Multisim和极域电子教室改进数字电路实验教学

张雅楠+张姗姗+俞志英

摘要：数字电路是电气等专业重要的专业基础课，其中关键的环节就是培养学生的实践能力和解决问题的能力。在实验教学内容中引入Multisim仿真，形式上将极域电子教室贯穿于整个实验教学过程中，使理论与实践有机结合，有利于提高学生的自学能力和创新能力；提高教学效率，改善教学效果。

Abstract： Digital circuit is an important professional basic course in electrical engineering， in which the key point is to cultivate students' practical ability and problem-solving ability. The introduction of Multisim simulation in the experimental teaching content and the using of e-learning class throughout the experimental teaching process make the combination of theory and practice， enhance students' self-learning and innovation ability； improve teaching efficiency and teaching effectiveness.

关键词： Multisim；极域电子教室；数字电路实验教学

Keywords： Multisim； E-learning class； Digital circuit experiment teaching

中图分类号： G642.1 文献标志码：B

数字电路是高等院校电气、电子信息类和部分非电子类专业本科生在电子技术方面入门的必修基础课程，该课程既有抽象的理论分析又有较具体的实践应用。因此，生动形象的课堂教学和全面的实验体系对教学效果和知识的应用能力有着非常重要的作用[1-2]。所以在实验内容中引入Multisim软件仿真，学生通过运行仿真软件觀察电路的功能和特性，加深对电路的理解，更容易掌握所学的内容，从而提高学习兴趣。同时实验室组建了极域电子教室系统，教师通过灵活应用 “远程命令”、“屏幕广播”、“文件分发”、“考试”等功能，使知识讲解更直观生动，使教学效果能及时反馈、及时评价，真正实现了教师为引导、学生为主体的教学思想，优化了教学效果，提高了教学质量。

一、 Multisim仿真使数字电路知识形象化

（一） Multisim软件简介

Multisim是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件，其功能强大，具有形象生动的仿真效果，是电子类专业课程教学的首选软件。Multisim10界面友好，操作方便，而且为数字电路仿真提供了丰富的元器件模型，如时钟信号、各类门电路、各种集成组合逻辑门、时序逻辑门等；同时提供了种类齐全的虚拟仪器，如字符发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪等。利用Multisim进行电路仿真实验，把理论知识和实验结果加以对照、分析，可以提高课堂教学效果[2]。

（二）Multisim软件仿真的应用

以“编码器和译码器”实验为例，使学生掌握74LS148和74LS138集成电路的应用。在此之前，学生对数字电路的认识只是抽象的理论知识，难于理解器件的逻辑功能，较难掌握器件的外部特性，尤其是涉及到如何应用器件，如何利用所学器件设计实用电路时显得不知所措。因此，教师首先利用Multisim软件来仿真图1所示的编码器和译码器的联合工作电路，将数字电路的基本知识和工作过程直观的展示给学生。

74LS138是低电平输出有效的“3线8线译码器”，只有当3个使能输入端 且 时译码器才能正常工作，即将输入端C、B、A（C为高位）接收到的二进制码译成对应的十进制数i且以低电平的形式送给输出端Yi，其它输出端都为高电平。74LS148是低电平有效的“8线3线优先编码器”，当使能输入端 =0时，编码器处于工作状态，即只要有一个输入 为0， 就输出对应的二进制码的反码。

电路采用三个不同频率的方波信号源为74LS138提供连续的二进制输入，通过软件自带的虚拟示波器可以观察C、B、A的 值；译码器的输出送给74LS148作为输入，同时用小灯显示结果；编码器的输出经过反向器连接数码管显示。两个芯片的使能输入端G1和 由单刀双掷开关接5V电源（VCC）或地（GND）来控制其值为1或0，从而决定集成电路是否工作。仿真运行时，开关J1打向VCC（高电平1），开关J2打向GND（低电平0），两个集成电路正常工作，即小灯随着C、B、A值的变化从右向左依次灭，使得数码管依次显示7～0。开关J1打向GND（低电平0），则74LS138芯片不工作，小灯全亮，导致数码管一直显示“7”。开关J1、J2都打向VCC（高电平1），74LS148芯片不工作，即使小灯循环改变，数码管的显示保持不变。

