基于Multisim和FPGA的數(shù)字電路課程教學(xué)改革與研究

【摘要】隨著科技的發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)（EDA）技術(shù)越來(lái)越成熟，不斷走進(jìn)數(shù)字電路課堂中，然而數(shù)字電路課程內(nèi)容復(fù)雜，理論知識(shí)抽象，學(xué)生在理解學(xué)習(xí)過(guò)程中存在很多困難，所以必須要對(duì)數(shù)字電路課程實(shí)施教學(xué)改革。本文提出將Multisim和FPGA仿真軟件引入到數(shù)字電路課堂中進(jìn)行實(shí)例仿真和課程教學(xué)，將FPGA軟件引入到數(shù)字電路課程中，能夠幫助學(xué)生更好更快的掌握數(shù)字電路芯片內(nèi)部的電路設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)復(fù)雜抽象的理論知識(shí)與仿真技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，以更加直觀具體、形象生動(dòng)的方式展現(xiàn)出來(lái)，這樣能夠大大提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)造能力，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路 Multisim仿真 FPGA仿真 課程教學(xué)改革

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）36-0026-02

在電子信息類專業(yè)，數(shù)字電路是學(xué)生必須要涉及到學(xué)習(xí)到的基礎(chǔ)課程。數(shù)字電路課程由于理論性極強(qiáng)，所以內(nèi)容往往比較抽象，而數(shù)字電路課程包含大量的內(nèi)容，如果教師在上課時(shí)對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都有細(xì)致的劃分和講解，那么僅僅依靠每學(xué)期的課時(shí)根本無(wú)法完成授課任務(wù)，所以教師在每堂數(shù)字電路課都會(huì)講解大量的內(nèi)容，而抽象的理論知識(shí)，繁瑣的器件構(gòu)造以及復(fù)雜的使用過(guò)程都使得學(xué)生的吸收學(xué)習(xí)變得極為困難。很多信息類專業(yè)的學(xué)生無(wú)法真正掌握數(shù)字電路課程的重點(diǎn)和使用過(guò)程，只是將學(xué)到的內(nèi)容不斷堆砌起來(lái)。

本文對(duì)基于Multisim和FPGA的數(shù)字電路課程教學(xué)改革進(jìn)行研究，分別分析了利用Multisim仿真和FPGA仿真進(jìn)行的課程改革過(guò)程。通過(guò)本文的分析可以發(fā)現(xiàn)利用Multisim和FPGA仿真軟件輔助電路設(shè)計(jì)，可以大大提高電路設(shè)計(jì)的成功概率，更重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)電路的能力，提升分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的水平[1]。

一、基于Multisim的數(shù)字電路課程教學(xué)改革與研究

隨著科技的發(fā)展，各種技術(shù)都不斷成熟，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)（EDA）也愈加完善，走進(jìn)電子信息類專業(yè)學(xué)生的課堂中，成為學(xué)生必須要掌握的技能之一。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)在教學(xué)中引入Multisim和Proteus等電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化仿真軟件演示電子器件的使用過(guò)程和功能，幫助電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)更好的融入課堂，同時(shí)可以很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和創(chuàng)造能力。

數(shù)字電路包含的零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括計(jì)數(shù)器、非門、門電路、定時(shí)器、組合邏輯電路、D觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、BCD譯碼器、顯示器、精密電位器、寄存器、數(shù)碼管、AD/DA轉(zhuǎn)換器等等。這些零件在使用過(guò)程會(huì)涉及到大量的數(shù)據(jù)，因此必須要提供豐富的元件數(shù)據(jù)庫(kù)，Multisim仿真軟件能夠做到這一點(diǎn)，它不僅僅能夠?yàn)殡娮与娐贩抡嫣峁?shù)據(jù)資源，同時(shí)還能提供各種各樣的仿真儀器（示波器、分析儀、萬(wàn)用表等）。Multisim的提出和使用已有多年歷史，是Windows中最基礎(chǔ)的仿真軟件，仿真分析能力也已經(jīng)相當(dāng)完善，能夠?qū)㈦娐吩硪詧D像的方式完整的輸入進(jìn)電腦。將Multisim仿真軟件引入到數(shù)字電路課堂上，能夠幫助學(xué)生更好地了解電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的概念原理，更快地掌握技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程、使用方法以及注意事項(xiàng)等等[2]。

