基于Multisim仿真软件在《数字电子技术》教学中的应用

陈玲

(武汉晴川学院 湖北 武汉 430204)

基于Multisim仿真软件在《数字电子技术》教学中的应用

陈玲

(武汉晴川学院 湖北 武汉 430204)

传统的《数字电子技术》课程教学过程中存在着重理论而轻实践问题，学生不能及时地将所学的理论知识与实践效果有效地结合起来，导致了学生的学习兴趣不高、理解较难、创新意识不强、创新能力低的实际情况，本文分析了采用仿真软件教学的必要性，并提出在《数字电子技术》课程教学中引入Multisim仿真软件进行辅助教学的新方法。本文以集成四位二进制加法计数器74LS161为例来建立用集成计数器构成任意进制计数器的仿真模型，利用清零法和置数法来实现功能，并将实现的计数功能在Multisim仿真软件中显示出来，使得抽象复杂的电路变得具体、形象化，易于理解，充分调动了学生课堂学习的积极性。

Multisim仿真软件；《数字电子技术》；加法计数器

1.引言

《数字电子技术》是电子信息、电气工程等电类专业一门理论性与实践性非常强的专业基础课，所以要求在教学上以培养学生严谨踏实的科学态度和扎实的实验操作技能为宗旨，使学生分析、解决问题的能力得以提高。目前受某些因素的影响，我国大部分高校都不能够成立完全开放的实验室来满足本门课程理论性和实践性教学的要求。因此，在本门课程中引入Multisim仿真软件是一种很好的教学手段[1]。当前，我国的一些重点大学如北京大学、清华大学、武汉大学等都已在电子类课程教学中应用Multisim仿真软件，帮助学生快速、轻松地将所学理论知识通过利用EDA技术得以真实的再现，不仅激发了学生的学习兴趣，而且也培养了学生的实践能力和创新能力。

2.引入仿真教学的必要性

随着电子技术的飞速发展及其与计算机技术的强势整合，数字电子技术应用水平几乎呈指数形式发展，《数字电子技术》是电气工程及其自动化专业的专业基础必修课之一，该课程的理论性较强，使得本门课程在教与学中均存在一定的难度，越来越多的教师在关注和探索《数字电子技术》的教学模式和教学方法。

许多教师深感“板书+PPT”这一教学模式的不足，即使老师想尽各种办法，学生都会感到疑惑和不理解，很难提高教学质量。虽然也有实验等实践性教学环节，但学校普遍存在实践性教学学时较少、实验设备不足、实验成本较高的局限[2]。因此，如何把教师和学生从传统的教学模式中解放出来，使学生的主观能动性得以充分发挥，积极主动地参与教学，这就要充分发挥信息技术与本门课程整合的作用，将Multisim引入到《数字电子技术》的课堂教学中，将仿真软件利用在辅助教学中，就可以获得意想不到的效果。

3.Multisim仿真软件的简要介绍

Multisim 起源于20世纪80年代的电子仿真软EWB(ElectronicsWorkbench)，到21世纪初，加拿大图像交互技术公司（简称IIT公司）在原版的基础上，增加了更多的功能，并更名为Multisim。在2005年，美国国家仪器公（NationalInstrument,简称NI）收购了IIT公司。Multisim是一个专门用于电子电路设计和仿真的软件，在电路设计、分析与仿真等应用中较为广泛。该软件以图形界面为主，采用菜单栏、工具栏和热键相结合的方式，具有一般Windows应用软件的界面风格。

4.Multisim仿真教学实例分析

计数器是用来累计并寄存电脉冲数目的逻辑电路，还具有分频的功能。计数器的记忆功能和逻辑判断能力非常强，将其应用在数字电路中时，不仅可以完成计数的功能，而且还可以提高数字电路的性能及其工作效率。根据在数字电路中的不同的功能，可以将计数器分为很多种。本文以集成四位二进制加法计数器74LS161为例来建立用集成计数器构成任意进制计数器的仿真模型。

4.1 用集成计数器构成任意进制计数器

设需用以M为模集成计数器（异步清零、同步置数）组成模N 计数器。

⑴、N < M的实现方法：

①、清零法：

利用清零输入端，使电路计数到N+1状态时产生清零操作，越过后续M–N个状态实现模N计数。

②、置数法：

利用计数器的置数功能，通过进位输出给计数器置数M-N，跳过0至M-N的状态实现模N计数。

⑵、N >M 的实现方法：

采用多片M进制计数器构成各芯片可以连接为串行进位方式或并行进位方式对于扩展为M’的计数器再采用反馈清零或反馈置数进行设计。

4.2 集成74LS161引脚图与管脚功能介绍

74LS161是一个四位二进制加法计数器，它可以灵活的运用在各种数字电路以及单片机系统中，能够实现许多重要的功能。

简要说明：

（1）异步清零功能

当CR为低电平时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号CP），4个触发器的输出全为零。

（2）同步并行预置数功能

在CR位高电平，当LD为低电平且有时钟脉冲

CP的上升沿作用时，D3，D2，D1，D0输入端的数据将分别被Q3～Q0所接收。由于置数操作必须有CP脉冲上升沿相配合，故被称为同步置数。

（3）保持功能

在CR、LD都为高电平的条件下，当T*P为低电

平时，不管有无CP脉冲作用，计数器都将保持原来状态不变（停止计数）。

（4）进位输出C

当计数控制端为1，且触发器全为1时，进位输出为1，否则为0。

图1 集成74LS161引脚图

图2 集成74LS161引出端符号

表1 集成74LS161功能表

4.3 74LS161构成任意进制计数器仿真模型建立

⑴、用74ls161构成9进制加计数器(清零法)(图3-图5）

图3 清零法构成9进制计数器状态转换图

图4 74LS161清零法构成9进制仿真显示“0”

图5 74LS161清零法构成9进制仿真显示“8”

⑵、74ls161构成9进制加计数器（置数法）(图6-图8)

图6 置数法构成9进制计数器状态转换图

图 7 7ls161置数法构成9进制仿真显示“0”

图 8 7ls161置数法构成9进制仿真显示“8”

⑶、用74ls161构成52进制加计数器(清零法)（图9-图11）

图9 7ls161清零法构成52进制仿真显示“00”

图10 7ls161清零法构成52进制仿真显示“13”

图11 7ls161清零法构成52进制仿真显示“51”

⑷、用74ls161构成52进制计数器(置数法)（图12-图14）

图12 74ls161置数法构成52进制仿真显示“00”

图13 74ls161置数法构成52进制仿真显示“43”

图14 74ls161置数法构成52进制仿真显示“51”

通过以上仿真结果分析可以看出，仿真模型能够反映出电路的理论知识与实践的结果是一致的，从而可以使学生通过仿真，形象具体地把理论与实践结合起来，不仅可以激励学生的学习兴趣,而且还可以培养学生的实践能力和创新能力。

5.结尾

在工科的专业教学中，培养学生创新思维，提高其工程意识和工程能力具有重要的意义；将muiltisim仿真软件，应用在《数字电子技术》的课程教学中使得复杂的电路变得形象、具体化，易于理解，充分调动了学生课堂学习的积极性；说明该方法可以应用于仿真教学，加强学生对数字电子技术的理解，使学生学习的主观能动性得以激发，从而使得学生的创新意识得到增强。

[1]张亚君，陈龙等.Multisim在数字电路与逻辑设计实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2008，8：108-110.

[2]韦建英.《数字电子技术》，2013年8月第1版.

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