基于Multisim的数字电路实验案例分析*——以555时基电路的应用为例

张琨英 陈冬冬

(闽南理工学院,福建石狮 362700)

1 主要内容

1.1 背景

555定时器是一种模、数混合的中规模集成电路,它使用方便、灵活,应用极为广泛,用它芯可以很方便地组成脉冲的产生、整形、延时和定时电路,因此,它经常出现在各种电子比赛电路中,学会该芯片的应用,对学生帮助很大。该实验从555芯片的实际应用着手,由简到繁,由易到难,逐层递进,有助于学生较好地掌握该芯片的应用。

1.2 设计任务

1.2.1 用555芯片构成多谐振荡器

(1)设计出一个多谐振荡器电路,要求输出的方波频率在1HZ左右,写出计算过程;(2)用Multisim仿真软件实现该电路,利用虚拟示波器观察其输出波形,并测量该波形的频率和周期,与自己的计数值进行核对;(3)实验室实物搭接多谐振荡器电路,让其输出驱动发光二极管闪烁,并用数字示波器进行相关波形的观察测量。

1.2.2 用555芯片构成接救护车警铃发声电路

(1)设计出一个救护车警铃发声电路,要求分别计算出发声电路发出的高、低音的频率;(2)用Multisim仿真软件实现救护车警铃发声电路,测试虚拟喇叭是否能发出两种不同音调的报警声,并用虚拟示波器观察电路产生的四路波形,进行相关参数的测量、分析;(3)录制仿真结果小视频,并提交给老师,作为预习凭证,没有则不能进入实验室进行实物搭接;要求视频内开始要有学生的学号及姓名介绍,能看到以该生姓名学号命名的仿真文件界面(防止预习作假,严格把控预习关),并听到虚拟喇叭发出的两种不同音调的报警声,同时能看到虚拟示波器中的测试波形;(4)实验室实物搭接救护车警铃发声电路,观察能否驱动喇叭发出两种不同音调,并利用数字示波器进行相关波形的观察测量。

1.2.3 拓展实验任务

此任务是选做,要求软件先仿真成功后,再实验室实物搭接实现。

(1)要求设计出的警铃发声电路发出的两种不同的音调,其分别持续的时间长短可调;(2)要求设计出的警铃发声电路发出的两种不同的音调,其音质可调。

2 案例效果与创新点

(1)实验背景应用性好,紧扣学生所学知识,对学生参加电赛有帮助;

(2)实验设计有层次,学生可以根据自我能力,有选择性地完成;

(3)要求学生利用Multisim仿真软件进行预习,并自报家门录制仿真小视频,更好地督促学生进行预习,加深学生对实验原理的理解;

(4)自制实验接线板,使得见图1,实验操作比用面包板来得更简便,缩短接线时间的同时确保了实验现象的稳定性。

图1 自制接线板Fig.1 Homemade terminal block

(5)该实验项目实验结果不管是仿真还是实物搭接,效果都良好,图2是仿真测试结果,图3是实物搭接图,图4是实物测试结果图。

图2 仿真测试结果图Fig.2 Simulation test result graph

图3 实物搭接图Fig.3 Physical lap diagram

图4 实物测试结果图Fig.4 Graph of physical test results

3 案例推广及影响

该实验教学案例已在闽南理工学院的电子与电气工程、光电与机电工程等理工科类学生中推行5 年,每年约约350名左右的学生参与,教学效果良好,该实验项目参加了2020年的第七届“鼎阳杯”电工电子实验案例比赛,获得华东赛区三等奖。