基于Multisim 14.0的组合逻辑电路在“物联网电子技术”课程中的应用

李 平，高 云，李 阳

（江苏信息职业技术学院 物联网工程学院，江苏 无锡 214153）

0 引 言

“物联网电子技术”是物联网应用技术专业的专业基础课程[1]，具有知识点繁多、实践性较强等特点。课程的任务在于培养学生的思想创新能力，树立理论联系实际的工程观点和提高学生分析问题和解决问题的能力[2]，提高综合素质。课程共有3部分知识块，分别是电路分析基础、模拟电路技术、数字电路技术[3]。在分析模拟电路[4]时考虑其输出信号与输入信号在振幅大小、频率等方面的变化关系；数字电路只考虑输出和输入的电平变化规律等。本文在研究分析数字电路的基础上，教授学生设计组合逻辑电路，让学生了解数字电路的优点，并能对数字电路进行灵活分析和设计。

本文采用Multisim 14.0仿真软件[5-8]，Multisim 14.0是原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，软件提供了物联网电子技术的主要硬件设备，打破了时间和空间的壁垒，让学生能够随时随地在仿真平台上进行自主学习和开发，进一步增强学生的学习兴趣和学习积极性。同时，采用锐捷网络云桌面虚拟系统，在此系统里提前下载好Multisim 14.0仿真软件。即使教师在备课过程中忘记携带笔记本电脑，也可以在其他电脑中登录此系统并进行电路教学设计。

本文以组合逻辑电路[9-10]中全加器电路为例，讲解组合逻辑电路里互为逆过程的设计和分析，让学生充分掌握、理解数字电路，并最终能够独立设计电路。

1 学情分析

授课对象为物联网应用与技术专业2020级学生，前导课程有“高等数学”，后续课程有“物联网节点开发”“物联网规划与组建”。这些学生对物联网系统的关键技术已经进行了理论和实践学习，具有一定的程序设计思路和实际编程能力。

2 教学策略

Multisim 14.0仿真软件[11]是提供物联网电子技术的主要底层硬件设备之一，打破了时间和空间的壁垒，不仅帮助学生在预习和复习阶段节省了大量时间，还能够让学生随时随地在仿真平台上进行自主学习和开发，提升了学习兴趣。

3 实例展示

在数字电路的组合逻辑电路学习过程中，通过采用以下设计方案，让学生掌握组合逻辑电路的设计技巧。

3.1 设计方法

设计一全加器电路：

（1）根据给定条件和最终实现的功能，首先对逻辑变量和逻辑函数进行定义，用相应字母表示，再用0和1各表示一种状态，由此找出逻辑变量和逻辑函数之间的关系。

（2）根据逻辑变量和逻辑函数之间的关系列出真值表，根据真值表写出逻辑表达式。

（3）对逻辑函数进行化简处理。

（4）根据最简逻辑表达式绘制相应逻辑电路。

3.2 电路变量分析

定义输入、输出逻辑变量，并将文字叙述抽象为逻辑描述。根据题意可知，该系统的输入变量有3个，即A、B、C，分别用0、1来表示，输出变量为F、G，其中G为进位。

（1）根据逻辑功能要求列出真值表，见表1所列。

表1 全加器真值表

（2）由逻辑状态写出表达式，分别如下：

（3）化简逻辑式：

F1卡诺图化简如图1所示。

图1 F1卡诺图化简

（4）由于在制作逻辑电路的过程中，一块集成芯片往往有多个同类门电路，所以在构成具体逻辑电路时，通常只选用一种门电路，而且一般选用与非门较多。因此，全加器的逻辑函数可利用反演律，即：

（5）绘制全加器逻辑图，如图2所示。全加器电路的设计基本完成，教学目的在于让学生掌握电路设计知识，拥有电路分析能力。全加器电路如图3所示。

图2 全加器逻辑图

图3 全加器电路

3.3 全加器电路分析

（1）对逻辑图用逐级递推法写出F和G的逻辑函数表达式：

（2）用代数法化简逻辑函数：

（3）列出真值表。

（4）进行逻辑功能分析，观察真值表可得出电路的特点，即全加器的含义。

教学过程中，根据学生的学习能力，分任务完成，以学生学习知识为重点，通过向学生展示理论与实践相结合的操作，完成组合逻辑电路的设计与仿真，真正解决实际逻辑问题。完成课堂知识讲授，能够让学生更有效地掌握电工电子的知识与方法。

4 结 语

本课程的教学探索不仅在促进学生知识理解、能力掌握、素养提升三方面成效明显，也能通过仿真练习让学生主动学习、主动实践，很好地完成了“能仿、会变、可展示”的教学目标。最终通过组合逻辑电路的设计学习，增强了学生的自我学习意识，学生可通过动手操作提高自我调节能力。