Multisim10在“数字电子技术基础”教学的应用

陈海花，王翰卓

(中国海洋大学信息科学与工程学院，山东青岛 266100)

Multisim10在“数字电子技术基础”教学的应用

陈海花，王翰卓

(中国海洋大学信息科学与工程学院，山东青岛 266100)

传统的《数字电子技术基础》课堂教学模式使学生对概念、定理的理解局限于静态电路，无法构建具体直观的学习模式。将Multisim电路仿真软件引入课堂教学，设计并分析优先编码器74LS148仿真电路。通过Multisim软件显示仿真电路的结构、分析其编码原理、动态运行并进行结果分析，从而加深学生对抽象概念与原理的理解，实现了理想的教学效果。

Multisim;数字电子技术;电路仿真

《数字电子技术基础》是高等学校计算机、电子工程、自动化等专业的基础课，在课程体系中占有重要地位，该课程概念多、理论性强、实践性强且具有较强的工程背景。传统的课堂教学模式，使学生对于概念、定理的理解仅局限于板书或者多媒体投影的静态电路，无法构建具体直观的学习模式。

目前，电路仿真软件Multisim以其界面友好、功能强大和易用性受到电类专业的师生和工程技术人员的青睐。如何将电子仿真软件Multisim与现有教学手段相结合，建立更好的教学方法，使学生在学习过程中充分利用教学资源去领会、理解、掌握课程中的基本概念、基本理论，并做到融会贯通、学以致用，从而达到更好的学习效果是值得研究和探讨的问题。

采用Multisim软件动态展示电路原理和电路结构，以组合逻辑电路中的编码器为例，引入优先编码器的Multisim仿真电路，引导学生针对演示自主提出问题、解决问题并得出结论，从而对抽象的编码概念以及电路原理有更深入的理解。

1 Multisim软件简介

Multisim 软件［1－2］源于加拿大 Interactive Image Technologies公司于1998年推出的一个专门用于电子线路仿真和设计的EDA工具软件。2005年后，加拿大IIT公司隶属于美国国家仪器公司，NI公司于2006年初首次推出Multisim9.0版本，2007年初，NI公司又推出最新的NI Multisim10版本。在安装NI Multisim10软件的同时，也安装了与之配套的制版软件NI Ultiboard10，且两个软件位于同一路径，给用户使用提供了方便。NI Multisim10软件已不仅仅局限于电子电路的虚拟仿真，在LabVIEW虚拟仪器、单片机仿真等技术方面都有更多创新和提高。NI Multisim10具有以下特点［1－2］:(1)直观的图形界面，整个操作界面就像一个电子实验工作台。(2)丰富的元器件，提供了世界主流元件提供商的超过16 000种元器件。

NI Multisim及其套件在国际上的普及率较高，麻省理工大学、斯坦福大学、东京大学等国外著名高校都在使用这款电路设计套件。目前，清华大学、北京大学、香港理工大学等众多高校均开设了Multisim软件及其应用的相关课程。2001年以来，该软件已经被应用到电路分析基础［3］、数字电子技术基础［4－5］、模拟电子技术基础［6］、自动控制［7］、通信原理［8］等课程的课堂、实验教学等的教学应用当中。

2 编码器电路及其简析

在组合逻辑电路的分析与设计中，编码器是一种常用的组合逻辑电路。编码器的逻辑功能是将输入的每一个高、低电平信号编成与之对应的二进制代码。

常见的编码器有普通的二进制8－3编码器、优先编码器，以及二/十进制优先编码器。优先编码器可以允许输入两个以上的编码信号，而只对其中优先权最高的一个进行编码。以优先编码器74HC148为例，电路如图1所示。74HC148为8线－3线集成优先编码器，电路正常工作情况下，输入以低电平为有效信号的编码信号，则在输出端输出相应的二进制代码。其中，S'为选通输入端，其值为低电平即0时，电路工作;Y'EX为扩展端，其值为0时，电路工作且有编码输入，Y'S为选通输出端，其值为0时，电路工作无编码输入，其功能表如表1所示。

图1 8线－3线优先编码器74HC148

表1 74HC148的功能表

3 编码器电路仿真设计

基于Multisim 10的优先编码器仿真电路中集成编码器采用Multisim元件库中的优先编码器74LS148，其功能表如表2所示。74LS148的编码工作原理与74HC148相同，8线－3线优先编码器电路如图2所示。

图2 编码器电路仿真设计

表2 74LS148的功能表

输入高低电平的设置采用外置信号源为Vcc与接地点控制。单刀双置开关K控制编码器的输入信号的高低电平;输出端 A'2A'1A'0分别接指示灯 X1、X2、X3，输出端信号接高电平则指示灯点亮，否则灭。工作时，电路处于编码工作状态时，选通输出端EO为1，指示灯X5点亮。扩展端GS值为0，电路工作且有编码输入。

