淺談Multisim在數字電子技術教學中的應用

曾晗 賀轉玲 焦玲玲

摘要：“數字電子技術”是通信類士官學員必修的一門專業基礎課，課程注重理論聯系實踐，具有概念抽象、邏輯嚴密和分析方法難以理解的特點，在教學上存在一定的難度。本文結合設計實例給出Multisim仿真在數字電子技術教學中的應用。結果表明，Multisim軟件的引入可加深學員對課堂知識的理解，提高學習積極性，對理論教學起到很好的輔助作用，為提高數字電子技術教學質量提供了一個有效途徑。

關鍵詞：Multisim；數字電子技術；仿真教學

數字電子技術課程概念抽象、分析推理復雜，傳統的理論教學往往采用板書加多媒體的形式，展示數字電路的功能作用，難以使學員對理論知識有非常深刻的理解。而實驗課程則是在試驗箱上進行的，學員通過給定的實驗方法和步驟進行簡單的連線就可得到實驗結果，很難將理論應用于實踐。將Multisim引入教學中，可實現理論與實驗教學的同步進行，提高學員的學習興趣，加深學員對知識的理解，為課程教學增添了新的活力。本文以計數器為例，介紹了Multisim 軟件用于數字電子技術課程教學中的優點。

1 Multisim軟件簡介

Multisim是一款由NI公司推出的以windows為基礎的EDA軟件，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。主要有以下幾個優點：①豐富充足的元器件庫。Multisim提供了數千種虛擬元件，包括數字器件和模擬器件。設計者可以根據電路需要選取合適的元器件搭建實驗仿真電路。除此之外，設計者還可以根據自身需要建立自己的需要建立元器件庫。②豐富的虛擬測試儀器儀表。包括基本的萬用表、示波器、函數信號發生器、直流電源等，還包括一般實驗室少有甚至沒有的儀表，如頻譜分析儀、字信號發生器、邏輯分析儀等等，為電路設計者提供了便利。③強大的電路分析功能。Multisim提供了較為詳細的電路分析手段，包括電路的直流工作點分析、交流分析、瞬態分析、穩態分析、離散傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、直流掃描分析、靈敏度分析、射頻電路分析，等等這些電路分析功能是許多EDA軟件所不能比的。④簡潔的界面風格。Multisim軟件以圖形界面為主，直觀形象、操作方便、簡單易學，深受電子設計者的喜愛。[1]

通過Multisim，設計者可以完成從理論到原理圖與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。將Multisim軟件引入課堂，可以把枯燥無味的理論推導形象化直觀化，特別是電路參數的改變可以方便地得到不同的響應曲線，充分調動學員的學習熱情和積極性。

2 Multisim軟件仿真的基本步驟

1）依據電路功能繪制電路圖，確定設計方案

2）利用Multisim提供的元器件及虛擬儀表搭建電路模型

3）設置元件的工作模式、參數

4）仿真調試

5）分析仿真結果

6）若結果與預期不符，則重新調整元器件及虛擬儀器的參數[2]

3 應用舉例

組合邏輯電路和時序邏輯電路的分析與設計是數字電子技術課程教學的重難點，傳統的授課過程中學員往往會對器件的外部邏輯功能產生誤解，從而不能靈活的利用器件基本功能實現拓展功能。計數器是數字系統中最常用的時序電路之一。它的基本功能是對時鐘脈沖進行計數，以此為基礎，能由于定時分頻等等。因此計數器也是時序邏輯電路中最重要的電路之一。下面以計數器教學為例說明Multisim軟件在數字電子技術課程中的應用。

計數器部分主要要求大家掌握計數器結構組成及原理，和一些常見的集成計數器的應用。如4位二進制同步加法計數器74LS161、十進制加法計數器74LS163、4位二進制可逆計數器74LS191等等。在學員已經掌握了這些基本理論知識的前提下，要求設計一個60進制的加法計數器，并用顯示譯碼器顯示。

3.1 顯示譯碼器

顯示譯碼器可以將數字（0～9）、文字、符號（A～F）等的二進制代碼翻譯并顯示出來。主要由譯碼器和驅動器兩部分組成，通常將這兩部分集成在一塊芯片中。比如，TTL或CMOS集成電路等。這里可以使用TTL系列的74LS48來驅動的共陰極七段數碼管。原理圖如圖1所示。實際工作時，還需在74LS48的輸出端串聯一個限流電阻，避免發光二極管因電流過大而燒毀。

3.2 60進制計數器

60進制加法計數器有多種實現方法，可采用兩片十進制計數器級聯構成，也可以由兩片4位二進制計數器級聯構成。這里為方便將計數過程用顯示譯碼器顯示，使用兩片十進制加減計數器74190分別代表高位和低位，并分別與顯示譯碼器相連，高位實際上是6進制計數器，低位是十進制計數器。將74190的加減控制端接低電平設置為加法計數器，低位的進位輸出端通過一個非門與高位的CTEN使能端，當低位有進位輸出時，高位加1計數，無進位輸出時則保持。使用200Hz時鐘信號作為計數器的時鐘脈沖。根據原理可以知道，計數器初始值為00，當時鐘脈沖到來時，計數器就加1，遞增到59時，在自動返回到00，原理圖如圖2所示。在時鐘脈沖的控制下，數碼管上循環不斷地顯示0～59，形象的將結果展示在學員面前，促進了學員對該部分知識點在實際應用中的思考。

4 結束語

對于電子設計工作者來說Multisim軟件是一款重要的EDA工具，將Multisim帶進數字電子技術課堂，有效地促進了理論與實踐的有機結合，不僅加強了學員基礎理論知識的掌握和理解，增強學員對數字電路的感性認識，還拓寬了學員的視野，培養了學員的自主學習能力，對培養學員綜合素質起到了積極的促進作用。

參考文獻：

[1]郭韶華，屈重年，傅瑜. Multisim在RLC串聯電路實驗教學中的應用[J].南陽師范學院學報，2015（12）.

[2]連立芳. Multisim10.0軟件在電子線路課程設計中的應用[J].莆田學院學報，2008（10）.

作者簡介：曾晗（1991—），女，河南鄧州，國防科技大學信息通信學院，碩士，從事電子技術教學研究。