齊魯理工學院 王迎勛 王 香 王彩峰 王妍力 臧紅巖
Multisim是美國國家儀器(NI)有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具,適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式,具有豐富的仿真分析能力。
(1)直觀的圖形界面;(2)豐富的元器件;(3)強大的仿真能力;(4)豐富的測試儀器;(5)完備的分析手段;(6)獨特的射頻(RF)模塊;(7)強大的MCU模塊;(8)完善的后處理;(9)詳細的報告;(10)兼容性好的信息轉換。
2.1.1 在理論教學中的應用研究
傳統(tǒng)的數字電子技術的理論教學主要以器件的工作原理和應用為主線,理論性較強,與我國大部分地方應用型高校的發(fā)展存在不一致的相關問題,而且缺乏直觀性、生動性和形象性。理論課程和實驗課程分開進行,學生無法接觸到實物直接用于實驗實現(xiàn),不能將理論很好地與實踐結合。課程設計的題目單思路僵化、缺乏靈活性。
EDA 的出現(xiàn),真正為師生搭建了一個開放性的高效交流平臺。用Multisim13 創(chuàng)建的電路為課堂教學創(chuàng)設了教學情境,把理論教學應用實踐中去,使Multisim交互式地搭建電路原理圖,并對電路進行仿真。學生可以自主的設計電路,提高了學生的自主學習能力和學習興趣;在課堂上,不再是老師“填鴨式”的教學,老師進行提問、啟發(fā)、引導,學生對電路進行不斷地分析、調整,很好的實現(xiàn)了老師和學生的互動教學。加強了理論聯(lián)系實際,在進行真實實驗前,先用計算機進行仿真實驗,既能熟悉元器件和儀器操作,又起到預習試驗的目的,所以電路的仿真實驗是理論和實踐相聯(lián)系的紐帶[3]。
由于《數字電子技術基礎》課程的復雜性,涉及到很多的數學分析和物理分析,教學內容對學生來說抽象難懂,很多基本電路都要進行分析,如組合邏輯電路分析、時序邏輯電路分析等。引入現(xiàn)代EDA設計技術到數字電子技術理論和實踐教學環(huán)節(jié)中,以EDA平臺和硬件描述語言為主要設計手段,以全面提升學生的課程應用能力為宗旨,將傳統(tǒng)的“數字電子技術”課程和“EDA技術”課程深度融合,建立傳統(tǒng)數字電子技術設計和現(xiàn)代設計方法相結合的新課程體系。用 Multisim 13軟件來提高教學質量和教學效率,作為教學工具已成為必然。傳統(tǒng)的一本書、一支粉筆教師講到底的課堂教學模式已經滿足不了現(xiàn)代化教學的需要,在《數字電子技術基礎》教學中利用計算機的電子設計自動化 EDA 軟件教學,已成為一種必然的趨勢[4]。
理論課堂教學是《數字電子技術基礎》課程學習最關鍵的一個教學環(huán)節(jié)。通過實踐證明,用 Multisim13 軟件參與課堂教學能提高課堂教學的質量,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:A:教學方法靈活多變,可以因材施教,提高學生學習興趣;B:教學質量和教學效率明顯提高;C:教學內容豐富多彩;D:學生自主學習、合作學習的意識和能力有所增強。
實驗教學也是數字電子技術基礎教學的重要環(huán)節(jié),總共占據了24個學時。通過實驗能夠鞏固數字電路基礎知識,培養(yǎng)學生的實踐技能、動手能力、分析問題和解決問題的能力,啟發(fā)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維潛力[4]。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:A:克服實驗室器材的不足。B:為學生提供理想的教學實驗環(huán)境。C:在開展硬件實驗的同時,可以輔以仿真實驗。D:有利于開展具有創(chuàng)造性的開放式實驗。E:利用 Multisim13 軟件,進行實驗前的仿真分析.實驗通常包括實驗預習、實驗過程和實驗報告三個環(huán)節(jié)。
3.1.1 一位全加器簡介
全加器能進行加數、被加數和低位來的進位信號相加,并根據求和結果給出該位的進位信號。一位全加器的真值表和邏輯圖分別如圖3.1和3.2所示。
圖3 .1 一位全加器真值表
圖3 .2 一位全加器的邏輯圖
3.1.2 一位全加器的仿真與分析
當A=B=1,Ci=0時,S=0,Co=1,仿真結果如圖3.3所示。
圖3 .3
74LS161是四位二進制同步加法計數器,計數范圍是0-15,具有異步清零、同步置數、保持和二進制加法計數等邏輯功能。用 74LS161設計十進制計數器,其仿真結果如圖3.4所示。
圖3 .4
Multisim13軟件的出現(xiàn)使數字電子技術的教學有了新的突破,引發(fā)了教師的教學方法、學生的學習方法、成績考核和課程評價等一系列的連鎖變革,通過Multisim13軟件,學生可以自己連接電路、分析電路、設計電路,在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、分析問題和解決問題,在教學過程學生由被動變?yōu)橹鲃?,通過學生自主分析設計電路,加深了對理論知識的理解,提高了自主學習能力和創(chuàng)新能力,并能充分調動學生學習的積極性與主動性,激發(fā)學生的求知欲望,使學生由“要我學”轉變?yōu)椤拔乙獙W”,大大提高了學習效率。
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