Multisim在电子技术教学的作用

Multisim在《数字电子技术》实验教学中的应用

Multisim最早是由加拿大IIT公司于2001年继EWB软件后开发的一款电子自动化设计软件Multisim2001，2003年加拿大IIT公司又对其进行改进升级为Multisim7，2004年又推出了Multisim8。2005年后加拿大IIT公司隶属于美国国家仪器公司(NI公司)并于2006年由美国NI公司推出Multisim9版本。2007年初美国NI公司又推出了NIMultisim10版本。Multisim向用户提供一个全方位功能强大的电子虚拟实验平台。其内部包含型号丰富的元件库和功能齐全外形逼真的各类主流型虚拟仪器。可完成对模拟电路、数字电路、模数混合电路的设计、搭建、仪器检测与调试等功能，其最大的亮点是具有强大的电路仿真功能。用户只需轻点鼠标即可观看到逼真的电路运行效果。

(一)Multisim应用在验证性实验教学中

验证性实验教学主要以验证常规电路功能原理为目的加强学生对基本知识的理解和掌握基本操作实践能力。通常在实际实验前教师会将实验过程和内容包括实验电路的连线方法和测量调试在虚拟实验平台上以现场仿真的形式完整演示一遍，演示过程中教师可以针对实验操作内容的重点和难点进行细化、强化。以74LS161计数器逻辑功能验证实验为例。本实验目的要求学生验证计数器的计数功能、预置数功能、清零功能并通过使用逻辑分析仪观察输出端的变化状态掌握验证电路的连接方法和功能原理。

1.计数器74LS161计数功能仿真验证。(1)搭建电路。实验仿真电路如图1：在Multisim环境中调用脉冲电源、发光管、数码管等元件和逻辑分析仪，搭建计数器仿真电路。其中在74LS161输出端QDQCQBQA和RCO通过连接发光管观察输出高低电平，若发光管亮则输出为1，灭则输出为0。输入端通过切换开关实现在高低电平间切换。(2)运行电路实现功能仿真。电路对输入时钟脉冲进行计数，输出端QDQCQBQA的四个发光管依次按0000、0001、直至1111递增规律依次点亮，同时数码管依次循环显示0-F代码。整个计数过程RCO端发光管只有当第15个脉冲触发沿到来时(显示F代码)点亮RCO=1，但仅仅维持一个计数脉冲周期后息灭RCO=0。此计数过程可以通过逻辑分析仪观察如图2。从图中可以看出随着每个时钟脉冲触发沿到来QDQCQBQA输出端会从0000对其依次加1计数，第15个脉冲到来时输出1111同时RCO=1，第16个脉冲到来时输出端又回到0000同时RCO=0，整个计数过程一直这样循环下去实现了加法计数功能。

2.计数器74LS161清零功能和预置数功能仿真验证。将仿真电路图中的端开关切换至低电平，运行仿真电路可观察输出端立即回0，数码管显示0，清零时由于无需等待时钟脉冲触发沿的到来是异步清零。将仿真电路图中的设置高电平同时将端开关切换至低电平，并在预置数输入端通过切换开关设置一组代码DCBA，运行仿真电路观察可知QDQCQBQA=DCBA，同时数码管显示对应代码，电路实现预置数功能。该功能由于需要时钟脉冲触发沿触发因此是同步预置数功能。在搭建仿真电路过程中教师可以将仿真环境提供的虚拟器件与实际环境中提供的真实器件结合起来讲解接线方法，针对计数、清零、预置数不同功能模式的测试应强化输入端的控制方法与控制结果。教师通过本仿真平台可以将本次实验电路的结构和连线方法以及整个电路仿真验证的过程及对虚拟仪器的使用方法以动态形式完整的展示在学生面前，对教师开展实际实验教学起到了事半功倍的效果。使学生实验前可以预知和观察实验的结果和熟悉实验电路的结构、连线方法和调试方法及相关仪器仪表的测量方法并深刻理解测量数据的意义，同时也为实际实验测量数据的分析提供参考。促使学生在实际实验中得心应手、目的明确、思路清晰的展开实际实验，提高实验教学的效率。

(二)Multisim应用在拓展性实验教学中

拓展性实验教学即在验证性实验基础上以培养学生知识和能力的创新性、探究性为目的开展的实验教学，是对电路基本知识与实践能力的进一步的拓展提升。在实验教学中教师会要求学生必须在掌握设计方法的理论基础上应用Multisim环境对实验电路先进行电路设计、仿真和调试以便达到最优化的电路结构，然后再进行实际实验操作。以用JK触发器设计同步十六进制加法计数器为例。本实验在要求学生熟练掌握JK触发器的功能特性基础上会应用时序逻辑电路的设计方法和步骤实现加法计数器逻辑电路的设计并仿真。设计仿真电路如图3。将四个JK触发器的输出端接数码管，运行仿真结果显示数码管循环显示0-F代码，实现了十六进制加法计数器功能。通过Multisim软件在拓展性实验教学中的应用教师和学生可以实现从理论设计、仿真电路搭建与仿真运行、调试到最终实际功能电路设计的完整流程。学生在仿真环境中可以不受任何约束，按自己的设计思想选用元器件，独立完成电路设计。通过对设计电路的仿真学生不仅可以验证所设计电路的正确性，还可以方便的对电路进行反复修改、调试，大大节约了设计时间和设计成本，这在实际电路设计中是很难实现的。

结语

Multisim虚拟平台图形化界面形象直观、易学易用。将其应用在电路实验教学中以其独有的趣味性、创新性、开放性、自由性、经济性、高效性和安全性得到学生教师的一致好评，实验教学效果显著。在活跃课堂教学气氛、强化学生对理论知识的理解、调动学生学习主动性、激发学生积极创新思维，提高学生综合动手能力和创新能力的同时也实现了教师教学方法的改革与创新。

作者：王琰           单位：连云港广播电视大学信息工程系