Multisim在數(shù)字電路教學(xué)中的應(yīng)用研究

Multisi解決了傳統(tǒng)數(shù)字電路教學(xué)中的諸多弊端，使課堂教學(xué)生動易懂，通過對電路的仿真，使實驗教學(xué)效果明顯，也更容易發(fā)現(xiàn)設(shè)計弊端。因此，在教學(xué)過程中需要將數(shù)字電子技術(shù)與Multisim極其緊密的聯(lián)系在一起。本文主旨是在探索Multisim在數(shù)字電路的教學(xué)過程中將兩者的結(jié)合滲透于課堂教學(xué)和實驗。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路 Multism

傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課程的時候，需要在課堂接受理論講授，然后在其他實踐、不同的實驗室參加驗證性實驗，這是一個從腦到手的學(xué)習(xí)過程，它要求學(xué)生有較強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)能力，較好的聽課、筆記和驗證性思考的習(xí)慣。數(shù)字電路是高職高專電子信息類學(xué)生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，以往傳統(tǒng)的教學(xué)模式將限制學(xué)生的思維發(fā)展。新的教育觀念和科學(xué)技術(shù)推動傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行及時的更新、不斷的補(bǔ)充。尤其是近幾年EDA技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)成為了電子產(chǎn)品重要的工具和手段，因此，將EDA技術(shù)引入到數(shù)字電路的教學(xué)過程，是一個值得探討的課題。

1 傳統(tǒng)教學(xué)課程現(xiàn)狀分析及存在的問題

數(shù)字電路主要對數(shù)字信號進(jìn)行處理的電子電路，是集成電路的基本器件。常用的是三人表決器、四路搶答電路、數(shù)碼顯示電路、數(shù)字電子鐘等電路。其特點是對電路的基本原理的理解和其設(shè)計分析的方法。由于該課程的傳統(tǒng)主流教學(xué)方法還是教學(xué)部分以介紹理論為主，伴有簡單的案例，往往學(xué)生覺得枯燥難懂；而實驗部分則往往是利用實驗箱和大量的集成芯片與導(dǎo)線連接完成，對于復(fù)雜的數(shù)字電路實驗實現(xiàn)難度較大，只要有一根導(dǎo)線連接有問題，全盤實驗宣布失敗，學(xué)生每節(jié)課要花費(fèi)大部分的時間來選擇導(dǎo)線，電路故障排查較復(fù)雜。大多數(shù)的學(xué)生認(rèn)知只停留在試驗箱的使用和芯片引腳的連接，而對數(shù)字電路的整體設(shè)計思路和理論知識不能結(jié)合應(yīng)用。學(xué)生的主動行沒有很好的發(fā)揮出來，一方面在課堂理論教學(xué)中學(xué)生是在被動的學(xué)習(xí)和接受，另一方面實驗課堂上，學(xué)生只顧完成規(guī)定的實驗內(nèi)容，完全沒有去思考如何把課堂理論教學(xué)學(xué)到的知識用來設(shè)計。這使得理論部分和實驗部分的教學(xué)從形式上沒有達(dá)到真正的統(tǒng)一，也沒有使二者進(jìn)行無縫鏈接。這使得學(xué)生無論從理論和實踐的連接上還是從二者的時間聯(lián)系上都無法進(jìn)行平穩(wěn)的過渡，并且在問題的尋找和實際的創(chuàng)新方面也沒有到提高。所以數(shù)字電路的教學(xué)改革非常必要。

2 Multisim的簡介

Multisim是早期EWB的升級換代的產(chǎn)品。Multisim提供了強(qiáng)大的電子仿真設(shè)計界面，將原理圖的創(chuàng)建、電路的測試分析和結(jié)果的圖表顯示等都集中在同一個電路窗口中。整個操作界面就像一個實驗工作臺，有存放仿真元器件的元件箱，有存放測試儀器的儀表庫，有進(jìn)行仿真分析的各種操作命令。測試儀器和仿真元器件的外形和實物非常接近，操作方法也基本相同，所以這個平臺將虛擬儀器技術(shù)的靈活性擴(kuò)展到電子設(shè)計者的工作臺上，彌補(bǔ)了測試與設(shè)計功能之間的缺口。使電子線路的仿真更為高效，當(dāng)改變電路連接或改變器件參數(shù)，對于電路仿真時，可以清楚的觀察到各種變化對電路性能的影響，所以廣泛應(yīng)用于各類電路的仿真，以便非常方便的比較仿真數(shù)據(jù)和真實數(shù)據(jù)，規(guī)避設(shè)計上的反復(fù)。

