Multisim13.0軟件在組合邏輯電路教學(xué)中的應(yīng)用

韓新風(fēng)，李　勇，何恩節(jié)，姚　潔

(安徽科技學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院， 安徽　鳳陽　233100)

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Multisim13.0軟件在組合邏輯電路教學(xué)中的應(yīng)用

韓新風(fēng)，李勇，何恩節(jié)，姚潔

(安徽科技學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院， 安徽鳳陽233100)

[摘要]NI公司的Mulitisim13.0是一款功能強(qiáng)大的教學(xué)、科研和電路設(shè)計軟件.該軟件具有強(qiáng)大的虛擬仿真功能，將其引入到《數(shù)字電子技術(shù)》課程的組合邏輯電路教學(xué)中，利用該軟件的仿真功能，結(jié)合組合邏輯電路分析和設(shè)計的實(shí)例，形象、直觀地顯示電路分析和設(shè)計過程和結(jié)果，不僅可以有效降低教學(xué)成本，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，而且對培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力與創(chuàng)新意識具有重要意義.

[關(guān)鍵詞]Mulitisim13.0；數(shù)字電子技術(shù)；組合邏輯電路；教學(xué)

數(shù)字電子技術(shù)課程是電子類、自動化類和計算機(jī)類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性[1].高校多媒體教學(xué)的普及，為數(shù)字電子技術(shù)課堂教學(xué)引入EDA(Electronic Design Automation)仿真軟件提供了便利條件.結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)課堂教學(xué)中的具體電路，借助于仿真軟件形象地展示電路的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行結(jié)果，可以使得教學(xué)內(nèi)容更加生動、形象，用“以虛代實(shí)，以軟代硬”的方法大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[2].

1Multisim13.0仿真軟件簡介

NI Multisim軟件是美國國家儀器(NI)有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的一個專門用于電子電路仿真與設(shè)計的EDA工具軟件，Multisim13.0是該軟件的最新版本.該軟件以圖形界面為主，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟悉程度使用.它還具有龐大的元器件模型參數(shù)庫和功能齊全的儀器儀表庫，能夠完成直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析等十幾種電路分析功能.

2Multisim13.0在組合邏輯電路教學(xué)中的應(yīng)用

數(shù)字電子技術(shù)課程中的數(shù)字電路主要有兩類：組合邏輯電路和時序邏輯電路.筆者將Multisim13.0仿真軟件引入組合邏輯電路的教學(xué)中, 可以改善教學(xué)環(huán)境, 提高教學(xué)效果.

2.1輔助課堂基本教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在數(shù)字電子技術(shù)的課堂教學(xué)中，有很多知識點(diǎn)比較抽象.學(xué)生無法真實(shí)感受到器件和電路功能的可實(shí)現(xiàn)性，無法把理論和實(shí)際聯(lián)系在一起，容易形成該課程抽象、難學(xué)的印象，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣缺乏、教學(xué)效果差.

在Multisim13.0軟件提供的虛擬仿真平臺上構(gòu)建電路，仿真運(yùn)行后，能夠把電路運(yùn)行后的效果呈現(xiàn)在學(xué)生面前，便于學(xué)生化抽象為具體，化被動為主動，提高學(xué)習(xí)興趣.例如，可以利用指示器件加深學(xué)生的形象記憶.

Multisim13.0軟件平臺的指示器件庫中含有8種可以用來顯示電路仿真結(jié)果的顯示器件.在數(shù)字電路中常用的有探針(Probe)、發(fā)光二極管(LED)、蜂鳴器(Buzzer)、燈泡(Lamp)、十六進(jìn)制顯示器(Hex Displays)、條形光柱等指示器件.利用這些指示器件的聲光效果，可以顯示電路的運(yùn)行過程與結(jié)果.

例如，在學(xué)習(xí)編碼器時，可以構(gòu)建如圖1所示的編碼器功能驗(yàn)證電路.其中74148N是8線-3線優(yōu)先編碼器，輸入狀態(tài)D0~D7，用“VCC”和“GND”表示輸入端信號的“高”“低”電平狀態(tài).解碼輸出端用發(fā)光二極管LED1、LED2、LED3來分別顯示各輸出端的輸出狀態(tài)；當(dāng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，表明輸出狀態(tài)為“1”；當(dāng)發(fā)光二極管熄滅時，表明輸出狀態(tài)為“0”.74148的選通輸出端和擴(kuò)展端的狀態(tài)用萬用表來顯示.當(dāng)輸入端有不同組合輸入時，輸出情況可以通過發(fā)光二極管顯示.

圖1　74148編碼器功能驗(yàn)證電路

2.2輔助完成組合邏輯電路的分析與設(shè)計教學(xué)

數(shù)字電子技術(shù)課程不僅要求學(xué)生掌握基本理論和知識，還要掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能和分析、解決實(shí)際問題的能力.但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)儀器耗資大，很難建立完備的實(shí)驗(yàn)平臺和器件庫.這使得開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目受到很大的限制.但將Multisim13.0 引入數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)，可以彌補(bǔ)硬件不足.

2.2.1加深學(xué)生對基本器件和基本邏輯電路的理解

(1)加深對基本器件功能的理解.例如，在學(xué)習(xí)門電路中的異或門時，可以建立異或門功能驗(yàn)證電路如圖2(a)所示.改變電路中兩個開關(guān)的狀態(tài)來觀察異或門的輸出情況：當(dāng)指示燈亮?xí)r，輸出為“1”；指示燈熄滅時，輸出為“0”.還可以通過Multisim13.0中的“l(fā)ogic converter”得到邏輯圖與真值表，如圖2(b)所示.

