陳玲

(武漢晴川學(xué)院 湖北 武漢 430204)

基于Multisim仿真軟件在《數(shù)字電子技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用

陳玲

(武漢晴川學(xué)院 湖北 武漢 430204)

傳統(tǒng)的《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)過(guò)程中存在著重理論而輕實(shí)踐問(wèn)題，學(xué)生不能及時(shí)地將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐效果有效地結(jié)合起來(lái)，導(dǎo)致了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高、理解較難、創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)、創(chuàng)新能力低的實(shí)際情況，本文分析了采用仿真軟件教學(xué)的必要性，并提出在《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)中引入Multisim仿真軟件進(jìn)行輔助教學(xué)的新方法。本文以集成四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS161為例來(lái)建立用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的仿真模型，利用清零法和置數(shù)法來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，并將實(shí)現(xiàn)的計(jì)數(shù)功能在Multisim仿真軟件中顯示出來(lái)，使得抽象復(fù)雜的電路變得具體、形象化，易于理解，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性。

Multisim仿真軟件；《數(shù)字電子技術(shù)》；加法計(jì)數(shù)器

1.引言

《數(shù)字電子技術(shù)》是電子信息、電氣工程等電類專業(yè)一門(mén)理論性與實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，所以要求在教學(xué)上以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科學(xué)態(tài)度和扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作技能為宗旨，使學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力得以提高。目前受某些因素的影響，我國(guó)大部分高校都不能夠成立完全開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)室來(lái)滿足本門(mén)課程理論性和實(shí)踐性教學(xué)的要求。因此，在本門(mén)課程中引入Multisim仿真軟件是一種很好的教學(xué)手段[1]。當(dāng)前，我國(guó)的一些重點(diǎn)大學(xué)如北京大學(xué)、清華大學(xué)、武漢大學(xué)等都已在電子類課程教學(xué)中應(yīng)用Multisim仿真軟件，幫助學(xué)生快速、輕松地將所學(xué)理論知識(shí)通過(guò)利用EDA技術(shù)得以真實(shí)的再現(xiàn)，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

2.引入仿真教學(xué)的必要性

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展及其與計(jì)算機(jī)技術(shù)的強(qiáng)勢(shì)整合，數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用水平幾乎呈指數(shù)形式發(fā)展，《數(shù)字電子技術(shù)》是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課之一，該課程的理論性較強(qiáng)，使得本門(mén)課程在教與學(xué)中均存在一定的難度，越來(lái)越多的教師在關(guān)注和探索《數(shù)字電子技術(shù)》的教學(xué)模式和教學(xué)方法。

許多教師深感“板書(shū)+PPT”這一教學(xué)模式的不足，即使老師想盡各種辦法，學(xué)生都會(huì)感到疑惑和不理解，很難提高教學(xué)質(zhì)量。雖然也有實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，但學(xué)校普遍存在實(shí)踐性教學(xué)學(xué)時(shí)較少、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、實(shí)驗(yàn)成本較高的局限[2]。因此，如何把教師和學(xué)生從傳統(tǒng)的教學(xué)模式中解放出來(lái)，使學(xué)生的主觀能動(dòng)性得以充分發(fā)揮，積極主動(dòng)地參與教學(xué)，這就要充分發(fā)揮信息技術(shù)與本門(mén)課程整合的作用，將Multisim引入到《數(shù)字電子技術(shù)》的課堂教學(xué)中，將仿真軟件利用在輔助教學(xué)中，就可以獲得意想不到的效果。

3.Multisim仿真軟件的簡(jiǎn)要介紹

Multisim 起源于20世紀(jì)80年代的電子仿真軟EWB(ElectronicsWorkbench)，到21世紀(jì)初，加拿大圖像交互技術(shù)公司（簡(jiǎn)稱IIT公司）在原版的基礎(chǔ)上，增加了更多的功能，并更名為Multisim。在2005年，美國(guó)國(guó)家儀器公（NationalInstrument,簡(jiǎn)稱NI）收購(gòu)了IIT公司。Multisim是一個(gè)專門(mén)用于電子電路設(shè)計(jì)和仿真的軟件，在電路設(shè)計(jì)、分析與仿真等應(yīng)用中較為廣泛。該軟件以圖形界面為主，采用菜單欄、工具欄和熱鍵相結(jié)合的方式，具有一般Windows應(yīng)用軟件的界面風(fēng)格。

4.Multisim仿真教學(xué)實(shí)例分析

計(jì)數(shù)器是用來(lái)累計(jì)并寄存電脈沖數(shù)目的邏輯電路，還具有分頻的功能。計(jì)數(shù)器的記憶功能和邏輯判斷能力非常強(qiáng)，將其應(yīng)用在數(shù)字電路中時(shí)，不僅可以完成計(jì)數(shù)的功能，而且還可以提高數(shù)字電路的性能及其工作效率。根據(jù)在數(shù)字電路中的不同的功能，可以將計(jì)數(shù)器分為很多種。本文以集成四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS161為例來(lái)建立用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的仿真模型。

