Multisim13在數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用研究

齊魯理工學(xué)院 王迎勛 王 香 王彩峰 王妍力 臧紅巖

1.Multisim13軟件介紹

Multisim是美國國家儀器(NI)有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。

（1）直觀的圖形界面；（2）豐富的元器件；（3）強(qiáng)大的仿真能力；（4）豐富的測試儀器；（5）完備的分析手段；（6）獨(dú)特的射頻(RF)模塊；（7）強(qiáng)大的MCU模塊；（8）完善的后處理；（9）詳細(xì)的報(bào)告；（10）兼容性好的信息轉(zhuǎn)換。

2.Multisim在教學(xué)中的應(yīng)用研究

2.1 在理論教學(xué)中的應(yīng)用研究

2.1.1 在理論教學(xué)中的應(yīng)用研究

傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)的理論教學(xué)主要以器件的工作原理和應(yīng)用為主線，理論性較強(qiáng)，與我國大部分地方應(yīng)用型高校的發(fā)展存在不一致的相關(guān)問題，而且缺乏直觀性、生動性和形象性。理論課程和實(shí)驗(yàn)課程分開進(jìn)行，學(xué)生無法接觸到實(shí)物直接用于實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，不能將理論很好地與實(shí)踐結(jié)合。課程設(shè)計(jì)的題目單思路僵化、缺乏靈活性。

EDA 的出現(xiàn)，真正為師生搭建了一個開放性的高效交流平臺。用Multisim13 創(chuàng)建的電路為課堂教學(xué)創(chuàng)設(shè)了教學(xué)情境，把理論教學(xué)應(yīng)用實(shí)踐中去，使Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。學(xué)生可以自主的設(shè)計(jì)電路，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣；在課堂上，不再是老師“填鴨式”的教學(xué)，老師進(jìn)行提問、啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生對電路進(jìn)行不斷地分析、調(diào)整，很好的實(shí)現(xiàn)了老師和學(xué)生的互動教學(xué)。加強(qiáng)了理論聯(lián)系實(shí)際，在進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)前，先用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，既能熟悉元器件和儀器操作，又起到預(yù)習(xí)試驗(yàn)的目的，所以電路的仿真實(shí)驗(yàn)是理論和實(shí)踐相聯(lián)系的紐帶[3]。

由于《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的復(fù)雜性，涉及到很多的數(shù)學(xué)分析和物理分析，教學(xué)內(nèi)容對學(xué)生來說抽象難懂，很多基本電路都要進(jìn)行分析，如組合邏輯電路分析、時(shí)序邏輯電路分析等。引入現(xiàn)代EDA設(shè)計(jì)技術(shù)到數(shù)字電子技術(shù)理論和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，以EDA平臺和硬件描述語言為主要設(shè)計(jì)手段，以全面提升學(xué)生的課程應(yīng)用能力為宗旨,將傳統(tǒng)的“數(shù)字電子技術(shù)”課程和“EDA技術(shù)”課程深度融合，建立傳統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法相結(jié)合的新課程體系。用 Multisim 13軟件來提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，作為教學(xué)工具已成為必然。傳統(tǒng)的一本書、一支粉筆教師講到底的課堂教學(xué)模式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代化教學(xué)的需要，在《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)中利用計(jì)算機(jī)的電子設(shè)計(jì)自動化 EDA 軟件教學(xué)，已成為一種必然的趨勢[4]。

理論課堂教學(xué)是《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程學(xué)習(xí)最關(guān)鍵的一個教學(xué)環(huán)節(jié)。通過實(shí)踐證明，用 Multisim13 軟件參與課堂教學(xué)能提高課堂教學(xué)的質(zhì)量，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：A：教學(xué)方法靈活多變，可以因材施教，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；B：教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率明顯提高；C：教學(xué)內(nèi)容豐富多彩；D：學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的意識和能力有所增強(qiáng)。

2.2 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，總共占據(jù)了24個學(xué)時(shí)。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜢柟虜?shù)字電路基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能、動手能力、分析問題和解決問題的能力，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維潛力[4]。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：A：克服實(shí)驗(yàn)室器材的不足。B：為學(xué)生提供理想的教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。C：在開展硬件實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，可以輔以仿真實(shí)驗(yàn)。D：有利于開展具有創(chuàng)造性的開放式實(shí)驗(yàn)。E：利用 Multisim13 軟件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的仿真分析.實(shí)驗(yàn)通常包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告三個環(huán)節(jié)。

3.Multisim13在數(shù)字電子技術(shù)中的應(yīng)用及效果分析

3.1 一位全加器的仿真與分析

3.1.1 一位全加器簡介

全加器能進(jìn)行加數(shù)、被加數(shù)和低位來的進(jìn)位信號相加，并根據(jù)求和結(jié)果給出該位的進(jìn)位信號。一位全加器的真值表和邏輯圖分別如圖3.1和3.2所示。

圖3 .1 一位全加器真值表

圖3 .2 一位全加器的邏輯圖

3.1.2 一位全加器的仿真與分析

當(dāng)A=B=1，Ci=0時(shí)，S=0，Co=1，仿真結(jié)果如圖3.3所示。

圖3 .3

3.2 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的仿真與分析

74LS161是四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)范圍是0-15，具有異步清零、同步置數(shù)、保持和二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)等邏輯功能。用 74LS161設(shè)計(jì)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其仿真結(jié)果如圖3.4所示。

圖3 .4

4.總結(jié)

Multisim13軟件的出現(xiàn)使數(shù)字電子技術(shù)的教學(xué)有了新的突破，引發(fā)了教師的教學(xué)方法、學(xué)生的學(xué)習(xí)方法、成績考核和課程評價(jià)等一系列的連鎖變革，通過Multisim13軟件，學(xué)生可以自己連接電路、分析電路、設(shè)計(jì)電路，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、分析問題和解決問題，在教學(xué)過程學(xué)生由被動變?yōu)橹鲃樱ㄟ^學(xué)生自主分析設(shè)計(jì)電路，加深了對理論知識的理解，提高了自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，并能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，使學(xué)生由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，大大提高了學(xué)習(xí)效率。

[1]邱軍興,郭東道.EDA技術(shù)在電路設(shè)計(jì)中的地位和作用[J].西安文理學(xué)院學(xué)報(bào),2005,8(1):64-67.

[2]王皚.EDA技術(shù)與高職電子技術(shù)教學(xué)的探討[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2002,2(1):72-74.

[3]袁麗萍.Multisim在電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2009(17):32.

[4]王仁平.Multisim2001軟件在電子電路中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)仿真,2003(12):16.