)法進(jìn)行平穩(wěn)的過(guò)渡，并且在問(wèn)題的尋找和實(shí)際的創(chuàng)新方面也沒(méi)有到提高。所以數(shù)字電路的教學(xué)改革非常必要。

2 Multisim的簡(jiǎn)介

Multisim是早期EWB的升級(jí)換代的產(chǎn)品。Multisim提供了強(qiáng)大的電子仿真設(shè)計(jì)界面，將原理圖的創(chuàng)建、電路的測(cè)試分析和結(jié)果的圖表顯示等都集中在同一個(gè)電路窗口中。整個(gè)操作界面就像一個(gè)實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，有存放仿真元器件的元件箱，有存放測(cè)試儀器的儀表庫(kù)，有進(jìn)行仿真分析的各種操作命令。測(cè)試儀器和仿真元器件的外形和實(shí)物非常接近，操作方法也基本相同，所以這個(gè)平臺(tái)將虛擬儀器技術(shù)的靈活性擴(kuò)展到電子設(shè)計(jì)者的工作臺(tái)上，彌補(bǔ)了測(cè)試與設(shè)計(jì)功能之間的缺口。使電子線(xiàn)路的仿真更為高效，當(dāng)改變電路連接或改變器件參數(shù)，對(duì)于電路仿真時(shí)，可以清楚的觀察到各種變化對(duì)電路性能的影響，所以廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電路的仿真，以便非常方便的比較仿真數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)，規(guī)避設(shè)計(jì)上的反復(fù)。

3 將Multisim引入到數(shù)字電路的教學(xué)中

（1）在數(shù)電的基礎(chǔ)知識(shí)單元，往往涉及到邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)，而學(xué)生對(duì)化簡(jiǎn)的結(jié)果不是很確定，我們就需要先讓學(xué)生直接化簡(jiǎn)，然后用虛擬儀器邏輯轉(zhuǎn)換儀來(lái)對(duì)剛剛的結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。這樣學(xué)生就能很清楚自己的化簡(jiǎn)是否達(dá)到了最簡(jiǎn)。

（2）在對(duì)各種數(shù)電基本門(mén)電路和組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路的分析時(shí)。我們首先快速了解一下設(shè)計(jì)電路一些必備的知識(shí)，而不拘泥于知識(shí)的背景和推導(dǎo)過(guò)程。在介紹所需必備知識(shí)后，我們快速用Multism來(lái)對(duì)剛講的電路進(jìn)行仿真。學(xué)生可以通過(guò)電腦利用EDA工具軟件建立數(shù)字電路的虛擬環(huán)境，對(duì)電路進(jìn)行觀察、分析、設(shè)計(jì)。比如編碼器和譯碼器的概念很多學(xué)生永遠(yuǎn)要混淆，我們?cè)诮淌诘倪^(guò)程中先分析，然后用字信號(hào)發(fā)生器和邏輯分析儀仿真，讓學(xué)生明白這兩種儀器最大的區(qū)別在哪里。還有計(jì)數(shù)器、555定時(shí)器等等。這種將電路的仿真直接放到教學(xué)中的交互學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生對(duì)課程的興趣大大提升。

（3）對(duì)各類(lèi)電子電路的設(shè)計(jì)的教學(xué)過(guò)程中，將電路設(shè)計(jì)理論推導(dǎo)和設(shè)計(jì)的整體框架思路集思廣益，分成各個(gè)興趣小組，每個(gè)小組都可以自主設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠?qū)ν浑娐酚枚喾N形式進(jìn)行編寫(xiě)，然后把各個(gè)小組學(xué)生討論出來(lái)的設(shè)計(jì)電路都在仿真電路上仿真，通過(guò)用Multism的仿真，再比較參數(shù)，找出最符合設(shè)計(jì)要求的那組作品。學(xué)生在分析設(shè)計(jì)以及仿真過(guò)程中都參與其中，能快速把理論結(jié)合實(shí)踐來(lái)運(yùn)用。

（4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定考慮學(xué)生的體驗(yàn)和成就感。為學(xué)生設(shè)計(jì)小的案例，這些小案例都是針對(duì)章節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，要求學(xué)生通過(guò)仿真方法達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果，然后再傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱上把仿真電路再用導(dǎo)線(xiàn)連接一遍排查問(wèn)題，更加了解各個(gè)芯片引腳的具體功能，這樣當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，老師指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)、對(duì)模塊從新修改組裝或者用相似功能的芯片來(lái)替代原有芯片，最終做出各種電路，使學(xué)生能夠具有成就感。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這種教學(xué)實(shí)踐過(guò)程的檢驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)這樣的教學(xué)方法是行之有效的。數(shù)字電路在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教學(xué)重點(diǎn)是以邏輯門(mén)和觸發(fā)器等集成電路芯片為承載媒介、采用真值表和邏輯表達(dá)式作為設(shè)計(jì)分析的表達(dá)方式，然后實(shí)驗(yàn)部分通過(guò)人工連接調(diào)試完成的數(shù)字電路設(shè)計(jì)，而改革后的數(shù)字電路的教學(xué)過(guò)程中引入Multisim仿真電路，使這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式變得輕松有趣，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)也更加簡(jiǎn)單，不會(huì)出現(xiàn)以往上到那忘到那的現(xiàn)象。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，增加技能考核與能力培養(yǎng)內(nèi)容，實(shí)施“帶著問(wèn)題去設(shè)計(jì)”教學(xué)模式，，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性明顯提高，積極主動(dòng)思考問(wèn)題，基礎(chǔ)好的學(xué)生在能夠驗(yàn)課上用不同的芯片來(lái)完成相同的設(shè)計(jì)，從而改進(jìn)設(shè)計(jì)方案再做實(shí)驗(yàn)，同時(shí)學(xué)生實(shí)踐操作和動(dòng)手能力切實(shí)提高。學(xué)生能夠獨(dú)立完成方案設(shè)計(jì)、器件選擇、電路調(diào)試。它為高職高專(zhuān)的電子類(lèi)設(shè)計(jì)學(xué)生提供了一種現(xiàn)代的電子設(shè)計(jì)技術(shù)和更廣闊的就業(yè)崗位。

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作者簡(jiǎn)介

劉竹（1982-），女，四川省遂寧市人。碩士學(xué)位。現(xiàn)為四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系講師。主要從事電子信息類(lèi)教育工作。

作者單位

四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川省遂寧市 629000endprint