Multisim10在“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教學(xué)的應(yīng)用

陳海花，王翰卓

(中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266100)

Multisim10在“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教學(xué)的應(yīng)用

陳?；ǎ鹾沧?/p>

(中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266100)

傳統(tǒng)的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課堂教學(xué)模式使學(xué)生對概念、定理的理解局限于靜態(tài)電路，無法構(gòu)建具體直觀的學(xué)習(xí)模式。將Multisim電路仿真軟件引入課堂教學(xué)，設(shè)計并分析優(yōu)先編碼器74LS148仿真電路。通過Multisim軟件顯示仿真電路的結(jié)構(gòu)、分析其編碼原理、動態(tài)運行并進行結(jié)果分析，從而加深學(xué)生對抽象概念與原理的理解，實現(xiàn)了理想的教學(xué)效果。

Multisim;數(shù)字電子技術(shù);電路仿真

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是高等學(xué)校計算機、電子工程、自動化等專業(yè)的基礎(chǔ)課，在課程體系中占有重要地位，該課程概念多、理論性強、實踐性強且具有較強的工程背景。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，使學(xué)生對于概念、定理的理解僅局限于板書或者多媒體投影的靜態(tài)電路，無法構(gòu)建具體直觀的學(xué)習(xí)模式。

目前，電路仿真軟件Multisim以其界面友好、功能強大和易用性受到電類專業(yè)的師生和工程技術(shù)人員的青睞。如何將電子仿真軟件Multisim與現(xiàn)有教學(xué)手段相結(jié)合，建立更好的教學(xué)方法，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中充分利用教學(xué)資源去領(lǐng)會、理解、掌握課程中的基本概念、基本理論，并做到融會貫通、學(xué)以致用，從而達到更好的學(xué)習(xí)效果是值得研究和探討的問題。

采用Multisim軟件動態(tài)展示電路原理和電路結(jié)構(gòu)，以組合邏輯電路中的編碼器為例，引入優(yōu)先編碼器的Multisim仿真電路，引導(dǎo)學(xué)生針對演示自主提出問題、解決問題并得出結(jié)論，從而對抽象的編碼概念以及電路原理有更深入的理解。

1 Multisim軟件簡介

Multisim 軟件［1－2］源于加拿大 Interactive Image Technologies公司于1998年推出的一個專門用于電子線路仿真和設(shè)計的EDA工具軟件。2005年后，加拿大IIT公司隸屬于美國國家儀器公司，NI公司于2006年初首次推出Multisim9.0版本，2007年初，NI公司又推出最新的NI Multisim10版本。在安裝NI Multisim10軟件的同時，也安裝了與之配套的制版軟件NI Ultiboard10，且兩個軟件位于同一路徑，給用戶使用提供了方便。NI Multisim10軟件已不僅僅局限于電子電路的虛擬仿真，在LabVIEW虛擬儀器、單片機仿真等技術(shù)方面都有更多創(chuàng)新和提高。NI Multisim10具有以下特點［1－2］:(1)直觀的圖形界面，整個操作界面就像一個電子實驗工作臺。(2)豐富的元器件，提供了世界主流元件提供商的超過16 000種元器件。

NI Multisim及其套件在國際上的普及率較高，麻省理工大學(xué)、斯坦福大學(xué)、東京大學(xué)等國外著名高校都在使用這款電路設(shè)計套件。目前，清華大學(xué)、北京大學(xué)、香港理工大學(xué)等眾多高校均開設(shè)了Multisim軟件及其應(yīng)用的相關(guān)課程。2001年以來，該軟件已經(jīng)被應(yīng)用到電路分析基礎(chǔ)［3］、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［4－5］、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［6］、自動控制［7］、通信原理［8］等課程的課堂、實驗教學(xué)等的教學(xué)應(yīng)用當中。

2 編碼器電路及其簡析

在組合邏輯電路的分析與設(shè)計中，編碼器是一種常用的組合邏輯電路。編碼器的邏輯功能是將輸入的每一個高、低電平信號編成與之對應(yīng)的二進制代碼。

常見的編碼器有普通的二進制8－3編碼器、優(yōu)先編碼器，以及二/十進制優(yōu)先編碼器。優(yōu)先編碼器可以允許輸入兩個以上的編碼信號，而只對其中優(yōu)先權(quán)最高的一個進行編碼。以優(yōu)先編碼器74HC148為例，電路如圖1所示。74HC148為8線－3線集成優(yōu)先編碼器，電路正常工作情況下，輸入以低電平為有效信號的編碼信號，則在輸出端輸出相應(yīng)的二進制代碼。其中，S'為選通輸入端，其值為低電平即0時，電路工作;Y'EX為擴展端，其值為0時，電路工作且有編碼輸入，Y'S為選通輸出端，其值為0時，電路工作無編碼輸入，其功能表如表1所示。

圖1 8線－3線優(yōu)先編碼器74HC148

表1 74HC148的功能表

3 編碼器電路仿真設(shè)計

基于Multisim 10的優(yōu)先編碼器仿真電路中集成編碼器采用Multisim元件庫中的優(yōu)先編碼器74LS148，其功能表如表2所示。74LS148的編碼工作原理與74HC148相同，8線－3線優(yōu)先編碼器電路如圖2所示。

圖2 編碼器電路仿真設(shè)計

表2 74LS148的功能表

輸入高低電平的設(shè)置采用外置信號源為Vcc與接地點控制。單刀雙置開關(guān)K控制編碼器的輸入信號的高低電平;輸出端 A'2A'1A'0分別接指示燈 X1、X2、X3，輸出端信號接高電平則指示燈點亮，否則滅。工作時，電路處于編碼工作狀態(tài)時，選通輸出端EO為1，指示燈X5點亮。擴展端GS值為0，電路工作且有編碼輸入。

