引入Multisim的数字电子技术课程改革

孙宏强，蔡文霞，杨丽，杨洁，康元元

（石家庄学院物理与电气信息工程学院，河北石家庄050035）

引入Multisim的数字电子技术课程改革

孙宏强，蔡文霞，杨丽，杨洁，康元元

（石家庄学院物理与电气信息工程学院，河北石家庄050035）

应用型本科电类专业学生的数字电子技术课程教学应该强调理论知识与实际应用的结合.在理论教学、实验教学和课程设计中引入Multisim仿真软件，能够帮助学生更好地理解和掌握理论知识，熟悉在后续课程以及工程中的实际应用.实践表明，Multisim仿真软件的引入适合电类专业学生的课程学习.

应用型本科；电类专业；数字电子技术；Multisim

0 引言

数字电子技术基础是电子信息工程、通信工程和电气工程及其自动化专业的一门重要的专业基础课，是电类专业后续课程的一门重要前导课程.对该课程的掌握程度直接决定了后续专业课程的学习掌握程度.该课程逻辑性很强，而且与电子技术的硬件关系很大，因此学生掌握起来不太容易.对于应用型本科学生的教学，应当突出学以致用，边学边用.

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作.它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力.能够交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真，实现真正所见即所得的直观印象[1].

因此在数字电子技术课程的教学过程中引入Multisim，可以极大地提高学生的学习热情和积极性，真正做到变被动学习为主动学习.一边进行理论分析，一边用Multisim进行电路的搭建，对电路的结构理解更深入.通过仿真，学生对结果记忆更深刻，还省去了过多的硬件实验实训平台，节约了成本，很适合电类专业的教育学习，能够取得更好的教学效果.

以下分析从数字电子技术课程的理论教学、实验教学以及课程设计3个环节引入Multisim仿真软件的应用.

1 理论教学环节

对应用型本科学生的课程，不能再像原先的本科生那样太系统、长篇大论的去讲纯理论的知识.一定要考虑学和用，结合日常生活和工作，多讲实际的案例.这样学生才能够将所学的理论知识与日常生活和以后的工作结合起来，学生的注意力才更集中，学习兴趣才会更大，学习效果才能事半功倍.

基本逻辑是整个数字电子技术课程中最基础、最初始的部分.大部分课本都是以开关控制电灯亮灭作例子来引入和分析的，过于简单，学生没有兴趣.而到了复合逻辑就不再有实例，学生又有点不适应，想象不出电路的结构，从而失去了学习兴趣.因此在讲授时应该考虑几个复合逻辑的实例，像异或逻辑控制电路在日常生活和工作实际中就经常会用到.

例如设计1个控制楼梯拐角处灯亮灭的电路，要求在2楼和3楼都能控制同1个灯实现亮灭的功能.

分析：设一个楼层处的开关为S1，另一楼层处的开关为S2.其中每个开关处于一个位置为0，处于另一位置为1，楼梯拐角处的灯为X2，亮为1，灭为0.

根据功能要求列真值表如表1所示.

经过分析和求解过程可以看出，这个设计实例就是异或逻辑运算[2].学生的兴趣很快就被吸引了，而且学生对异或的记忆会很深刻.此实例还能应用在房间门口和床头同时对灯的控制，大型设备不同地点对设备的控制等等.根据结果可以得到异或控制的仿真电路如图1所示.

表1 功能真值表

图1 异或控制仿真电路图

2 实验教学环节

数字电子技术课程作为电类专业重要的专业基础课，除了要求学生掌握系统的理论性知识外，还要求学生有很强的动手实践能力.实验教学是提高动手实践能力的重要环节.对于应用型本科学生来说，除了验证性实验外，还要有一定比重的综合性实验和设计性实验.对于验证性实验，只是一个连接电路的过程，因此可以在讲完理论知识后，直接用Multisim仿真软件进行电路连接，结果演示，让学生看到效果，加深理解和记忆.这样理论和实验结合更紧密，避免了先理论后实验、重复讲解的弊端.

对于一些实验有时用线太多，有时用到的仪器太多、元器件太多，现象不容易观察，中间的故障不容易排除.学生会浪费很多的时间，失去兴趣.如果利用Multisim软件进行仿真实验，就可以免除这些麻烦.

