Multisim13.0软件在组合逻辑电路教学中的应用

韩新风，李　勇，何恩节，姚　洁

(安徽科技学院电气与电子工程学院， 安徽　凤阳　233100)



Multisim13.0软件在组合逻辑电路教学中的应用

韩新风，李勇，何恩节，姚洁

(安徽科技学院电气与电子工程学院， 安徽凤阳233100)

[摘要]NI公司的Mulitisim13.0是一款功能强大的教学、科研和电路设计软件.该软件具有强大的虚拟仿真功能，将其引入到《数字电子技术》课程的组合逻辑电路教学中，利用该软件的仿真功能，结合组合逻辑电路分析和设计的实例，形象、直观地显示电路分析和设计过程和结果，不仅可以有效降低教学成本，激发学生学习兴趣，提高教学效果，而且对培养学生的学习能力、实践能力与创新意识具有重要意义.

[关键词]Mulitisim13.0；数字电子技术；组合逻辑电路；教学

数字电子技术课程是电子类、自动化类和计算机类专业的一门重要的专业基础课，具有很强的实践性[1].高校多媒体教学的普及，为数字电子技术课堂教学引入EDA(Electronic Design Automation)仿真软件提供了便利条件.结合数字电子技术课堂教学中的具体电路，借助于仿真软件形象地展示电路的结构和运行结果，可以使得教学内容更加生动、形象，用“以虚代实，以软代硬”的方法大大提高学生的学习效率[2].

1Multisim13.0仿真软件简介

NI Multisim软件是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件，Multisim13.0是该软件的最新版本.该软件以图形界面为主，用户可以根据自己的习惯和熟悉程度使用.它还具有庞大的元器件模型参数库和功能齐全的仪器仪表库，能够完成直流工作点分析、交流分析、瞬态分析等十几种电路分析功能.

2Multisim13.0在组合逻辑电路教学中的应用

数字电子技术课程中的数字电路主要有两类：组合逻辑电路和时序逻辑电路.笔者将Multisim13.0仿真软件引入组合逻辑电路的教学中, 可以改善教学环境, 提高教学效果.

2.1辅助课堂基本教学，增强学生学习兴趣

在数字电子技术的课堂教学中，有很多知识点比较抽象.学生无法真实感受到器件和电路功能的可实现性，无法把理论和实际联系在一起，容易形成该课程抽象、难学的印象，导致学习兴趣缺乏、教学效果差.

在Multisim13.0软件提供的虚拟仿真平台上构建电路，仿真运行后，能够把电路运行后的效果呈现在学生面前，便于学生化抽象为具体，化被动为主动，提高学习兴趣.例如，可以利用指示器件加深学生的形象记忆.

Multisim13.0软件平台的指示器件库中含有8种可以用来显示电路仿真结果的显示器件.在数字电路中常用的有探针(Probe)、发光二极管(LED)、蜂鸣器(Buzzer)、灯泡(Lamp)、十六进制显示器(Hex Displays)、条形光柱等指示器件.利用这些指示器件的声光效果，可以显示电路的运行过程与结果.

例如，在学习编码器时，可以构建如图1所示的编码器功能验证电路.其中74148N是8线-3线优先编码器，输入状态D0~D7，用“VCC”和“GND”表示输入端信号的“高”“低”电平状态.解码输出端用发光二极管LED1、LED2、LED3来分别显示各输出端的输出状态；当发光二极管点亮时，表明输出状态为“1”；当发光二极管熄灭时，表明输出状态为“0”.74148的选通输出端和扩展端的状态用万用表来显示.当输入端有不同组合输入时，输出情况可以通过发光二极管显示.

图1　74148编码器功能验证电路

2.2辅助完成组合逻辑电路的分析与设计教学

数字电子技术课程不仅要求学生掌握基本理论和知识，还要掌握基本的实验技能和分析、解决实际问题的能力.但在实验教学过程中，实验仪器耗资大，很难建立完备的实验平台和器件库.这使得开设的实验项目受到很大的限制.但将Multisim13.0 引入数字电子技术教学，可以弥补硬件不足.

2.2.1加深学生对基本器件和基本逻辑电路的理解

(1)加深对基本器件功能的理解.例如，在学习门电路中的异或门时，可以建立异或门功能验证电路如图2(a)所示.改变电路中两个开关的状态来观察异或门的输出情况：当指示灯亮时，输出为“1”；指示灯熄灭时，输出为“0”.还可以通过Multisim13.0中的“logic converter”得到逻辑图与真值表，如图2(b)所示.

(a)异或门逻辑图

(b) “logic converter”得到的真值表

(2)进一步掌握由基本器件构成的逻辑电路的功能.例如，7442是BCD-十进制译码器[4].为理解其功能，建立如图3所示的电路.