4 編碼器電路仿真的動態(tài)教學(xué)

首先，在課堂教學(xué)中采用傳統(tǒng)方法講解編碼器的電路組成結(jié)構(gòu)及其工作原理。利用Multisim軟件來構(gòu)建與課堂教學(xué)相呼應(yīng)的電路情境，在編碼器的課堂教學(xué)過程中，將軟件仿真過程與理論教學(xué)相結(jié)合，將數(shù)字電路的運行過程動態(tài)的展示給學(xué)生，使學(xué)生在掌握基本知識的同時，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和認知能力。

利用Multisim軟件，基于74LS148編碼器構(gòu)成8線－3線優(yōu)先編碼器的仿真電路，在教學(xué)過程中，以提出問題的方式，給定仿真電路的不同輸入，將電路的動態(tài)運行結(jié)果與編碼器的工作原理相結(jié)合，闡明編碼器及優(yōu)先編碼器的工作過程，從而使學(xué)生對抽象的組合邏輯電路的工作原理和過程又更直觀的理解。仿真電路的運行結(jié)果如圖3和圖4所示。

(1)仿真電路的編碼實現(xiàn)。采用Multisim軟件，動態(tài)演示編碼器的編碼實現(xiàn)過程。編碼器電路共8個輸入信號，設(shè)其中I'6=0，其余為高電平，運行電路，其結(jié)果如圖3所示，指示燈X1及X5點亮，其余指示燈狀態(tài)為“滅”。

運行結(jié)果說明電路處于編碼工作狀態(tài)，選通輸出端EO為1，指示燈X5點亮;擴展端GS值為0，電路工作且有編碼輸入。編碼信號為I'6=0，編碼器輸出A'2A'1A'0=001。由于編碼器74LS148輸出端以反變量的形式出現(xiàn)，因此，輸出信號對應(yīng)A2A1A0=110，表示十進制數(shù)6，由此可知，圖3所示電路實現(xiàn)了對輸入編碼信號I'6=0的編碼。

圖3 8線－3線編碼器電路運行結(jié)果圖

(2)仿真電路的優(yōu)先編碼分析。優(yōu)先編碼器可以允許輸入兩個以上的編碼信號，而只對其中優(yōu)先權(quán)最高的一個進行編碼。

74LS148優(yōu)先編碼器仿真電路中，同時輸入兩個編碼有效信號，例如I'6=I'5=0，其余輸入為高電平;或同時輸入兩個以上編碼有效信號，其余輸入為高電平。根據(jù)優(yōu)先編碼器的工作原理，上述輸入情況中I'6的優(yōu)先級最高，編碼輸出應(yīng)只對所有輸入編碼中優(yōu)先權(quán)最高的進行編碼。

仿真電路動態(tài)運行結(jié)果分別如圖4(a)和圖4(b)所示，輸出編碼信號均為A'2A'1A'0=001，實現(xiàn)了優(yōu)先編碼的功能。

圖4 編碼器仿真電路的優(yōu)先編碼

5 結(jié)束語

將Multisim10軟件應(yīng)用到《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》的課堂理論教學(xué)中，使軟件仿真與傳統(tǒng)理論授課相結(jié)合，在有限學(xué)時合理組織授課內(nèi)容，利用Multisim 10的軟件的動態(tài)仿真電路結(jié)構(gòu)及其運行過程，將知識有形地、動感地展示給學(xué)生，吸引學(xué)生注意力和興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決問題的能力，從而使理論與實踐相結(jié)合，有效提高教學(xué)效果。

［1］聶典.Multisim 10計算機仿真在電子電路設(shè)計中的應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

［2］王冠華.Multisim10電路設(shè)計及應(yīng)用［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2008.

［3］郭文川.Multisim在電子類課程教學(xué)中的實踐［J］.中國電力教育，2006(4):351－357.

［4］蔣躍文.仿真軟件在探索研究型教學(xué)模式中的應(yīng)用［J］.科技信息:學(xué)術(shù)版，2007(18):111－114.

［5］鄭潔.數(shù)字電子技術(shù)課程實施研究性教學(xué)的探索［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2007，29(6):94 －96.

［6］周正.綜合利用課件與Multisim軟件進行《模擬電子技術(shù)》教學(xué)［J］.科技信息，2009(33):168.

［7］李興山.Multisim和MATLAB聯(lián)合仿真在《自控原理》課程教學(xué)中的運用［J］.科技教育創(chuàng)新，2006(8):267－269.

［8］安長俊，郭振民.基于Multisim 2001的通信電子電路仿真［J］.電氣傳動自動化，2010，32(5):45 －47.

Application of Multisim10 to Digital Electronic Technology Fundamentals Teaching

CHEN Haihua，WANG Hanzhuo
(Information Science and Engineering College，Ocean University of China，Qingdao 266100，China)

The traditional teaching of Digit Electronic Technology usually limits students'understanding of concepts and theories to the static state circuit so that they can not construct a concrete and direct viewing learning mode.This paper introduces a circuit analysis and simulation software Multisim into teaching.It designs and analyzes the priority encoder 74LS148 simulation circuit by the Multisim software.By Multisim，the structure，analysis，coding principle，and dynamic running of the simulation circuit as well as the analysis of the result are shown，which can help students further understand abstract concepts and theories and improves the teaching effect.

Multisim;digit electronic technology;circuit simulation

G420

A

1007－7820(2012)08－141－03

2012-02-28

陳?；?1977—)，女，博士，講師。研究方向:信號與信息處理，海洋遙感，電子仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用等。