Multisim仿真软件在数字电子技术教学中的应用与实践

吴玲敏 鲍明全

[摘           要]  时序逻辑电路为数字电子技术课程的重点和难点教学部分，为提高学生对复杂时序逻辑电路的理解和分析能力，结合Multisim 仿真软件给出设计实例，提高数字电子技术课程的教学质量。

[关    键   词]  数字电子技术;时序逻辑电路;Multisim

[中图分类号]  G642             [文献标志码]  A                  [文章编号]  2096-0603（2020）45-0064-02

数字电子技术课程作为高校电气工程、自动化、机械电子、计算机等专业的基础课程，在人才培养方案中占据重要的地位。课程的内容主要包括基本逻辑代数、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、数模模数转换电路。时序逻辑电路是数字电子技术课程中的重点和难点，逻辑性强且内容较为抽象，传统的板书加多媒体教学方式较为单一，学生被动地接受理论知识，学习积极性不高，缺乏主观能动性，容易丧失学习兴趣。不断寻求更加科学高效的教学方法和手段，使教学模式多元化，提升教学质量，需要任课教师更深入地思考。

一、Multisim软件介绍

Multisim软件是美国国家仪器公司特别推出的以Windows为基础的虚拟仿真平台[1]，它的内部集成元器件数据库，可以采用硬件描述语言或图形输入两种方法创建电路原理图，已经成为电子电路实验设计的核心专业软件[2]，如模拟电路和数字电路的仿真[3]，可实现快速、高效的电路设计和验证。时序逻辑电路教学过程中重视电路分析和设计过程，将Multisim10虚拟仿真软件融入数字电子技术课程，使学生更加直观地观察电路，提高学生理解、分析和设计复杂时序逻辑电路的综合能力，将理论知识与实践环节有机地结合起来。

二、Multisim软件在时序逻辑电路教学中的应用

触发器和计数器都是时序逻辑电路教学中的重点内容，传统的教学考虑到课程内容的深度和广度，从理论到实践环节都将触发器和计数器作为独立的章节部分分开来讲授。基于Multisim软件建立的虚拟仿真电路实验打破了时间、空间的局限性，将独立授课的模块相互融会贯通，让学生利用课余时间建立更多的综合设计性实验来加深巩固所学内容。

（一）仿真实验内容

利用可逆计数器74LS191芯片设计一个按 8421BCD码计数（0到9，9再到0）循环的十进制计数器，用七段显示器显示具体的计数过程。

（二）仿真设计过程及结果分析

74LS191芯片是一个计数控制信号低电平有效，带有选择控制信号（U/D=0时加法计数，U/D=1时减法计数），上升沿触发的4位二进制同步可逆计数器。要想设计0到9，9再到0循环的计数器，需在0到9加法计数时保持其U/D=0引脚为低电平不变，在9到0减法计数时U/D=1保持其为高电平不变。如果采用组合逻辑电路控制U/D控制端，很难判断当相同计数值时U/D控制端何时为低电平、何时为高电平，而引入D触发器74LS74控制该控制端可实现上述锁存功能。D触发器74LS74为上升沿触发，由于计数值为0和9时需要翻转U/D引脚高低电平（即D触发器输出为Q），故仅在计数值为0和9时，D触发器的时钟输入脉冲CLK为高电平1，D触发Q次态输出电平将进行翻转，其他计数值时均为低电平0，D触发器Q输出电平值将被锁存。

运行Multisim以后，电脑屏幕上出现如图2.1所示的界面。这时电路图设计窗口是空白的。在右侧的仪表工具栏中找到“逻辑转换器”按钮，单击此按钮后拖拽到电路图设计窗口，然后单击放置在合适位置[4]。双击逻辑转换器图标，屏幕上便会弹出逻辑转换器的操作窗口“逻辑转换器-XLC1”。

根据设计要求（仅在计数值为0和9时，D触发器时钟输入CLK为高电平1），利用逻辑转换器，将真值表键入到操作窗口左半部分，接下来点击逻辑转换器操作窗口右面的第三个按钮，转换结果显示在操作窗口最底部的一栏中，得到Y（A，B，C，D）=ABCD+AD。将上述逻辑表达式转化为基本的与、或、非门组成的逻辑门电路，只需要点击操作窗口右半部分上边的第五个按钮，就可以得到所需的电路图，电路状态转换图为下图2.2所示，输入变量为计数器QDQCQBQA，输出变量为D触发器D/Q/CLK。

根据以上要求搭建仿真电路，如图2.3所示。

为了验证设计电路的正确性，用仿真软件中的四通道示波器同时观察计数时钟脉冲、D触发器的D、Q和CLK，时序图如下图2.4所示，可以直观地看到，所测结果和电路设计状态转换图完全一致。

三、结束语

综上所述，在数字电子技术课程教学实践中融入Multisim仿真软件，不仅丰富了教学手段和教学方法，更让学生在对复杂时序逻辑电路的理解分析过程中有所探究、有所发现，培养了学生主动学习的兴趣，提高了学生的思维能力和动手实践能力，从而有效地保证了本课程教学的质量。

参考文献：

[1]杜先君.Multisim在电子设计实践课程教学中的应用[J].电子世界，2015（21）：28-29.

[2]杨斌.Multisim仿真在电子技术课程设计中的应用研究[J].电子制作，2016（8）：15.

[3]刘月嫦，朱齊媛，龙世瑜.基于Multisim的智能多路无线抢答器的设计[J].岭南师范学院学报，2017，38（6）：94-97.

[4]王中宝.基于虚拟仪器的时序逻辑电路仿真实验平台设计[J].南方农机，2019，50（6）：20.

◎编辑 李建军