二、基于FPGA的數(shù)字電路課程教學(xué)改革與研究

FPGA軟件由Labcenter Electronics軟件公司研發(fā)，F(xiàn)PGA軟件是一種嵌入式設(shè)計(jì)平臺(tái)，具有能夠?qū)?nèi)部數(shù)字電路、模擬電路和外部混合電路連接起來(lái)的功能，連接過(guò)程能夠有效實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)仿真、軟件系統(tǒng)仿真以及多種處理器仿真等等，同事還能實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)功能，對(duì)EDA軟件工具進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試[3]。

將FPGA軟件引入到數(shù)字電路課程中，能夠幫助學(xué)生更好更快的掌握數(shù)字電路芯片內(nèi)部的電路設(shè)計(jì)過(guò)程，也能幫助學(xué)生更直觀地了解內(nèi)部芯片（如單片機(jī)、顯示器、數(shù)碼管等）的工作原理，使學(xué)生在后續(xù)學(xué)習(xí)過(guò)程更加輕松，在自主設(shè)計(jì)電路時(shí)，能夠考慮接口的設(shè)計(jì)，擁有綜合設(shè)計(jì)能力。Multisim和FPGA仿真軟件在數(shù)字電路課程教學(xué)改革中的應(yīng)用以及優(yōu)勢(shì)如下表1所示[4]：

分析表1可知，將Multisim和FPGA仿真軟件引入到數(shù)字電路課程改革中能夠改善傳統(tǒng)教學(xué)模式內(nèi)容抽象，學(xué)生理解不深入的問(wèn)題，更好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文的分析可以了解到目前的數(shù)字電路課程存在很多問(wèn)題，例如每學(xué)期課時(shí)不夠、課堂內(nèi)容復(fù)雜抽象、教師在每堂課中講解的內(nèi)容過(guò)多等等，這些都極其不利于學(xué)生的吸收學(xué)習(xí)，大大降低學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對(duì)數(shù)字電路課程實(shí)施教學(xué)改革已經(jīng)成為迫在眉睫的任務(wù)。將Multisim和Protcus仿真軟件引入到數(shù)字電路課堂中，能夠?qū)⒄n堂內(nèi)容更加直觀具體地展現(xiàn)出來(lái)，幫助學(xué)生更好地理解電路設(shè)計(jì)過(guò)程，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是對(duì)數(shù)字電路課程實(shí)施教學(xué)改革的有效方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)國(guó)紅，趙文來(lái)，張水英.基于Multisim和FPGA的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與研究[J].中國(guó)校外教育旬刊，2013（z1）.

[2]倪德克，師亞莉，朱旭花，等.EDA技術(shù)在數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革中的探索與實(shí)踐[J].大學(xué)教育，2016（4）：118-119.

[3]楊慧晶，于斌，任明遠(yuǎn).基于FPGA課程的教學(xué)改革探究[J].黑龍江教育：高教研究與評(píng)估版，2014（9）：8-9.[4]楊奇，楊蓮紅，王超.基于Multisim10.0與FPGA的血型配對(duì)指示電路的設(shè)計(jì)與仿真[J].高師理科學(xué)刊，2012（5）：39-42.

基金項(xiàng)目：寶雞文理學(xué)院教改項(xiàng)目：17JGYB57

作者簡(jiǎn)介：周新淳（1983-），男（漢族），陜西寶雞人，碩士研究生，講師，主要研究方向：通信技術(shù)、單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)研究。endprint