通过该实例的运行，使学生直观的理解了数字电路的高、低电平等基本概念及与实物的对应关系，编码和译码电路的工作原理及具体集成电路的应用，为接下来在实验箱上进行实物连接做好了充分准备。而且把Multisim软件的作用和使用方法介绍给学生，使学生摆脱实验地点和实验时间的限制，可以随时验证学到的理论知识，还可以尝试通过仿真软件对电路进行局部改进或设计简单电路，提高创新能力。

二、极域电子教室优化数字电路实验教学过程

（一）极域电子教室简介

极域电子教室是多媒体教学网络平台，利用它可以在网络电脑教室中实现屏幕广播、远程控制、文件分发、考试等功能，打破了传统教学方式的限制，既实现了传统教学中教室和学生，学生和学生之间的交流，又符合多媒体教学效率高、互动性好的特点，是教学方法和教学手段重大的技术突破[4-5]。

极域电子教室由教师机、学生机和路由器組成。随着国家对教育信息化的倡导，本校的电工电子实验室配置了电脑、交换机等信息化设备，而且网络通畅。在此基础上，只需在电脑上安装适当的软件即可完成极域电子教室的组建。

（二）极域电子教室在数字电路实验教学中的应用

1.实验准备

教师机上的简单操作便可完成实验前的准备，而不必操作每台电脑，节省人力物力提高效率。

开启学生机：登录教师机，然后依次点击“远程命令”—“远程开机”来启动所有学生机。

运行学生机上的Multisim软件：1）编写远程命令：鼠标单击“远程命令”—“远程命令”—“新建”，在“名称”栏中填写“Multisim”，在“文件夹路径（F）”栏中填写Multisim软件在学生机中的安装位置，然后单击“保存”。只需执行一次。2）启动软件：每当需要时，单击“远程命令”—“启动远程应用程序”—“Multisim”便可启动所有学生机上的Multisim软件。

分发课件：教师可以将用到的课件或设计好的Multisim仿真电路传给每台学生机，以供学生参考。鼠标单击“文件分发”，在弹出的“文件分发”界面中，通过“目录”和“名称”栏选择目标文件，然后点击“目录”栏下的“添加 ”图标。选中出现的文件名称，然后单击“发送 ”按钮，学生便可以在“电脑桌面”上看到该文件。

2.实验过程

屏幕广播：在讲解理论课件和图1的Multisim仿真电路的设计和运行过程时，教师单击“屏幕广播”，将教师机的屏幕共享给学生，这样每个学生在实验台前就能清楚直观的看到教师的讲解、具体操作步骤和电路运行结果。在此基础上，再对应数字电路实验箱的实物，便于学生掌握实际集成电路的工作原理和使用方法。

待讲解结束，需要学生自己完成实验时，教师结束“屏幕广播”，学生可以边参考之前收到的理论课件边做实验，有利于知识的消化和应用。

3.实验考核

考试：实验前教师需先单击“试卷编辑”安排待考查的内容和正确答案；然后在预留好的考核时间内，单击“随堂小考”将考卷下发给学生。学生需在规定时间内完成试卷并提交，系统自动显示分数。

三、结论

实践证明，在数字电路实验中增加Multisim软件仿真，促进了学生更好的消化和应用数字电路知识，提高了实验效率，激发了学生的学习积极性。利用极域电子教室辅助整个实验教学过程，弥补了传统实验方式的不足，使教学更生动形象，降低教师的劳动强度，具有一定的推广价值。

参考文献：

[1]李娜.虚拟仿真技术在数字电路课程改革实践中的应用研究.现代教育技术，2010，20（7）：147-150.

[2] Multisim10仿真软件在数字电路教学中的应用_郭映

[1]郑兆兆，高静，李建霞. 将Multisim引入数字电路实验教学探讨 [J]. 教学研究，2014，37（2）：88-92.

[4]袁再龙，姜明涛. 极域电子教室在计算机广播教学中的应用. 应用研发，2014，11期：206-208.

[5]林国强. 高校实验室必备软件极域电子教室的应用研究. 软件透视，2015，05期：47.

作者简介：

张雅楠（1982—），女，硕士生，研究方向：电工电子实验教学。