基于Multisim 14.0的組合邏輯電路在“物聯(lián)網(wǎng)電子技術”課程中的應用

李 平，高 云，李 陽

（江蘇信息職業(yè)技術學院 物聯(lián)網(wǎng)工程學院，江蘇 無錫 214153）

0 引 言

“物聯(lián)網(wǎng)電子技術”是物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)的專業(yè)基礎課程[1]，具有知識點繁多、實踐性較強等特點。課程的任務在于培養(yǎng)學生的思想創(chuàng)新能力，樹立理論聯(lián)系實際的工程觀點和提高學生分析問題和解決問題的能力[2]，提高綜合素質(zhì)。課程共有3部分知識塊，分別是電路分析基礎、模擬電路技術、數(shù)字電路技術[3]。在分析模擬電路[4]時考慮其輸出信號與輸入信號在振幅大小、頻率等方面的變化關系；數(shù)字電路只考慮輸出和輸入的電平變化規(guī)律等。本文在研究分析數(shù)字電路的基礎上，教授學生設計組合邏輯電路，讓學生了解數(shù)字電路的優(yōu)點，并能對數(shù)字電路進行靈活分析和設計。

本文采用Multisim 14.0仿真軟件[5-8]，Multisim 14.0是原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，軟件提供了物聯(lián)網(wǎng)電子技術的主要硬件設備，打破了時間和空間的壁壘，讓學生能夠隨時隨地在仿真平臺上進行自主學習和開發(fā)，進一步增強學生的學習興趣和學習積極性。同時，采用銳捷網(wǎng)絡云桌面虛擬系統(tǒng)，在此系統(tǒng)里提前下載好Multisim 14.0仿真軟件。即使教師在備課過程中忘記攜帶筆記本電腦，也可以在其他電腦中登錄此系統(tǒng)并進行電路教學設計。

本文以組合邏輯電路[9-10]中全加器電路為例，講解組合邏輯電路里互為逆過程的設計和分析，讓學生充分掌握、理解數(shù)字電路，并最終能夠獨立設計電路。

1 學情分析

授課對象為物聯(lián)網(wǎng)應用與技術專業(yè)2020級學生，前導課程有“高等數(shù)學”，后續(xù)課程有“物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點開發(fā)”“物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃與組建”。這些學生對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關鍵技術已經(jīng)進行了理論和實踐學習，具有一定的程序設計思路和實際編程能力。

2 教學策略

Multisim 14.0仿真軟件[11]是提供物聯(lián)網(wǎng)電子技術的主要底層硬件設備之一，打破了時間和空間的壁壘，不僅幫助學生在預習和復習階段節(jié)省了大量時間，還能夠讓學生隨時隨地在仿真平臺上進行自主學習和開發(fā)，提升了學習興趣。

3 實例展示

在數(shù)字電路的組合邏輯電路學習過程中，通過采用以下設計方案，讓學生掌握組合邏輯電路的設計技巧。

3.1 設計方法

設計一全加器電路：

（1）根據(jù)給定條件和最終實現(xiàn)的功能，首先對邏輯變量和邏輯函數(shù)進行定義，用相應字母表示，再用0和1各表示一種狀態(tài)，由此找出邏輯變量和邏輯函數(shù)之間的關系。

（2）根據(jù)邏輯變量和邏輯函數(shù)之間的關系列出真值表，根據(jù)真值表寫出邏輯表達式。

（3）對邏輯函數(shù)進行化簡處理。

（4）根據(jù)最簡邏輯表達式繪制相應邏輯電路。

3.2 電路變量分析

定義輸入、輸出邏輯變量，并將文字敘述抽象為邏輯描述。根據(jù)題意可知，該系統(tǒng)的輸入變量有3個，即A、B、C，分別用0、1來表示，輸出變量為F、G，其中G為進位。

（1）根據(jù)邏輯功能要求列出真值表，見表1所列。

表1 全加器真值表

（2）由邏輯狀態(tài)寫出表達式，分別如下：

（3）化簡邏輯式：

F1卡諾圖化簡如圖1所示。

圖1 F1卡諾圖化簡

（4）由于在制作邏輯電路的過程中，一塊集成芯片往往有多個同類門電路，所以在構(gòu)成具體邏輯電路時，通常只選用一種門電路，而且一般選用與非門較多。因此，全加器的邏輯函數(shù)可利用反演律，即：

（5）繪制全加器邏輯圖，如圖2所示。全加器電路的設計基本完成，教學目的在于讓學生掌握電路設計知識，擁有電路分析能力。全加器電路如圖3所示。

圖2 全加器邏輯圖

圖3 全加器電路

3.3 全加器電路分析

（1）對邏輯圖用逐級遞推法寫出F和G的邏輯函數(shù)表達式：

（2）用代數(shù)法化簡邏輯函數(shù)：

（3）列出真值表。

（4）進行邏輯功能分析，觀察真值表可得出電路的特點，即全加器的含義。

教學過程中，根據(jù)學生的學習能力，分任務完成，以學生學習知識為重點，通過向?qū)W生展示理論與實踐相結(jié)合的操作，完成組合邏輯電路的設計與仿真，真正解決實際邏輯問題。完成課堂知識講授，能夠讓學生更有效地掌握電工電子的知識與方法。

4 結(jié) 語

本課程的教學探索不僅在促進學生知識理解、能力掌握、素養(yǎng)提升三方面成效明顯，也能通過仿真練習讓學生主動學習、主動實踐，很好地完成了“能仿、會變、可展示”的教學目標。最終通過組合邏輯電路的設計學習，增強了學生的自我學習意識，學生可通過動手操作提高自我調(diào)節(jié)能力。