Multisim在数字电路实验教学中的辅助应用

2015-12-23王庭太

科技视界 2015年32期

贺庆邢琳王庭太

（中原工学院理学院物理系，河南郑州450007）

1 简介

数字电路是一门基础课，传统的实验教学具有直观真实性，可操作性等优点，但同时具有以下缺点：（1）对上课的地点要求严格，硬件条件要求高；（2）由于实验学时所限，学生往往只能学习几个基础实验，而大多数实验无法涉及；（3）数字电路实验涉及的芯片种类繁多,保存整理工作量特别大。

随着计算机技术的普及，Multisim软件作为一种辅助的教学手段，越来越多的被应用于数字电路实践教学中。Multisim软件具有的优势：（1）不受时间和地点的限制，学生只要在计算机中安装并掌握了Multisim软件，就可以进行数字电路仿真实验；（2）Multisim软件包中包含种类丰富的芯片和仪器仪表，节省购买费用，并且可以在计算机上实时操作和修改；（3）Multisim软件仿真实验作为实验前的第一步，主要是利用Multisim软件绘制电路图，便于学生了解实验原理，验证实验电路图设计是否正确，方便实验中线路的连接。

2 教学实例

2.1 基础实验实例——译码器及其应用

要求用集成3-8译码器74LS138组成一位全加器，完成两个一位二进制数的加法运算。

2.1.1 按照逻辑关系，列出全加器真值表，如表1所示。其中，X1、X2分别为加数和被加数；X5为低位向本位产生的进位；X4为相加的和；X3为本位向高位产生的进位。

表1 全加器真值表

2.1.2 根据真值表列出逻辑表达式并将逻辑表达式转化成恰当形式：

2.1.3 根据逻辑表达式，用Multisim画出逻辑图，如图1所示。

（说明：译码器74LS138是3-8译码器，在图1中其逻辑符号用U4所示。U4中A、B、C是地址输入端，G1、G2A、G2B是使能端，Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7是输出端，低电平有效。输入变量的每一种取值组合,只能使某一个输出有效。）

在Multisim软件中，创建全加器逻辑图的具体过程：(1)在元(器)件库中单击TTL，再单击74LS系列，选中74LS138D，单击OK确认。这时会出现一个器件，拖到指定位置点击即可。(2)在元(器)件库中单击MISC，再单击门电路，选中四输入与非门NAND4,单击OK确认，用两个与非门实现逻辑函数。(3)在元(器)件库中单击显示器件，选小灯泡来显示数据。为了便于观察，可将输入、输出信号均接入小灯泡。(4)在元(器)库中单击Word Genvertor(字信号发生器)，拖到指定位置，用它产生数码。(5)在元(器)件库中单击Sources(信号源)，选中电源VCC和地，双击电源VCC图标，设置电压为5 V。使能端G1接电源VCC，G2A、G2B接地。连接成功后电路如图1所示。

图1 全加器逻辑图

2.1.4 验证观测输出是否正确

（1）双击Word Genvertor(字信号发生器)图标，在Address(地址)区，起始地址(Initial栏)设为0000，终止地址(Final栏)设为0007。（2)在Controls(控制)区，点击Cycle按钮，选择循环输出方式。点击Pattern按钮，在弹出的对话框中选择Up Counter选项，按逐个加1递增的方式进行编码。(3)在Trigger区，点击按钮Internal，选择内部触发方式。在Frequency区，设置输出的频率为1 kHz。(4)运行仿真开关，可以观察运算结果。探测器发光表示数据为“1”，不发光表示数据为“0”。其中，X1、X2表示加数、被加数；X5表示低位向本位产生的进位；X4表示相加的和；X3表示本位向高位产生的进位。

2.2 课程设计举例---数字时钟中计时电路图绘制

实现了数字时钟，其核心电路是利用Multisim软件设计一个具有“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示(小时从00～23)的计时电路。

六十进制计数器和二十四进制计数器都选用74LS90D集成块来实现，采用反馈清零法。在Multisim软件中，设计六十进制和二十四进制计数器如图2、图3所示。

图2 六十进制计数器电路图

图3 二十四进制计数器电路图

在Multisim软件中，创建六十进制计数器电路图2的具体过程：(1)在元(器)件库中单击TTL，再单击74LS系列，选中74LS90D，单击OK确认；用同样的方法，再选择一个74LS90D。(2)在元(器)件库中单击TTL，再单击74LS系列，选中74LS08D，单击OK确认.根据74LS90芯片的特性，利用所学数字电路的知识，连接构成六十进制计数器，电路如图2所示。

创建二十四进制计数器电路图3的具体过程类似，说明省略。