(a)異或門邏輯圖

(b) “l(fā)ogic converter”得到的真值表

(2)進(jìn)一步掌握由基本器件構(gòu)成的邏輯電路的功能.例如，7442是BCD-十進(jìn)制譯碼器[4].為理解其功能，建立如圖3所示的電路.

圖3　BCD-十進(jìn)制譯碼器7442功能驗(yàn)證邏輯圖

在以上電路的基礎(chǔ)上，學(xué)生容易理解由7442構(gòu)成的如圖4所示的電路功能.

2.2.2驗(yàn)證組合邏輯電路的分析結(jié)果

在分析一個給出的組合邏輯電路時，就是要以更加直觀的方式來說明它的邏輯功能[5,6].

在課程教學(xué)中采用例1電路進(jìn)行組合邏輯電路分析方法教學(xué)時，可借助Multisim13.0軟件的“l(fā)ogic converter”來驗(yàn)證分析的結(jié)果.

圖4　7442構(gòu)成的邏輯函數(shù)的功能驗(yàn)證邏輯圖

例1：分析圖5所示的邏輯電路，寫出它的邏輯函數(shù)式，列出真值表，說明這個電路具有什么功能.

圖5　例1的組合邏輯電路

驗(yàn)證過程如下：

(1)在Multisim13.0軟件仿真平臺下，構(gòu)建如圖5所示的邏輯電路圖.

(2)在Multisim13.0軟件右側(cè)的虛擬儀器欄內(nèi)找到“l(fā)ogic converter”置于工作區(qū)，并將“l(fā)ogic converter”的輸入端和輸出端分別連接圖5所示的邏輯電路的輸入端和輸出端.將“l(fā)ogic converter”連接在電路中得到如圖6所示邏輯圖.

圖6　將“l(fā)ogic converter”連接于電路邏輯圖

圖7　顯示有真值表和邏輯函數(shù)式的“l(fā)ogic converter”圖

2.2.3輔助完成組合邏輯電路的設(shè)計

在組合邏輯電路的設(shè)計過程中，根據(jù)邏輯抽象的結(jié)果可得邏輯函數(shù)真值表，借助于Multisim13.0軟件的“l(fā)ogic converter”儀器，可以在輸入真值表后得到邏輯函數(shù)式和邏輯圖.設(shè)計過程見例2.

例2：設(shè)計一個交通信號燈的監(jiān)視電路.當(dāng)紅綠黃燈中出現(xiàn)兩個或三個同時亮，或者三個燈同時滅的情況，監(jiān)視電路可以給出故障報警信號，其余情況均工作正常.

解：根據(jù)設(shè)計電路的要求，輸入變量有3個，設(shè)R、G、Y分別表示紅綠黃燈.為“1”時表示燈亮，為“0”表示燈滅；輸出變量設(shè)為L，為“1”時表示故障狀態(tài)，為“0”時表示正常工作狀態(tài).

圖8　“l(fā)ogic converter”頁面輸入變量設(shè)置圖

把圖8中每行的“？”改為對應(yīng)的輸出結(jié)果即可.修改方法：鼠標(biāo)單擊“？”一次，“？”會變?yōu)椤?”，再點(diǎn)擊一次，會變?yōu)椤?”.循環(huán)往復(fù)，將根據(jù)邏輯抽象得到的真值表輸入圖8所示的“l(fā)ogic converter-XLC1”頁面.輸入后的結(jié)果如圖9所示.

圖9　“l(fā)ogic converter”頁面真值表輸入后結(jié)果

圖10　與或門構(gòu)成的邏輯圖

圖11　與非門構(gòu)成的邏輯圖

3結(jié)語

本文將Multisim13.0應(yīng)用于數(shù)字電子技術(shù)組合邏輯電路的教學(xué)中，可以有效提升學(xué)生對組合邏輯電路的認(rèn)識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)課程的興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力.

[參考文獻(xiàn)]

[1]郭仿軍. 數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的改革與探索[J]. 重慶文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2009(2):58-60.

[2]景展,陸小花. Multisim在動態(tài)電路教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 大學(xué)教育,2014(12):89-90.

[3]田永剛,武岳山. 采用Multisim 輔助數(shù)字電路設(shè)計的研究[J].國外電子測量技術(shù), 2007, 26(2):35-37.

[4]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京:高等教育出版社,1998.

[5]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基本教程[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2007.

[6]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

(責(zé)任編輯吳強(qiáng))

Application of Multisim 13.0 software in the teaching of combinational logic circuit

HAN Xinfeng, LI Yong, HE Enjie, YAO Jie

(College of Electrical and Electronic Engineering, Anhui University of Science and Technology, Fengyang Anhui 233100, China)

Abstract：Multisim 13.0 of NI Company is a powerful software of circuit design, teaching and scientific research. It has a strong function of virtual simulation. It was introduced to the teaching of combinational logic circuit in the “Digital Electronics Technology” course. The process and result of the analysis or design of circuit was displayed vividly and visually by using the software of simulation function. This can not only reduce the cost of teaching and stimulate students’ interest in learning, but also improve teaching effectiveness. It has important practical significance for cultivating the learning ability, practical ability and improving the innovation consciousness.

Key words：Mulitisim13.0; digital electronics technology; combinational logic circuit; teaching

[中圖分類號]TN79+1

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]1673-8004(2016)02-0075-04

[作者簡介]韓新風(fēng)(1983—)，女，山東濱州人，講師，碩士，主要從事電子電路方面的研究.

[基金項(xiàng)目]安徽省教育廳重點(diǎn)教學(xué)研究項(xiàng)目(2015jyxm253)；安徽省教壇新秀項(xiàng)目(086JFK14)；安徽科技學(xué)院校級教研項(xiàng)目(X2014084).

[收稿日期]2015-10-27