Multisim14.0软件在数字电子技术教学中的应用

王旭 朱建梅

摘要 本文通过对具体的数字电路分析与设计实例，介绍了Multisim14.0软件在数字电子技术教学过程中的具体应用。使用Multisim14.0软件可以让学生跳出对于数字电路理论推导和计算的束缚，将学习的重点放在对数字电路应用的思考和创新上，激发学生学习激情，释放数字电子技术的趣味性。

【关键词】数字电子技术Multisim14.0 虚拟仪器 电路分析与设计

1 引言

数字电子技术是电子技术基础的重要组成部分，是电类相关专业学生的必修内容和后续专业知识学习的基础。在传统的教学过程中，不论是老师的教、还是学生的学，都主要强调怎样去理解原理、推导公式、分析计算，这种强调知识而忽略体验的教学过程，必然导致学生兴趣不高、教学效果不佳的结果。Multisim 14.0是一款非常适合电子技术教学的EDA（电子设計自动化“Electronics DesignAutomation”的缩写）工具软件，可以方便的进行电子电路的设计与仿真分析，其自带的元件库涵盖了绝大多数常用的电子元器件，在数字电路学习过程中克服了传统实验实训设备搭建实验电路的局限性，极大拓展了实验电路的范围，为理论水平不高但又喜欢电路的同学提供了另一条认识电子电路的新途径。实践教学证明如果在具有多媒体教学环境的课堂教学中能够适时引入Multisim，就可以满足不同层次学生的学习需求，极大提高学生的学习兴趣，真正让学生在一堂课中就能做到“在实验中体会、在理论中思考”，最终达到自我建构知识的学习目的。

2 Multisim14. 0软件介绍

Multisim14.0是美国国家仪器（NI）有限公司推出一款基于Windows操作系统平台的EDA工具软件，提供业界一流的SPICE仿真标准环境，可通过设计、原型开发、电子电路测试等实践操作来提高学生的技能。其教学版是专为电路和电子技术相关内容的教学而开发，通过一个交互式、图形化的学习环境将电路理论视觉化，避免学习过程中枯燥乏味的复杂数学推导和理论知识，帮助学生巩固对公式和方程式的理解。Multisim提供万用表、信号发生器、逻辑分析仪等多种虚拟仪器和交互式的电路分析工具，能形象地展示电路行为，有利于学生理解电路知识和教师快速设计与课堂和课后作业主题相匹配的基础电路。

3 Multisim14.0软件在数字电子技术教学中的应用

在数字电子技术的教学过程中，组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计是教学重点、难点，也是学习兴趣点。教师需要重点培养学生对逻辑电路分析与设计的基本思想，训练学生掌握分析与设计阶段需要用到的基本方法和工具，激发学生的学习兴趣和创新。利用Multisim软件提供的虚拟仪器，可以大大降低学生学习数字电路分析和设计的数学要求，辅助完成复杂的数学计算和推导，从而突出重点、化解难点。再利用其强大的电路仿真功能，搭建测试电路，仿真检验分析和设计的正确性，激发学习兴趣。

3.1 Multisim14.0在组合逻辑电路分析中的应用

组合逻辑电路在结构上表现为输入和输出之间不存在反馈通路、电路中没有记忆元件;在功能上表现为任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。组合逻辑电路在实际应用中非常广泛，如编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、全加器、半加器、加法器均为常见的组合逻辑电路。对于给定的组合逻辑电路，确定其逻辑功能的过程，就是对组合逻辑电路的分析，分析过程一般是：首先通过逻辑电路图写出其对应的逻辑表达式，然后对所得的逻辑表达式进行化简得到最简逻辑表达式，再根据最简逻辑表达式列出逻辑真值表，最后通过对真值表的分析确定逻辑功能。与组合逻辑电路的分析相反，对于给定的逻辑功能，实现其逻辑电路的过程，就是对组合逻辑电路的设计，设计过程一般是：首先根据设计要求确定输入和输出变量，并对逻辑变量进行逻辑赋值，然后根据逻辑功能列出逻辑真值表，再根据逻辑真值表写出逻辑表达式，之后根据实际需要进行逻辑表达式的化简或变换，最后将化简或变换后的逻辑表达式转换成逻辑电路图。显而易见，不论是组合逻辑电路的设计还是分析，其实质都是同一逻辑关系的不同表示形式之间的转换。对于学生来讲，要正确完成对组合逻辑电路的分析和设计最头疼的就是转换过程中的数学式子，这正是使学生学习组合逻辑电路兴趣不高的症结所在，而Multisim14.0软件提供了一种可以在逻辑关系各种表示形式（如逻辑电路图、真值表、逻辑表达式）之间进行相互转换的虚拟仪器一一逻辑转换器，使得组合逻辑电路的分析和设计变得十分简便，实现了将学习的重点放在电路上而不是数学上，从而达到释放学生的学习激情、提高学习效率的目的。

