Multisim在“数字电子技术”课程设计中的应用

2018-10-11吕念芝

电气电子教学学报 2018年3期

关键词：电路仿真数字电子技术电路设计

吕念芝

（福州理工学院工学院，福建福州350001）

0 引言

目前我校电子类专业在“数字电子技术”课程设计环节中存在如下问题［1］：

（1）课堂理论教学只是对一些脱离实际的电路模型进行各种分析方法的传授，学生对实际电路设计掌握并不扎实。

（2）开设的专周课程设计实训所需的耗材购买数量有限，不能做到让每个学生都少受限制地更换元器件。

（3）在之前课程安排的配套实验课上，因为实验仪器数量有限，不能做到让每个学生独立操作，实验过程被动参与，实际效果很不理想，动手能力得不到提高。

针对以上问题，如果学生在课程设计中仍然采用传统的课程设计方式，就会出现课程设计环节周期长、耗时费力的现象。若在课程设计的环节中引入电路仿真软件，通过计算机强大的辅助设计和计算能力，学生可以方便地绘制电路原理图、更改元器件参数并模拟和测试电路功能。电路功能测试成功后再进行电路板制作，这样既提高了电路设计的效率和准确率，又降低了元器件材料的损耗，有利于提升学生的创新能力、计算机应用能力和实际动手能力。

Multisim仿真是美国公司推出一款专用于电子线路仿真的软件。它具有模拟电路仿真、数字电路仿真以及外围电路等部分组成的仿真系统，其自身具有丰富的元件库，元件库能提供各种类型的元器件。Multisim还提供了众多的虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、电压表、电流表等，它们功能与实际仪器仪表功能相同，可以方便地进行电路的仿真测试和分析。

本文以数字电子钟的设计为例，详细阐述Multisim 在“数字电子技术”课程设计中的应用［2～3］。

1 数字电子钟的设计与仿真

1．1 设计任务

数字电子钟基本要求如下：

（1）时间以24小时为计时周期并显示时、分、秒；

（2）具有12／24小时计时周期的切换功能；

（3）具有整点报时功能，整点前10秒蜂鸣报时。

（4）具有对“时”及“分”进行单独校时功能；

1．2 设计步骤

（1）明确设计的目标——功能和指标。

（2）系统层设计——系统原理框图。

（3）功能模块（电路）设计——论证、仿真验证可行性。

（4）系统联调——解决存在问题，实现功能要求（仿真）。

（5）确定整机电路图，给出元器件清单，绘制、制作PCB。

（6）安装调试、测试，验证是否达到设计目标要求。

（7）撰写设计报告。

2 主要功能电路设计

2．1 秒、分计时电路和12／24切换电路

计时电路是整个电路设计的核心部分，它的正确与否关系到后面能否正常显示及其他电路的正常运行。

秒计数电路和分计数电路都是采用置零法进行的60进制的计数操作，电路上除了计数脉冲有差别之外，其余电路结构和器件都基本一样。以秒计数电路为例，秒计数电路如图1所示。

图1 秒计数仿真电路

除了计数信号不同（秒计数电路的计数脉冲是IO_s，分计数电路的计数脉冲是IO_m）。在采用置零法时，因为是在59秒时给LOAD低电平信号，在个位的十进制中，数字从0变化到9时有竞争冒险。同样，在十位的十进制中，数字从0变化到5时也存在竞争冒险。为了解决这个问题，在不改变原来的逻辑关系的情况下，加入两个非门延长一定的时间。

小时计数电路同样也是采用的置零法设计的，但是因为采用的是12进制和24进制，又要实现两种进制的切换，电路结构与秒计数和分计数电路不同，具体电路如图2所示。在此电路中，在计数过程中各位二进制数没有出现同时变化的现象，不需要考虑竞争冒险。开关S1实现12和24进制的切换，在仿真电路中采用普通单刀双掷开关。

图2 小时计算仿真电路

2．2 校时电路

这部分电路主要完成对小时和分钟数据的快速调整。本文设计的电路能实现对小时、分钟的单独调整。调整功能由三个开关控制，分别是S2、S3、S4。仿真电路中利用开关构成RS触发器实现去抖动功能［1］。开关S2、S3实现单独校对小时数和校对分钟数。开关S4控制正常计数。当需要校时时开关向下闭合：开关S2往上闭合，同时开关S4往下闭合时实现对小时的单独调整。同理开关S3往上闭合，同时开关S4往下闭合时实现对分钟的单独调整。开关S4控制计数状态，往上闭合时正常计时。校时电路如图3所示。