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1、基于Multisim的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究 摘要】本文針對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，從改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段出發(fā)，結(jié)合具體實(shí)例闡述了Multisim軟件在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。比照傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和引入軟件仿真的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，結(jié)果說(shuō)明將仿真技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)，教學(xué)效果有較明顯的提高。利用Multisim軟件可靈活、高效地進(jìn)行數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，可作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)很好的教學(xué)輔助手段?！娟P(guān)鍵詞】數(shù)字電子技術(shù);教學(xué)研究;仿真;Multisim“數(shù)字電子技術(shù)〞課程是電子工程及計(jì)算機(jī)等專業(yè)重要的專業(yè)根底課程之一，學(xué)生對(duì)該課程內(nèi)容的掌握會(huì)直接影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。數(shù)字電子技

2、術(shù)實(shí)驗(yàn)更側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和靈活解決問(wèn)題的能力。然而，由于受元器件與硬件電路的限制，實(shí)驗(yàn)的靈活性與實(shí)時(shí)性較差，直接影響了學(xué)生對(duì)概念的深入理解，削弱了學(xué)生理論與實(shí)際的有機(jī)聯(lián)系。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的飛速開(kāi)展，“虛擬儀器〞、“虛擬器件〞被廣泛應(yīng)用于電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中。Multisim軟件因?yàn)槠浣缑嬷庇^、操作方便，仿真分析能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為電類學(xué)科的首選軟件工具。1.基于Multisim的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)Multisim軟件可以實(shí)現(xiàn)電路原理圖多種方式輸入、電路分析及交互式仿真、電路板設(shè)計(jì)、仿真儀器及射頻測(cè)試、集成測(cè)試、單片機(jī)設(shè)計(jì)仿真等高級(jí)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件〞和“

3、軟件即儀器〞。將Multisim引入數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生提供一個(gè)界面友好、直觀的模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可方便地從元器庫(kù)中將需要的元件放置到工作區(qū)進(jìn)行電路布局，通過(guò)鼠標(biāo)輕點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)線連接，完成電路原理圖的捕獲。Multisim所提供的虛擬儀器與真實(shí)儀器具有相同功能，仿真過(guò)程不受硬件限制，學(xué)生還可以在線修改電路參數(shù)，對(duì)電路進(jìn)行測(cè)量、探測(cè)、故障排除工作、查看實(shí)時(shí)仿真結(jié)果，并將自己的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、保存、打印，防止了實(shí)驗(yàn)報(bào)告彼此借鑒、千篇一律。數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)可以分為三個(gè)層面：根底驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。對(duì)應(yīng)不同難度實(shí)驗(yàn)，教師可有針對(duì)性的對(duì)學(xué)生提出設(shè)計(jì)要求，由學(xué)生先通過(guò)軟件仿真選擇不

4、同的設(shè)計(jì)方案自行完成預(yù)習(xí)。2.基于Multisim的教學(xué)實(shí)例探討組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)是數(shù)字電子技術(shù)課程理論教學(xué)的重點(diǎn)，教師往往會(huì)過(guò)分強(qiáng)調(diào)邏輯函數(shù)式化簡(jiǎn)，追求邏輯電路最簡(jiǎn)化，對(duì)邏輯電路中存在競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象的教學(xué)不夠重視。這將導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)進(jìn)行綜合、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)容易忽略這個(gè)問(wèn)題，造成設(shè)計(jì)出的電路可靠性和穩(wěn)定性不夠。圖1有競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象的組合邏輯電路本文對(duì)競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例展開(kāi)分析。筆者將電子信息工程專業(yè)一個(gè)行政小班共38名學(xué)生分為兩組，每組各19名。其中A組不進(jìn)行軟件仿真直接進(jìn)入硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境，B組要求先進(jìn)行軟件仿真然后再搭建硬件電路。下文仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程以B組其中一名學(xué)生的為例。搭建組合邏輯

