Multisim在数字逻辑教学中的应用研究

王永岗

(长治学院 计算机系，山西 长治 046011)

Multisim在数字逻辑教学中的应用研究

王永岗

(长治学院 计算机系，山西 长治 046011)

在数字逻辑课堂教学中恰当地运用Multisim进行实时仿真，可以帮助学生加深对理论知识的理解和对重点难点问题的掌握，提高教学质量与效率。通过实例，分别对Multisim在加深概念理解以及辅助解决疑难问题等两个方面的作用进行了探讨。

Multisim；数字逻辑；仿真

1 引言

《数字逻辑》是计算机专业的专业基础课。它的主要内容与数字电子技术相同，也是数字电路的相关内容。但是，与电子或者控制专业相比，计算机专业中的这门课程的重点有所不同，更偏向于对数字电路的理解和应用。而且，随着电子元件及设计方法的不断发展，数字逻辑课程的内容、教学重点在发生改变，相应的教学方法和手段也要适应这种发展。

2 数字逻辑课程的发展

电子元件逐渐由中大规模集成电路向可编程逻辑器件转变。传统的数字电路设计是基于重大规模集成电路，采用永自底向上的设计方法。现代数字系统的设计方法，基于可编程逻辑器件进行设计[1]。在EDA软件平台上，用硬件描述语言描述电路功能，采用自顶向下的设计方法，使数字系统由硬件设计变为硬件、软件相结合的方式。

目前，数字逻辑教学仍是课堂理论教学加上以中大规模集成电路为基础的实验联系，没有将数字电路的发展以及计算机专业特点体现出来。但是，直接采用CPLD等可编程器件进行实验，需要增加大量课时。在现有课时基础上，兼顾传统设计方法和可编程设计方法，可以采用仿真的方式，在计算机上安装仿真软件来实现[2]。

下面以教学中的具体知识点为例，介绍Multisim软件在数字逻辑教学中的应用。

3 Multisim的特点

Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司开发的在Windows平台上运行的仿真软件，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。为数字电路仿真提供了丰富的元器件模型，如各类门电路、集成组合逻辑电路、时钟信号以及时序逻辑电路等，同时还提供了种类齐全的虚拟仪器仪表，如逻辑转换仪、逻辑分析仪等，具有强大的电路分析功能[3]。在输入方面，不仅可以采用电路原理图的图形输入，也可以采用电路硬件描述语言输入方式，是非常理想的教学辅助工具。

4 Multisim在数字逻辑课程中的应用

将Multisim应用于数字逻辑课程教学中，可以有多个方面的应用，例如基本原理的理解、针对重点难点的仿真、可编程逻辑器件的使用等，可以在多个方面为学生理解课程内容起到很好的作用。

4.1 Multisim在数字逻辑概念理解中的应用

数字逻辑中的很多概念和基本原理，没有一定的实践过程，想要理解透彻并不容易，如果采用Multisim辅助教学可以有很好的效果。在组合逻辑电路的分析与设计的内容中，涉及到逻辑函数的化简及逻辑函数各种表示形式之间的转换以及高低电平与逻辑0、1的关系等概念，学生对其中一些内容理解不深。现以三变量多数表决电路的设计为例，研究Multisim在教学中起到的作用。

一般情况下，根据三变量多数表决电路的功能，可以做出真值表，进而写出逻辑表达式。

借助Multisim中的逻辑转换器，可以将表达式再转换为真值表的形式，来验证之前手工转换的正确性，如图1所示。

图1 三变量多数表决电路真值表

传统的课堂教学，一个组合逻辑电路的设计，最终只能作出逻辑图，不能进行功能的演示和验证。利用Multisim的仿真功能，如图2所示，给该电路加上用开关A、B、C表示的三个输入变量，并在输出端连接LED显示元件X1。学生很直观地看到，控制三个开关的通断，LED显示元件随之发生相应的变化。

图2 三变量多数表决电路逻辑图

通过电路的仿真运行，学生对正逻辑，高低电平的来源，以及电平和逻辑值0、1的关系等概念和原理有更加直观的了解和更深刻的掌握。

4.2 Multisim在数字逻辑疑难知识点中的应用

除了可以帮助学生理解基本概念和原理，Multisim用于讲解难点问题也有很好的效果。在数字逻辑课程中，时序电路部分是重点也是难点。学生对时序的掌握有一定困难，特别是在讲授的过程中，经常需要使用时序图来描述一个电路的时序过程，并通过时序图来分析电路的功能。如果只依靠幻灯的展示，由于时序图比较抽象，不能直观的反映出时序电路的功能，不利于学生掌握。现以计数器为例探讨Multisim在数字电路课程教学中的应用。

例如用两片74290连接成为六十进制计数器，需要将低位片的QD连接至高位片的时钟输入端，而其它多数计数器都是将低位片的进位端与高位片的时钟输入相连。学生对于这样的连接方式不易理解。QD是低位片的最高位，那么它在0111到1000即7到8的过程中就会由0变为1，而且会维持两个时钟周期，这样是否会造成高位提前加一。如图3所示，通过Multisim的仿真，可以看到LED数码管的显示，运行结果和功能要求一致。其中的原理，可以通过观察时序图得到。[4]

图3 六十进制计数器原理图

通过软件中的逻辑分析仪工具，得到时序图，如图4所示。低位片的最高位QD1在7-8的过程中由低电平变为高电平，并维持两个时钟周期，在低位片9-0的过程中，QD1由高电平变低电平，由于74290是下降沿触发的计数器，所以触发高位片加1。

图4 六十进制计数器部分时序图

借助Multisim的相关功能，学生可以在课堂上很直观地看到运行结果，及其运行的原理。有利于学生对知识的理解和掌握，提高课堂教学效果。

5 结语

综上所述，在当前高校数字逻辑课程的教学当中，特别是课堂教学引入EDA技术，可以满足课程内容新的的发展和人才培养的新需求，是十分必要的。

课堂教学引入Multisim的优点，在于多形式的形象化演示，既有电路原理的部分，也有运行效果的多样化显示，这可以很好地帮助学生直观地理解该电路的功能以及原理。从实例应用中可以看出，在数字逻辑课堂教学中恰当地运用Multisim进行实时仿真，可以帮助学生加深对理论知识的理解和对重点难点问题的掌握，提高教学质量与效率。同时，它也可以作为学生在实验室外的辅助实验手段，取得更好的学习效果。

[1]刘元超.数字电路.教学改革探索[J].长江大学学报(自然科学版)，2009，9(3)：318-319.

[2]蒋冬初，何飞.运用EDA技术促进电子技术课程教学[J].益阳师专学报学，2002，11(6)：76-78.

[3]刘戎.Multisim8在数字电路教学中的应用[J].梧州学院学报，2007，12(6)：65-67.

[4]李庆常.数字电子技术基础[M].北京：机械工业出版社，2010.

A Study on Application of Multisimin Digital Logic Teaching

Wang Yong-gang
(Department of Computer Science Changzhi University，Changzhi Shanxi 046011)

In digital logic teaching，Multisim simulation can help the students to deepen the understanding of theoretical knowledge and mastery of key and difficult problems，improve the teaching quality and efficiency.Through the example，separately on the Multisim in deepen conceptual understanding and help to solve the difficult problems of two aspects of the role are discussed.

multisim；digital logic；simulation

TP319

A

1673-2014(2012)02-0107-03

2012—01—18

王永岗(1979—)，男，山西沁县人，硕士，主要从事嵌入式系统研究。

(责任编辑 李学斌)