Multisim在《數字電子技術》實驗教學中的應用

Multisim最早是由加拿大IIT公司于2001年繼EWB軟件后開發的一款電子自動化設計軟件Multisim2001，2003年加拿大IIT公司又對其進行改進升級為Multisim7，2004年又推出了Multisim8。2005年后加拿大IIT公司隸屬于美國國家儀器公司(NI公司)并于2006年由美國NI公司推出Multisim9版本。2007年初美國NI公司又推出了NIMultisim10版本。Multisim向用戶提供一個全方位功能強大的電子虛擬實驗平臺。其內部包含型號豐富的元件庫和功能齊全外形逼真的各類主流型虛擬儀器。可完成對模擬電路、數字電路、模數混合電路的設計、搭建、儀器檢測與調試等功能，其最大的亮點是具有強大的電路仿真功能。用戶只需輕點鼠標即可觀看到逼真的電路運行效果。

(一)Multisim應用在驗證性實驗教學中

驗證性實驗教學主要以驗證常規電路功能原理為目的加強學生對基本知識的理解和掌握基本操作實踐能力。通常在實際實驗前教師會將實驗過程和內容包括實驗電路的連線方法和測量調試在虛擬實驗平臺上以現場仿真的形式完整演示一遍，演示過程中教師可以針對實驗操作內容的重點和難點進行細化、強化。以74LS161計數器邏輯功能驗證實驗為例。本實驗目的要求學生驗證計數器的計數功能、預置數功能、清零功能并通過使用邏輯分析儀觀察輸出端的變化狀態掌握驗證電路的連接方法和功能原理。

1.計數器74LS161計數功能仿真驗證。(1)搭建電路。實驗仿真電路如圖1：在Multisim環境中調用脈沖電源、發光管、數碼管等元件和邏輯分析儀，搭建計數器仿真電路。其中在74LS161輸出端QDQCQBQA和RCO通過連接發光管觀察輸出高低電平，若發光管亮則輸出為1，滅則輸出為0。輸入端通過切換開關實現在高低電平間切換。(2)運行電路實現功能仿真。電路對輸入時鐘脈沖進行計數，輸出端QDQCQBQA的四個發光管依次按0000、0001、直至1111遞增規律依次點亮，同時數碼管依次循環顯示0-F代碼。整個計數過程RCO端發光管只有當第15個脈沖觸發沿到來時(顯示F代碼)點亮RCO=1，但僅僅維持一個計數脈沖周期后息滅RCO=0。此計數過程可以通過邏輯分析儀觀察如圖2。從圖中可以看出隨著每個時鐘脈沖觸發沿到來QDQCQBQA輸出端會從0000對其依次加1計數，第15個脈沖到來時輸出1111同時RCO=1，第16個脈沖到來時輸出端又回到0000同時RCO=0，整個計數過程一直這樣循環下去實現了加法計數功能。

2.計數器74LS161清零功能和預置數功能仿真驗證。將仿真電路圖中的端開關切換至低電平，運行仿真電路可觀察輸出端立即回0，數碼管顯示0，清零時由于無需等待時鐘脈沖觸發沿的到來是異步清零。將仿真電路圖中的設置高電平同時將端開關切換至低電平，并在預置數輸入端通過切換開關設置一組代碼DCBA，運行仿真電路觀察可知QDQCQBQA=DCBA，同時數碼管顯示對應代碼，電路實現預置數功能。該功能由于需要時鐘脈沖觸發沿觸發因此是同步預置數功能。在搭建仿真電路過程中教師可以將仿真環境提供的虛擬器件與實際環境中提供的真實器件結合起來講解接線方法，針對計數、清零、預置數不同功能模式的測試應強化輸入端的控制方法與控制結果。教師通過本仿真平臺可以將本次實驗電路的結構和連線方法以及整個電路仿真驗證的過程及對虛擬儀器的使用方法以動態形式完整的展示在學生面前，對教師開展實際實驗教學起到了事半功倍的效果。使學生實驗前可以預知和觀察實驗的結果和熟悉實驗電路的結構、連線方法和調試方法及相關儀器儀表的測量方法并深刻理解測量數據的意義，同時也為實際實驗測量數據的分析提供參考。促使學生在實際實驗中得心應手、目的明確、思路清晰的展開實際實驗，提高實驗教學的效率。

(二)Multisim應用在拓展性實驗教學中

拓展性實驗教學即在驗證性實驗基礎上以培養學生知識和能力的創新性、探究性為目的開展的實驗教學，是對電路基本知識與實踐能力的進一步的拓展提升。在實驗教學中教師會要求學生必須在掌握設計方法的理論基礎上應用Multisim環境對實驗電路先進行電路設計、仿真和調試以便達到最優化的電路結構，然后再進行實際實驗操作。以用JK觸發器設計同步十六進制加法計數器為例。本實驗在要求學生熟練掌握JK觸發器的功能特性基礎上會應用時序邏輯電路的設計方法和步驟實現加法計數器邏輯電路的設計并仿真。設計仿真電路如圖3。將四個JK觸發器的輸出端接數碼管，運行仿真結果顯示數碼管循環顯示0-F代碼，實現了十六進制加法計數器功能。通過Multisim軟件在拓展性實驗教學中的應用教師和學生可以實現從理論設計、仿真電路搭建與仿真運行、調試到最終實際功能電路設計的完整流程。學生在仿真環境中可以不受任何約束，按自己的設計思想選用元器件，獨立完成電路設計。通過對設計電路的仿真學生不僅可以驗證所設計電路的正確性，還可以方便的對電路進行反復修改、調試，大大節約了設計時間和設計成本，這在實際電路設計中是很難實現的。

結語

Multisim虛擬平臺圖形化界面形象直觀、易學易用。將其應用在電路實驗教學中以其獨有的趣味性、創新性、開放性、自由性、經濟性、高效性和安全性得到學生教師的一致好評，實驗教學效果顯著。在活躍課堂教學氣氛、強化學生對理論知識的理解、調動學生學習主動性、激發學生積極創新思維，提高學生綜合動手能力和創新能力的同時也實現了教師教學方法的改革與創新。

作者：王琰           單位：連云港廣播電視大學信息工程系