基于Multisim 14.0的組合邏輯電路在“物聯網電子技術”課程中的應用

李 平，高 云，李 陽

（江蘇信息職業技術學院 物聯網工程學院，江蘇 無錫 214153）

0 引 言

“物聯網電子技術”是物聯網應用技術專業的專業基礎課程[1]，具有知識點繁多、實踐性較強等特點。課程的任務在于培養學生的思想創新能力，樹立理論聯系實際的工程觀點和提高學生分析問題和解決問題的能力[2]，提高綜合素質。課程共有3部分知識塊，分別是電路分析基礎、模擬電路技術、數字電路技術[3]。在分析模擬電路[4]時考慮其輸出信號與輸入信號在振幅大小、頻率等方面的變化關系；數字電路只考慮輸出和輸入的電平變化規律等。本文在研究分析數字電路的基礎上，教授學生設計組合邏輯電路，讓學生了解數字電路的優點，并能對數字電路進行靈活分析和設計。

本文采用Multisim 14.0仿真軟件[5-8]，Multisim 14.0是原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，軟件提供了物聯網電子技術的主要硬件設備，打破了時間和空間的壁壘，讓學生能夠隨時隨地在仿真平臺上進行自主學習和開發，進一步增強學生的學習興趣和學習積極性。同時，采用銳捷網絡云桌面虛擬系統，在此系統里提前下載好Multisim 14.0仿真軟件。即使教師在備課過程中忘記攜帶筆記本電腦，也可以在其他電腦中登錄此系統并進行電路教學設計。

本文以組合邏輯電路[9-10]中全加器電路為例，講解組合邏輯電路里互為逆過程的設計和分析，讓學生充分掌握、理解數字電路，并最終能夠獨立設計電路。

1 學情分析

授課對象為物聯網應用與技術專業2020級學生，前導課程有“高等數學”，后續課程有“物聯網節點開發”“物聯網規劃與組建”。這些學生對物聯網系統的關鍵技術已經進行了理論和實踐學習，具有一定的程序設計思路和實際編程能力。

2 教學策略

Multisim 14.0仿真軟件[11]是提供物聯網電子技術的主要底層硬件設備之一，打破了時間和空間的壁壘，不僅幫助學生在預習和復習階段節省了大量時間，還能夠讓學生隨時隨地在仿真平臺上進行自主學習和開發，提升了學習興趣。

3 實例展示

在數字電路的組合邏輯電路學習過程中，通過采用以下設計方案，讓學生掌握組合邏輯電路的設計技巧。

3.1 設計方法

設計一全加器電路：

（1）根據給定條件和最終實現的功能，首先對邏輯變量和邏輯函數進行定義，用相應字母表示，再用0和1各表示一種狀態，由此找出邏輯變量和邏輯函數之間的關系。

（2）根據邏輯變量和邏輯函數之間的關系列出真值表，根據真值表寫出邏輯表達式。

（3）對邏輯函數進行化簡處理。

（4）根據最簡邏輯表達式繪制相應邏輯電路。

3.2 電路變量分析

定義輸入、輸出邏輯變量，并將文字敘述抽象為邏輯描述。根據題意可知，該系統的輸入變量有3個，即A、B、C，分別用0、1來表示，輸出變量為F、G，其中G為進位。

（1）根據邏輯功能要求列出真值表，見表1所列。

表1 全加器真值表

（2）由邏輯狀態寫出表達式，分別如下：

（3）化簡邏輯式：

F1卡諾圖化簡如圖1所示。

圖1 F1卡諾圖化簡

（4）由于在制作邏輯電路的過程中，一塊集成芯片往往有多個同類門電路，所以在構成具體邏輯電路時，通常只選用一種門電路，而且一般選用與非門較多。因此，全加器的邏輯函數可利用反演律，即：

（5）繪制全加器邏輯圖，如圖2所示。全加器電路的設計基本完成，教學目的在于讓學生掌握電路設計知識，擁有電路分析能力。全加器電路如圖3所示。

圖2 全加器邏輯圖

圖3 全加器電路

3.3 全加器電路分析

（1）對邏輯圖用逐級遞推法寫出F和G的邏輯函數表達式：

（2）用代數法化簡邏輯函數：

（3）列出真值表。

（4）進行邏輯功能分析，觀察真值表可得出電路的特點，即全加器的含義。

教學過程中，根據學生的學習能力，分任務完成，以學生學習知識為重點，通過向學生展示理論與實踐相結合的操作，完成組合邏輯電路的設計與仿真，真正解決實際邏輯問題。完成課堂知識講授，能夠讓學生更有效地掌握電工電子的知識與方法。

4 結 語

本課程的教學探索不僅在促進學生知識理解、能力掌握、素養提升三方面成效明顯，也能通過仿真練習讓學生主動學習、主動實踐，很好地完成了“能仿、會變、可展示”的教學目標。最終通過組合邏輯電路的設計學習，增強了學生的自我學習意識，學生可通過動手操作提高自我調節能力。