3 將Multisim引入到數(shù)字電路的教學(xué)中

（1）在數(shù)電的基礎(chǔ)知識單元，往往涉及到邏輯函數(shù)的化簡，而學(xué)生對化簡的結(jié)果不是很確定，我們就需要先讓學(xué)生直接化簡，然后用虛擬儀器邏輯轉(zhuǎn)換儀來對剛剛的結(jié)果進(jìn)行檢測。這樣學(xué)生就能很清楚自己的化簡是否達(dá)到了最簡。

（2）在對各種數(shù)電基本門電路和組合邏輯電路、時序邏輯電路的分析時。我們首先快速了解一下設(shè)計電路一些必備的知識，而不拘泥于知識的背景和推導(dǎo)過程。在介紹所需必備知識后，我們快速用Multism來對剛講的電路進(jìn)行仿真。學(xué)生可以通過電腦利用EDA工具軟件建立數(shù)字電路的虛擬環(huán)境，對電路進(jìn)行觀察、分析、設(shè)計。比如編碼器和譯碼器的概念很多學(xué)生永遠(yuǎn)要混淆，我們在教授的過程中先分析，然后用字信號發(fā)生器和邏輯分析儀仿真，讓學(xué)生明白這兩種儀器最大的區(qū)別在哪里。還有計數(shù)器、555定時器等等。這種將電路的仿真直接放到教學(xué)中的交互學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生對課程的興趣大大提升。

（3）對各類電子電路的設(shè)計的教學(xué)過程中，將電路設(shè)計理論推導(dǎo)和設(shè)計的整體框架思路集思廣益，分成各個興趣小組，每個小組都可以自主設(shè)計，使學(xué)生能夠?qū)ν浑娐酚枚喾N形式進(jìn)行編寫，然后把各個小組學(xué)生討論出來的設(shè)計電路都在仿真電路上仿真，通過用Multism的仿真，再比較參數(shù)，找出最符合設(shè)計要求的那組作品。學(xué)生在分析設(shè)計以及仿真過程中都參與其中，能快速把理論結(jié)合實踐來運(yùn)用。

（4）設(shè)計實驗時，一定考慮學(xué)生的體驗和成就感。為學(xué)生設(shè)計小的案例，這些小案例都是針對章節(jié)進(jìn)行設(shè)計的，要求學(xué)生通過仿真方法達(dá)到實驗效果，然后再傳統(tǒng)的實驗箱上把仿真電路再用導(dǎo)線連接一遍排查問題，更加了解各個芯片引腳的具體功能，這樣當(dāng)實驗結(jié)束后，老師指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)、對模塊從新修改組裝或者用相似功能的芯片來替代原有芯片，最終做出各種電路，使學(xué)生能夠具有成就感。

4 結(jié)語

通過這種教學(xué)實踐過程的檢驗，我們發(fā)現(xiàn)這樣的教學(xué)方法是行之有效的。數(shù)字電路在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教學(xué)重點是以邏輯門和觸發(fā)器等集成電路芯片為承載媒介、采用真值表和邏輯表達(dá)式作為設(shè)計分析的表達(dá)方式，然后實驗部分通過人工連接調(diào)試完成的數(shù)字電路設(shè)計，而改革后的數(shù)字電路的教學(xué)過程中引入Multisim仿真電路，使這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式變得輕松有趣，學(xué)生學(xué)習(xí)起來也更加簡單，不會出現(xiàn)以往上到那忘到那的現(xiàn)象。通過教學(xué)實踐，增加技能考核與能力培養(yǎng)內(nèi)容，實施“帶著問題去設(shè)計”教學(xué)模式，，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性明顯提高，積極主動思考問題，基礎(chǔ)好的學(xué)生在能夠驗課上用不同的芯片來完成相同的設(shè)計，從而改進(jìn)設(shè)計方案再做實驗，同時學(xué)生實踐操作和動手能力切實提高。學(xué)生能夠獨(dú)立完成方案設(shè)計、器件選擇、電路調(diào)試。它為高職高專的電子類設(shè)計學(xué)生提供了一種現(xiàn)代的電子設(shè)計技術(shù)和更廣闊的就業(yè)崗位。

參考文獻(xiàn)

[1]姜大源.德國職業(yè)教育學(xué)習(xí)領(lǐng)域的課程方案研究[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2007（02）.

[2]瞿新南，聶章龍.高職數(shù)字電路課程教學(xué)改革探索[J].新課程研究，2008（126）.

[3]郭廣靈，段守敏，等.電工電子技術(shù)課程教學(xué)改革與實踐[J].中國電力教育，2011（25）.

[4]黃成，翟麗芳.EDA技術(shù)及應(yīng)用課程教學(xué)改革與實踐[J].江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2009，15（04）.

作者簡介

劉竹（1982-），女，四川省遂寧市人。碩士學(xué)位。現(xiàn)為四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系講師。主要從事電子信息類教育工作。

作者單位

四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川省遂寧市 629000endprint