下面以分析图1所示电路图的逻辑功能为例，介绍Multisim14.0软件中组合逻辑电路分析的具体实现。

启动Multisim14.0，在原理图中绘制图2所示电路图，图中74LS138D 3线-8线集成译码器、74LS20N四输入与非门和图1电路图中相应元件对应，逻辑转换器XLC1左侧输入端A、B、C和右侧输出端H通过输入输出网络标号A、B、C、F接入逻辑电路。

双击逻辑转换器XLC1，弹出图3逻辑转换器对话框，其界面主要由三部分组成。左侧为真值表输入表、显示栏，可以最多有8个输入变量A-G、1个输出变量H。右侧为转换按钮，从上至下依次为：电路图转真值表、真值表转换为逻辑表达式、真值表转换为最简逻辑表达式、表达式转换为真值表、表达式转换为与、或、非门组成的电路、表达式转换为与非门电路。最下方为表达式输入、输出框。如图3所示。

单击右侧“电路图转真值表”按钮，左侧显示栏将会显示该电路的逻辑真值表，若要得到其最简逻辑表达式，可单击“真值表转换为最简逻辑表达式”按钮，最简表达式将会出现在下方文本框内，如图4所示。通过对真值表的分析可知图1所示电路是一个具有三人表决功能的逻辑电路，至此逻辑电路分析完成，整个分析过程简洁明了。

分析完成后，在Multisim中搭建如图5测试电路，可以得到的结论是电路仿真结果和前面分析结果是一致的，此处不再具体说明。

3.2 Multisim14.0在组合逻辑电路设计中的应用

逻辑转换器不但可以方便的完成组合逻辑电路的分析，也可以辅助完成组合逻辑电路的设计。在电路图中添加逻辑转换器，双击打开逻辑转换器对话框，对话框左侧“真值表输入表”显示为三列，最左侧为序号列，中间为输入组合列，右侧为输出结果列，其中序号列、输入列的取值会根据单击字母上方的圆圈选择输入变量的不同自动生成，输出结果列则有四种符号显示，默认为“？”号，可以通过单击显示符号实现在“0、1、×、？”之间的转换，从而完成真值表的输入，然后单击“真值表转换为逻辑表达式按钮”或“真值表轉换为最简逻辑表达式”将真值表转换成逻辑表达式，单击“表达式转换为与、或、非门组成的电路”或“表达式转换为与非门电路”将表达式转换成逻辑电路图，将得到的电路图放置到电路原理图中，最后搭建测试电路验证设计是否正确，从而完成组合逻辑电路的设计任务。

4 总结

教师在实际的教学过程中，针对不同层次的学生，可以通过不同的途径使用Multisim辅助完成对组合逻辑电路的分析和设计。对于学习水平较高的学生，可以先进行理论推导，然后再在Multisim中使用逻辑转换器进行辅助分析和设计，验证理论推导结论是否正确，最后通过搭建测试电路进行电路的仿真进一步提升学生对电路的实际应用能力;对于学习水平较弱的学生，可以先在教师的辅导下，在Multisim中使用逻辑转换器进行电路的逻辑功能分析、设计，然后搭建测试电路进行电路仿真，让学生对电路的逻辑控制功能有一个感性的认识，激发学生的学习激情，最后通过一步步地逻辑抽象完成对该电路的理论分析和设计，最终达到逐步培养学生理论分析的能力。

参考文献

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