浅谈仿真软件Multisim及其在数字电路实验中的应用

车沛强

摘要：数字电路课程是电子专业中的一门非常重要的基础课程，在数字电路课程的教学中，不仅包含有数字电路的理论知识教学，同时还包括数字电路的实验教学，而随着现在科技的发展，传统的教学方式也要与时俱进，在充分结合科学技术手段的情况下更大程度地提升教学效果，在数字电路实验课程教学中，利用计算机软件的模拟仿真功能和实践操作相结合的方法进行教学，不仅大大提升了教学效果，降低了学习难度，而且也培养了学生的创新学习能力。本文通过对计算机仿真软件Multisim进行概况分析，探讨在数字电路实验中仿真软件Multisim的具体应用和应用优势。

关键词：仿真软件Multisim 数字电路实验 应用

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0220-02

在电子专业数字电路课程中，实验教学是一个非常重要的环节，通过理论知识教学与实践相结合的方法，在提升教学效果的同时也提升了学生的实践动手能力，而在传统的数字电路实验教学中，完全依靠的是纯硬件实物进行实验，这种方法存在许多弊端，而现今在结合计算机软件技术的基础上，让数字电路实验变得更加灵活方便，不仅培养了学生的综合动手能力，而且还激发了学生的创新能力，本文主要分析探讨的是在數字电路中，计算机仿真软件Multisim的具体应用。

1 仿真软件Multisim的概况

计算机仿真软件Multisim是根据美国国家仪器公司电子线路仿真软件EWB升级而来，其主要目的就是对电路进行原理设计，对电路功能进行测试等，在计算机中，Multisim软件不仅界面清晰，简单直观，而且操作起来也较为简便，易学易用。仿真软件Multisim将原理图的创建，电路的测试分析以及结果显示通过集成的方式统一显示到一个电路窗口当中，对数字电路和模数混合电路等进行仿直模拟，而且在可视化界面上，其仿真出来的电路环境与真实情况一般无二，整个操作界面操作起来完全就像是一个实验室的工作台，非常具有可实操性，在数字电路实验教学中，深受广大教师以及学生的喜爱[1]。

2 在数字电路实验中仿真软件Multisim的具体应用

数字电路实验首先要了解的是电路的工作原理，对实验电路中的模块电路以及每个模块的具体功能都要有一个具体清晰的认识，同时还要明确每个模块之间的信号传输关系等，在对这些基础设施了解清楚之后，再结合相关的参数指标以及实验所需的电路元器件，通过仿真软件Multisim对各个电路模块的初步设计，最后在仿真模拟的过程中边选择边测试，边修改边对比，不断地分析判读，直到实验出真正的数字电路，因此在数字电路实验中，仿真软件Multisim的具体应用主要体现在以下四个方面：

2.1 绘制电路原理图

本次数字电路实验以在时钟控制下实现八位并行数据输入到串行数据输出的转换电路为例，这个数字电路主要有三个功能模块，即LM555定时器构成的多谐振荡器产生时钟脉冲模块，4位二进制加法计数器74LS163构成的计数器模块和数据选择器74LS151构成的并转器电路模块[2]，待这三个功能模块分步设计完成后，这个转换电路的原理图就设计完成了，然后再结合仿真软件Multisim中丰富的元器件资源快速的完成所需元器件的找寻工作，其次再将这些元器件进行连接，对一些必要的元器件参数属性等进行相应的修改，同时对元器件标注出相对应的标签，最后这个转换电路的原理图绘制工作也就完成了，如图1所示，为绘制的此次实验转换电路的原理图。

2.2 电路的仿真分析

在上述的转换电路实验中，通过仿真软件Multisim可以提供出虚拟的仪器对电路进行仿真分析，在仿真分析中，主要用到的分析仪器包括示波器，逻辑分析仪，字信号发生器以及逻辑转换器等，其仿真分析主要分为两部分进行：首先仿真分析的是第一个模块，针对第一个功能模块LM555定时器构成的多谐振荡器产生时钟脉冲模块，在实验教学过程中，为了让学生加深对其的理解与学习，可以用仿真软件Multisim提供的示波器来观察555定时器外围充放电的电容波形和输出时的脉冲方波信号波形等，最后发现其充电时间要大于放电时间，其仿真波形与理论分析计算得出的结果保持一致；其次仿真分析的是第二个功能模块和第三个功能模块，针对这两个模块可用仿真软件Multisim提供的逻辑分析仪进行分析，主要观测分析的是第二个模块计数器的时序波形和第三个模块数据选择器输出的波形，如图2所示，为计数器时序波形的仿真图，通过图2可以看出，在脉冲作用下，计数器的低三位循环计数产生000到111这八种状态，而假设计数初始的状态为000时，那么数据选择器的数据输入端D0将被选通，而151的输出将变成1，再来一次CP脉冲上升沿后，计数器的计数状态就变成了001，而这时数据输入端D1将被选通，151的输出就又变成了0，同理待第七个脉冲来之后，计数器的计数状态就变成了111，这时的就是D7被选通，同样的151的输出也变成了0，151的8位并行输出数据在时钟脉冲的控制作用下，来一个时钟脉冲上升沿就送出一位数，相应的8位并行输入的数据也就一个一个地被串行输入送出来，从而实现数据能够并行输入到串行输出的转换[3]。