图3　BCD-十进制译码器7442功能验证逻辑图

在以上电路的基础上，学生容易理解由7442构成的如图4所示的电路功能.

2.2.2验证组合逻辑电路的分析结果

在分析一个给出的组合逻辑电路时，就是要以更加直观的方式来说明它的逻辑功能[5,6].

在课程教学中采用例1电路进行组合逻辑电路分析方法教学时，可借助Multisim13.0软件的“logic converter”来验证分析的结果.

图4　7442构成的逻辑函数的功能验证逻辑图

例1：分析图5所示的逻辑电路，写出它的逻辑函数式，列出真值表，说明这个电路具有什么功能.

图5　例1的组合逻辑电路

验证过程如下：

(1)在Multisim13.0软件仿真平台下，构建如图5所示的逻辑电路图.

(2)在Multisim13.0软件右侧的虚拟仪器栏内找到“logic converter”置于工作区，并将“logic converter”的输入端和输出端分别连接图5所示的逻辑电路的输入端和输出端.将“logic converter”连接在电路中得到如图6所示逻辑图.

图6　将“logic converter”连接于电路逻辑图

图7　显示有真值表和逻辑函数式的“logic converter”图

2.2.3辅助完成组合逻辑电路的设计

在组合逻辑电路的设计过程中，根据逻辑抽象的结果可得逻辑函数真值表，借助于Multisim13.0软件的“logic converter”仪器，可以在输入真值表后得到逻辑函数式和逻辑图.设计过程见例2.

例2：设计一个交通信号灯的监视电路.当红绿黄灯中出现两个或三个同时亮，或者三个灯同时灭的情况，监视电路可以给出故障报警信号，其余情况均工作正常.

解：根据设计电路的要求，输入变量有3个，设R、G、Y分别表示红绿黄灯.为“1”时表示灯亮，为“0”表示灯灭；输出变量设为L，为“1”时表示故障状态，为“0”时表示正常工作状态.

图8　“logic converter”页面输入变量设置图

把图8中每行的“？”改为对应的输出结果即可.修改方法：鼠标单击“？”一次，“？”会变为“0”，再点击一次，会变为“1”.循环往复，将根据逻辑抽象得到的真值表输入图8所示的“logic converter-XLC1”页面.输入后的结果如图9所示.

图9　“logic converter”页面真值表输入后结果

图10　与或门构成的逻辑图

图11　与非门构成的逻辑图

3结语

本文将Multisim13.0应用于数字电子技术组合逻辑电路的教学中，可以有效提升学生对组合逻辑电路的认识，提高学生学习数字电子技术课程的兴趣，培养学生分析问题、解决问题的综合能力.

[参考文献]

[1]郭仿军. 数字电子技术实验课程的改革与探索[J]. 重庆文理学院学报(自然科学版),2009(2):58-60.

[2]景展,陆小花. Multisim在动态电路教学中的应用[J]. 大学教育,2014(12):89-90.

[3]田永刚,武岳山. 采用Multisim 辅助数字电路设计的研究[J].国外电子测量技术, 2007, 26(2):35-37.

[4]阎石.数字电子技术基础[M]. 北京:高等教育出版社,1998.

[5]阎石.数字电子技术基本教程[M]. 北京:清华大学出版社,2007.

[6]康华光.电子技术基础(数字部分)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

(责任编辑吴强)

Application of Multisim 13.0 software in the teaching of combinational logic circuit

HAN Xinfeng, LI Yong, HE Enjie, YAO Jie

(College of Electrical and Electronic Engineering, Anhui University of Science and Technology, Fengyang Anhui 233100, China)

Abstract：Multisim 13.0 of NI Company is a powerful software of circuit design, teaching and scientific research. It has a strong function of virtual simulation. It was introduced to the teaching of combinational logic circuit in the “Digital Electronics Technology” course. The process and result of the analysis or design of circuit was displayed vividly and visually by using the software of simulation function. This can not only reduce the cost of teaching and stimulate students’ interest in learning, but also improve teaching effectiveness. It has important practical significance for cultivating the learning ability, practical ability and improving the innovation consciousness.

Key words：Mulitisim13.0; digital electronics technology; combinational logic circuit; teaching

[中图分类号]TN79+1

[文献标志码]A

[文章编号]1673-8004(2016)02-0075-04

[作者简介]韩新风(1983—)，女，山东滨州人，讲师，硕士，主要从事电子电路方面的研究.

[基金项目]安徽省教育厅重点教学研究项目(2015jyxm253)；安徽省教坛新秀项目(086JFK14)；安徽科技学院校级教研项目(X2014084).

[收稿日期]2015-10-27