5、電路如圖1所示。A為信號(hào)輸入，Y為輸出信號(hào)，輸入、輸出均接至示波器，鍵盤(pán)上“A〞、“B〞控制鍵按鈕控制改變J1、J2切換開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。接入端接入1KH脈沖信號(hào)，通過(guò)對(duì)J1、J2開(kāi)關(guān)控制，所得偏0、偏1冒險(xiǎn)波形分別如圖2、圖3所示。圖2偏0冒險(xiǎn)〔開(kāi)關(guān)J1、J2向上閉合〕圖3偏1冒險(xiǎn)〔開(kāi)關(guān)J1、J2向下閉合〕圖4增加了冗余項(xiàng)后的電路圖5消除了競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象的輸出波形理論上來(lái)說(shuō)，組合邏輯電路中消除競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象的方法有：增加冗余項(xiàng)、增加選通電路、加濾波電容等。該學(xué)生選擇在改進(jìn)電路中增加冗余項(xiàng)，設(shè)計(jì)電路如圖4所示，所得輸入、輸出波形為圖5所示。學(xué)生通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果可得出結(jié)論，加了冗余項(xiàng)能有效消除競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)

6、現(xiàn)象。比照兩組學(xué)生之后的學(xué)習(xí)行為表現(xiàn)發(fā)現(xiàn)：〔1〕在實(shí)驗(yàn)室硬件操作中，B組學(xué)生明顯對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及將出現(xiàn)的結(jié)果更有把握，學(xué)習(xí)也更加積極、自信，其中有47%〔9人〕的學(xué)生主動(dòng)選擇用多種不同的設(shè)計(jì)方案?！?〕時(shí)隔兩周進(jìn)入時(shí)序邏輯電路中關(guān)于競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象的講授時(shí)，B組學(xué)生中約有89%〔17人〕能很快聯(lián)系之前組合邏輯電路中關(guān)于競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象的講解，而A組學(xué)生中只到達(dá)63%左右〔12人〕。〔3〕后期實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生在預(yù)習(xí)時(shí)自由選擇是否軟件仿真，幾乎所有的學(xué)生〔36人〕都選擇先用Multisim軟件進(jìn)行仿真。以上教學(xué)效果比照可看出，Multisim仿真能給學(xué)生無(wú)畏的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)電路、動(dòng)手操作的熱情，提高學(xué)

7、生的電路分析能力和綜合應(yīng)用能力，同時(shí)也可促進(jìn)理論課的教學(xué)。3.結(jié)束語(yǔ)將Multisim軟件引入數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)仿真可為學(xué)生提供一個(gè)界面友好的模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高電子線路的開(kāi)發(fā)能力，培養(yǎng)和開(kāi)拓學(xué)生的創(chuàng)新思維。Multisim軟件還可與NI的ELVIS套件結(jié)合使用，軟件仿真后結(jié)合NIELVIS對(duì)電路軟件進(jìn)行原型化，教師還可通過(guò)設(shè)置隱含故障讓學(xué)生排查、修正過(guò)失。因此，數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程引入Multisim軟件仿真能促進(jìn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和質(zhì)量，可作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段的有益輔助和補(bǔ)充。參考文獻(xiàn)【1】閻石等.數(shù)字電子技術(shù)根底〔第五版〕[M].北京：高等教

8、育出版社，2021.【2】唐民麗，吳恒玉.Multisim2021在普電類實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)，2021〔8〕：111-112.【3】謝斌盛，鄧文婷.Multisim在電類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2021，28〔6〕：213-214.【4】劉高潮.基于數(shù)字電路競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)的仿真分析[J].網(wǎng)絡(luò)財(cái)富，2021，2：136-136.【5】劉亞梅，劉虹.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)〔高教研究版〕，2021，24〔1〕：45-46.【6】ChiChungKo，BenM.Chen，ShaoyanHu，VikramRamakrishnan.AWeb-BasedVirtualLaboratoryonaFrequencyModulationExperiment[J].IEEETranscationsONsystems，man，andcybernetics.PartC，Applicationandreviews，vol.31，NO.3，AUGUST2021基金工程：南京郵電大學(xué)教改工程〔JG03314J61、JG03311J61〕。