2.3 逻辑转换器的应用

逻辑转换器的应用主要体现在组合逻辑电路中，对于组合逻辑电路而言，其特点就是没有存储记忆功能，而其设计就需要根据逻辑命题，再列出逻辑真值表，写出逻辑表达式，然后选择所用器件，即可完成组合逻辑电路的设计工作，但是在输入变量增多时，组合逻辑电路的设计工作就变得繁复多杂，经常出现各种错误，在这时利用仿真软件Multisim提供的逻辑转换器就可以对组合逻辑电路的设计过程进行简化，提高电路的设计效率[4]。

仿真软件Multisim提供的逻辑转换器支持8输入变量与单输出的组合逻辑电路的分析与设计，根据逻辑转换器可以将组合逻辑电路中的真值表进行转换，将真值表与逻辑表达式之间进行转换，将直值表与简单表达式之间进行转换，将逻辑表达式与逻辑电路之间进行转换以及将逻辑表达式与非门逻辑电路之间进行转换等。

2.4 译码器的仿真应用

在数字电路实验课程中，译码器在数字系统的设计中有着极为广泛的用途，其在代码之间的转换，终端的数字显示，同数据分配，存储器的寻址以及组合控制信号等都能起到非常重要的作用，在数字电路实验课程教学中，以仿真软件Multisim提供的74LS138译码器为例，为了让学生在学习地过程中更好的掌握译码器的外特征，如图3所示，通过利用开关K1，K2和K3来模拟二进制数，来对74LS138译码器的译码功能的仿真电路进行验证，通过实验可以看出，在输出端接上小灯泡后，可以对二进制数经过译码器后的输出结果进行直接观测，从而使学生在这一过程中可以更好的理解与掌握译码器的逻辑功能[5]。

3 在数字电路实验中利用仿真软件Multisim的优势

在数字电路实验中，传统的纯硬件实验教学方法一般都是事先查找大量的相关资料，对电路原理进行硬性理解，然后再根据电路指标要求对元器件的具体参数进行估算，最后在纸上画出大概的硬件电路图，在实验时一般也是通过面包板或实验箱来搭建完成，然后在观察分析实验数据时，也是通过实验室有限的仪器仪表等来进行，这样的实验方式很难检查出实验过程中的某项具体问题，比如所选用芯片是否合适，哪一根线路出现问题等，而一旦真的发现问题这整个电路实验设计也要推倒重来，耗时耗力不说而且还没有起到应有的教学效果，而利用计算机仿真软件Multisim，学生只需要在对数字电路的基本原理了解清楚的情况下，利用仿真软件Multisim直接选出实验所需的元器件，然后直接进行电路搭建，在计算机操作界面直接进行现场实验操作，而不用担心芯片的选择是否错误，实验消耗材料是否浪费，实验经费是否不足以及元器件等是否出现老化等种种问题，而且实验结果还可以通过界面直观的显示在学生面前，同时通过不断反复的实验，学生在理解力得到增强的同时，实践动手操作能力也得到了提升，而且这种虚拟的实验空间也使得学生的自由创造能力得到了充分的发挥，最重要的是节省了实验时间，提升了数字电路的教学效果[6]。

4 结语

综上所述，本文通过对计算机仿真软件Multisim进行概况分析，探討在数字电路实验中仿真软件Multisim的具体应用，其具体应用主要体现在四个方面，以在时钟控制下实现八位并行数据输入到串行数据输出的转换电路为例探讨了仿真软件Multisim的两种应用，即电路原理图的绘制以及电路的仿真分析，其次还探讨了仿真软件Multisim的逻辑转换器与译码器的具体应用，最后还分析了在数字电路实验中仿真软件Multisim的应用优势，希望本文的分析探讨对我国电子专业中数字电路教学以及计算机仿真软件Multisim的实际应用能起到相应的帮助作用。

参考文献

[1]尹波.浅谈仿真软件Multisim及其在数字电路实验中的应用[J].山东工业技术，2016（18）：121.

[2]王尔申，庞涛，李鹏，郑丹.Multisim和Proteus仿真在数字电路课程教学中的应用[J].实验技术与管理，2013（03）：78-81.

[3]郭映.Multisim10仿真软件在数字电路教学中的应用[J].计算机与现代化，2010（07）：162-165.

[4]孙晓艳.基于multisim的虚拟仿真软件在数字电子技术教学中的应用[J].装备制造技术，2007（11）：152-154.

[5]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（08）：166-167+169.

[6]王琰. Multisim在《数字电子技术》实验教学中的应用[J].佳木斯教育学院学报，2013（2）：356-357.