例如为加深对555定时器构成的多谐振荡器的原理的理解和学习，这里可以用双踪示波器观察555定时器的外围充放电电容C1两端以及其输出的脉冲方波信号波形，Multisim软件仿真电路如图2所示.

图2 多谐振荡器实验仿真电路

经过理论验证实验后，对电路进行延伸扩展，将电路改造成1个温度报警器，将验证实验变为1个综合、设计实验.主要原理是利用三极管的穿透电流ICEO控制多谐振荡器的复位端电压.在多谐振荡器的基础上，将其复位端通过电位器R3接地.常温下锗管穿透电流ICEO较小，在R3上产生的电压较低，则555定时器复位端4脚的电压较低，555定时器处于复位状态，多谐振荡器停振.当温度升高或有火警时ICEO增大，在R3上产生的电压升高，使555定时器复位端4脚为高电平，多谐振荡器开始振荡，扬声器发出报警声[3]，Multisim软件仿真电路如图3所示.

图3 多谐振荡器构成的温度报警器仿真电路

3 课程设计环节

数字电子技术主要有基本逻辑运算、复合逻辑运算，组合逻辑电路、时序逻辑电路等主要部分组成.在理论学习的过程中相对比较独立，知识不容易贯穿起来学习.因此在所有理论和实验学习之后，进行一次将几部分知识系统到一起的课程设计显的尤为重要，而且对学生进行设计、分析和调试数字电路十分必要.

以前学生理论设计后就直接购买元器件实物进行电路焊接，经常会造成元器件购买不当，电路连接不正确、损坏元器件等问题，不但费时、费力，还会造成大量的资金浪费.在一定程度上影响了数字电子技术课程设计的进度和效果，有时还会影响学生的创新能力和积极性.引入Multisim仿真软件，学生先根据理论设计在软件选择合适的元器件，搭建设计电路，仿真成功后，再通过仿真电路进行元器件的选择购买，焊接电路，可以很好的解决这一问题.

例如学生在大学学习阶段经常会参加一些知识竞赛，8路抢答器就是1个综合数字电子技术课程这几个主要部分的应用实例.

设计功能要求如表2所示.

表2 设计功能表

通过以上的功能要求以及数字电子技术知识的分析，选用开关、74LS374、LED指示灯、基本逻辑运算门电路、脉冲电源、74192以及数码管搭建了8路抢答器的电路图，通过仿真，直观地显示了抢答的过程[4].8路抢答器的Multisim软件仿真电路如图4所示.

图48 路抢答器仿真电路

4 结语

总之，在应用型本科生的数字电子技术课程教学过程中，引入Multisim仿真软件，结合学生的学习、生活案例，进行理论、实验和课程设计的改革，能够使学生更好地理解和掌握课程，为后期的专业课程学习和工作打下良好的基础.

[1]余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]郑宽磊，陈柳.Multisim仿真软件在数字电子技术实验教学中的应用[J].中国电力教育，2014，（8）：166-169.

[3]邓鹏.Multisim仿真在电子技术课程设计中的应用研究[J].数字技术与应用，2013，（9）：106-107.

[4]王全宇.555多谐振荡器在温控报警电路中的应用[J].大学物理实验，2012，（10）：7-8.

（责任编辑 钮效鹍）

Reform of Multisim-introduced Digital Electronic Technology Speciality

SUN Hong-qiang，CAI Wen-xia，YANG Li，YANG Jie，KANG Yuan-yuan
（School of Physics&Electrical Information Engineering，Shijiazhuang University，Shijiazhuang，Hebei 050035，China）

The combination of theory and application needs to be emphasized in digital electronics teaching for students of application-oriented electrical majors.Multisim is introduced in theoretical teaching，laboratory teaching and curriculum design，which helps students better understand and master the theoretical knowledge and familiarize themselves with subsequent courses and the application of engineering. The study shows that introduction of Multisim accords with their learning of electrical specialty courses.

application-oriented universities；electrical major；digital electronic technology；Multisim

TN79

：A

：1673-1972（2015）06-0005-04

2015-05-14

石家庄学院2012年度校级教学改革研究项目（JGXM-201224A）

孙宏强（1977-），男，河北新乐人，副教授，主要从事电子电气和机电一体化研究.