4.1 用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器

設(shè)需用以M為模集成計(jì)數(shù)器（異步清零、同步置數(shù)）組成模N 計(jì)數(shù)器。

⑴、N < M的實(shí)現(xiàn)方法：

①、清零法：

利用清零輸入端，使電路計(jì)數(shù)到N+1狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生清零操作，越過(guò)后續(xù)M–N個(gè)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)模N計(jì)數(shù)。

②、置數(shù)法：

利用計(jì)數(shù)器的置數(shù)功能，通過(guò)進(jìn)位輸出給計(jì)數(shù)器置數(shù)M-N，跳過(guò)0至M-N的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)模N計(jì)數(shù)。

⑵、N >M 的實(shí)現(xiàn)方法：

采用多片M進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成各芯片可以連接為串行進(jìn)位方式或并行進(jìn)位方式對(duì)于擴(kuò)展為M’的計(jì)數(shù)器再采用反饋清零或反饋置數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.2 集成74LS161引腳圖與管腳功能介紹

74LS161是一個(gè)四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路以及單片機(jī)系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)許多重要的功能。

簡(jiǎn)要說(shuō)明：

（1）異步清零功能

當(dāng)CR為低電平時(shí)，不管其他輸人端的狀態(tài)如何（包括時(shí)鐘信號(hào)CP），4個(gè)觸發(fā)器的輸出全為零。

（2）同步并行預(yù)置數(shù)功能

在CR位高電平，當(dāng)LD為低電平且有時(shí)鐘脈沖

CP的上升沿作用時(shí)，D3，D2，D1，D0輸入端的數(shù)據(jù)將分別被Q3～Q0所接收。由于置數(shù)操作必須有CP脈沖上升沿相配合，故被稱為同步置數(shù)。

（3）保持功能

在CR、LD都為高電平的條件下，當(dāng)T*P為低電

平時(shí)，不管有無(wú)CP脈沖作用，計(jì)數(shù)器都將保持原來(lái)狀態(tài)不變（停止計(jì)數(shù)）。

（4）進(jìn)位輸出C

當(dāng)計(jì)數(shù)控制端為1，且觸發(fā)器全為1時(shí)，進(jìn)位輸出為1，否則為0。

圖1 集成74LS161引腳圖

圖2 集成74LS161引出端符號(hào)

表1 集成74LS161功能表

4.3 74LS161構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器仿真模型建立

⑴、用74ls161構(gòu)成9進(jìn)制加計(jì)數(shù)器(清零法)(圖3-圖5）

圖3 清零法構(gòu)成9進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

圖4 74LS161清零法構(gòu)成9進(jìn)制仿真顯示“0”

圖5 74LS161清零法構(gòu)成9進(jìn)制仿真顯示“8”

⑵、74ls161構(gòu)成9進(jìn)制加計(jì)數(shù)器（置數(shù)法）(圖6-圖8)

圖6 置數(shù)法構(gòu)成9進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

圖 7 7ls161置數(shù)法構(gòu)成9進(jìn)制仿真顯示“0”

圖 8 7ls161置數(shù)法構(gòu)成9進(jìn)制仿真顯示“8”

⑶、用74ls161構(gòu)成52進(jìn)制加計(jì)數(shù)器(清零法)（圖9-圖11）

圖9 7ls161清零法構(gòu)成52進(jìn)制仿真顯示“00”

圖10 7ls161清零法構(gòu)成52進(jìn)制仿真顯示“13”

圖11 7ls161清零法構(gòu)成52進(jìn)制仿真顯示“51”

⑷、用74ls161構(gòu)成52進(jìn)制計(jì)數(shù)器(置數(shù)法)（圖12-圖14）

圖12 74ls161置數(shù)法構(gòu)成52進(jìn)制仿真顯示“00”

圖13 74ls161置數(shù)法構(gòu)成52進(jìn)制仿真顯示“43”

圖14 74ls161置數(shù)法構(gòu)成52進(jìn)制仿真顯示“51”

通過(guò)以上仿真結(jié)果分析可以看出，仿真模型能夠反映出電路的理論知識(shí)與實(shí)踐的結(jié)果是一致的，從而可以使學(xué)生通過(guò)仿真，形象具體地把理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，不僅可以激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,而且還可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

5.結(jié)尾

在工科的專業(yè)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，提高其工程意識(shí)和工程能力具有重要的意義；將muiltisim仿真軟件，應(yīng)用在《數(shù)字電子技術(shù)》的課程教學(xué)中使得復(fù)雜的電路變得形象、具體化，易于理解，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性；說(shuō)明該方法可以應(yīng)用于仿真教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)字電子技術(shù)的理解，使學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性得以激發(fā)，從而使得學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得到增強(qiáng)。

[1]張亞君，陳龍等.Multisim在數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，8：108-110.

[2]韋建英.《數(shù)字電子技術(shù)》，2013年8月第1版.

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