尹卿朵

（山東職業(yè)學(xué)院，濟(jì)南 250104）

電子技術(shù)是機(jī)電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，后續(xù)跟電有關(guān)的專業(yè)課程都會(huì)用到它。但是，由于這門課抽象難懂，加上高職院校的學(xué)生理論基礎(chǔ)薄弱，導(dǎo)致很多學(xué)生學(xué)起來比較吃力，久而久之失去學(xué)習(xí)的興趣。利用Multisim 14.0電子仿真軟件，可以方便地把抽象的理論知識(shí)通過計(jì)算機(jī)仿真呈現(xiàn)，使學(xué)生對電子電路的功能、工作原理建立直觀的認(rèn)識(shí)。該軟件還可以設(shè)置元件參數(shù)、常見故障，便于學(xué)生深入了解參數(shù)對電路性能的影響以及典型故障產(chǎn)生的原因，結(jié)合實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，對提高學(xué)生分析和排查電子線路故障的能力、提高學(xué)習(xí)積極性等具有極大的促進(jìn)作用。本文以四路搶答器為例，采用Multisim 14.0軟件仿真搶答器的各個(gè)模塊，闡述其在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用。

1 搶答器的功能模塊

1.1 搶答、鎖存、編碼、譯碼顯示模塊

搶答器可供4名選手參加比賽，選手編號(hào)為1、2、3、4。給主持人設(shè)置一個(gè)開始按鈕，用來控制系統(tǒng)的清零復(fù)位。搶答開始前，主持人先按開始按鈕將系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)主持人宣布搶答開始，參賽者按自己的搶答按鈕。哪位選手最先按下，則顯示器顯示出搶答者的編號(hào)，同時(shí)封鎖搶答電路，此后其他選手再搶無效[1-3]。該模塊的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 搶答顯示電路框圖

1.2 限時(shí)模塊

限時(shí)模塊模擬真實(shí)場景，包括兩部分[4]，采用倒計(jì)時(shí)方式，設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

圖2 限時(shí)電路框圖

限時(shí)搶答功能部分，搶答倒計(jì)時(shí)時(shí)間可預(yù)設(shè)，如設(shè)為10 s，即當(dāng)主持人宣布搶答開始，同時(shí)啟動(dòng)控制按鈕后，計(jì)時(shí)器顯示10。開始倒計(jì)時(shí)，要求參賽選手在設(shè)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答。如果倒計(jì)時(shí)到00無人搶答，則本次搶答無效，同時(shí)封鎖電路，禁止選手超時(shí)搶答。

答題限時(shí)功能部分，選手的答題時(shí)間可預(yù)設(shè)，如設(shè)為60 s。若有選手10 s內(nèi)搶答成功，則要求其在規(guī)定時(shí)間內(nèi)答題完畢。一旦有選手搶答，計(jì)數(shù)器自動(dòng)顯示60，并開始倒計(jì)。如果倒計(jì)時(shí)到00選手未回答完問題，則本次答題無效，同時(shí)封鎖電路，禁止選手超時(shí)答題。

1.3 聲音提示模塊

當(dāng)10 s內(nèi)有人搶答或限時(shí)時(shí)間到，向參賽選手發(fā)出3 s左右的提示音。該模塊的設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

圖3 聲音提示電路框圖

2 利用Multisim 14.0對搶答器各模塊的設(shè)計(jì)與仿真

2.1 搶答顯示模塊的設(shè)計(jì)與仿真

搶答顯示模塊的電路如圖4所示。4位選手的搶答按鈕分別為S1、S2、S3、S4，S為主持人控制的開始按鈕。CD4042為4路D鎖存器，配合4輸入的與非門74LS20，可實(shí)現(xiàn)搶答、鎖存的功能；74LS00為二輸入的與非門，對搶答結(jié)果進(jìn)行編碼，再配合譯碼器74LS48和七段數(shù)碼器顯示器U4，可實(shí)現(xiàn)哪位選手搶答成功顯示器顯示對應(yīng)的編號(hào)[5]。圖4模擬的是3號(hào)選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)搶答成功，此時(shí)74LS20的輸出端B點(diǎn)由原來的低電平“0”變?yōu)楦唠娖健?”，反饋到CD4042的控制端E0，而A點(diǎn)為低電平“0”。根據(jù)CD4042的功能可知，此后再有人搶答則無效。

圖4 搶答顯示電路

2.2 限時(shí)模塊的設(shè)計(jì)與仿真

圖5 限時(shí)電路

2.3 聲音提示模塊的設(shè)計(jì)與仿真

聲音提示模塊的電路如圖6所示。此電路核心部分為555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。輸出端除蜂鳴器外，也可以加一個(gè)發(fā)光二極管LED構(gòu)成聲光提示電路[6]。改變R或C的值，可以調(diào)整聲響或燈亮?xí)r間的長短。

圖6 聲音提示電路

圖6中，E1為限時(shí)電路10 s或60 s倒計(jì)時(shí)控制端，E2為是否有人搶答控制端。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到00，E1變?yōu)榈碗娖剑划?dāng)有人搶答，E2變?yōu)榈碗娖?。以上兩種情況均可使F端由高電平變?yōu)榈碗娖剑瑥亩o單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器提供有效的觸發(fā)信號(hào)。圖6中C2的作用時(shí)給單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器提供短時(shí)觸發(fā)信號(hào)，避免聲音提示電路長響。

3 結(jié)語

本文以四路搶答器為例，研究了Multisim 14.0仿真軟件在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用。靈活運(yùn)用仿真軟件，對改善教學(xué)效果有很好的促進(jìn)作用。但是，虛擬和現(xiàn)實(shí)存在差別，電路仿真時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)與理論分析或真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較大的情況，可通過分析虛擬元器件和實(shí)際元器件的差別來分析仿真結(jié)果，或在允許范圍內(nèi)修改虛擬元件的參數(shù)，使之呈現(xiàn)與實(shí)際電路較一致的仿真效果，以免誤導(dǎo)學(xué)生。