4 编码器电路仿真的动态教学

首先，在课堂教学中采用传统方法讲解编码器的电路组成结构及其工作原理。利用Multisim软件来构建与课堂教学相呼应的电路情境，在编码器的课堂教学过程中，将软件仿真过程与理论教学相结合，将数字电路的运行过程动态的展示给学生，使学生在掌握基本知识的同时，提高学生学习兴趣和认知能力。

利用Multisim软件，基于74LS148编码器构成8线－3线优先编码器的仿真电路，在教学过程中，以提出问题的方式，给定仿真电路的不同输入，将电路的动态运行结果与编码器的工作原理相结合，阐明编码器及优先编码器的工作过程，从而使学生对抽象的组合逻辑电路的工作原理和过程又更直观的理解。仿真电路的运行结果如图3和图4所示。

(1)仿真电路的编码实现。采用Multisim软件，动态演示编码器的编码实现过程。编码器电路共8个输入信号，设其中I'6=0，其余为高电平，运行电路，其结果如图3所示，指示灯X1及X5点亮，其余指示灯状态为“灭”。

运行结果说明电路处于编码工作状态，选通输出端EO为1，指示灯X5点亮;扩展端GS值为0，电路工作且有编码输入。编码信号为I'6=0，编码器输出A'2A'1A'0=001。由于编码器74LS148输出端以反变量的形式出现，因此，输出信号对应A2A1A0=110，表示十进制数6，由此可知，图3所示电路实现了对输入编码信号I'6=0的编码。

图3 8线－3线编码器电路运行结果图

(2)仿真电路的优先编码分析。优先编码器可以允许输入两个以上的编码信号，而只对其中优先权最高的一个进行编码。

74LS148优先编码器仿真电路中，同时输入两个编码有效信号，例如I'6=I'5=0，其余输入为高电平;或同时输入两个以上编码有效信号，其余输入为高电平。根据优先编码器的工作原理，上述输入情况中I'6的优先级最高，编码输出应只对所有输入编码中优先权最高的进行编码。

仿真电路动态运行结果分别如图4(a)和图4(b)所示，输出编码信号均为A'2A'1A'0=001，实现了优先编码的功能。

图4 编码器仿真电路的优先编码

5 结束语

将Multisim10软件应用到《数字电子技术基础》的课堂理论教学中，使软件仿真与传统理论授课相结合，在有限学时合理组织授课内容，利用Multisim 10的软件的动态仿真电路结构及其运行过程，将知识有形地、动感地展示给学生，吸引学生注意力和兴趣，培养学生独立分析问题、解决问题的能力，从而使理论与实践相结合，有效提高教学效果。

［1］聂典.Multisim 10计算机仿真在电子电路设计中的应用［M］.北京:电子工业出版社，2009.

［2］王冠华.Multisim10电路设计及应用［M］.北京:国防工业出版社，2008.

［3］郭文川.Multisim在电子类课程教学中的实践［J］.中国电力教育，2006(4):351－357.

［4］蒋跃文.仿真软件在探索研究型教学模式中的应用［J］.科技信息:学术版，2007(18):111－114.

［5］郑洁.数字电子技术课程实施研究性教学的探索［J］.电气电子教学学报，2007，29(6):94 －96.

［6］周正.综合利用课件与Multisim软件进行《模拟电子技术》教学［J］.科技信息，2009(33):168.

［7］李兴山.Multisim和MATLAB联合仿真在《自控原理》课程教学中的运用［J］.科技教育创新，2006(8):267－269.

［8］安长俊，郭振民.基于Multisim 2001的通信电子电路仿真［J］.电气传动自动化，2010，32(5):45 －47.

Application of Multisim10 to Digital Electronic Technology Fundamentals Teaching

CHEN Haihua，WANG Hanzhuo
(Information Science and Engineering College，Ocean University of China，Qingdao 266100，China)

The traditional teaching of Digit Electronic Technology usually limits students'understanding of concepts and theories to the static state circuit so that they can not construct a concrete and direct viewing learning mode.This paper introduces a circuit analysis and simulation software Multisim into teaching.It designs and analyzes the priority encoder 74LS148 simulation circuit by the Multisim software.By Multisim，the structure，analysis，coding principle，and dynamic running of the simulation circuit as well as the analysis of the result are shown，which can help students further understand abstract concepts and theories and improves the teaching effect.

Multisim;digit electronic technology;circuit simulation

G420

A

1007－7820(2012)08－141－03

2012-02-28

陈海花(1977—)，女，博士，讲师。研究方向:信号与信息处理，海洋遥感，电子仿真软件在教学中的应用等。