基于Multisim的數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)研究 摘要】本文針對數(shù)字電子技術(shù)課程實驗教學(xué)中存在的問題，從改革實驗教學(xué)方法和手段出發(fā)，結(jié)合具體實例闡述了Multisim軟件在數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)中的應(yīng)用。比照傳統(tǒng)實驗教學(xué)和引入軟件仿真的實驗教學(xué)效果，結(jié)果說明將仿真技術(shù)引入實驗，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)字電路實驗設(shè)計，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，可作為傳統(tǒng)實驗教學(xué)很好的教學(xué)輔助手段。【關(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算機(jī)等專業(yè)重要的專業(yè)根底課程之一，學(xué)生對該課程內(nèi)容的掌握會直接影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。數(shù)字電子技術(shù)實驗更側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識分析問題和靈活解決問題的能力。然而，由于受元器件與硬件電路的限制，實驗的靈活性與實時性較差，直接影響了學(xué)生對概念的深入理解，削弱了學(xué)生理論與實際的有機(jī)聯(lián)系。近年來，隨著計算機(jī)軟件技術(shù)的飛速開展，“虛擬儀器〞、“虛擬器件〞被廣泛應(yīng)用于電子電路的設(shè)計和實驗中。Multisim軟件因為其界面直觀、操作方便，仿真分析能力強(qiáng)等優(yōu)點，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)實驗Multisim軟件可以實現(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、仿真儀器及射頻測試、集成測試、單片機(jī)設(shè)計仿真等高級應(yīng)用，實現(xiàn)了“軟件即元器件〞和“軟件即儀器〞。將Multisim引入數(shù)字電子技術(shù)實驗可以為學(xué)生提供一個界面友好、直觀的模擬實驗環(huán)境，學(xué)生可方便地從元器庫中將需要的元件放置到工作區(qū)進(jìn)行電路布局，通過鼠標(biāo)輕點進(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儀器具有相同功能，仿真過程不受硬件限制，學(xué)生還可以在線修改電路參數(shù)，對電路進(jìn)行測量、探測、故障排除工作、查看實時仿真結(jié)果，并將自己的仿真實驗結(jié)果分析、保存、打印，防止了實驗報告彼此借鑒、千篇一律。數(shù)字電子技術(shù)實驗可以分為三個層面：根底驗證型實驗、綜合型實驗、創(chuàng)新設(shè)計型實驗。對應(yīng)不同難度實驗，教師可有針對性的對學(xué)生提出設(shè)計要求，由學(xué)生先通過軟件仿真選擇不同的設(shè)計方案自行完成預(yù)習(xí)。2.基于Multisim的教學(xué)實例探討組合邏輯電路的分析和設(shè)計是數(shù)字電子技術(shù)課程理論教學(xué)的重點，教師往往會過分強(qiáng)調(diào)邏輯函數(shù)式化簡，追求邏輯電路最簡化，對邏輯電路中存在競爭-冒險現(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)新型實驗容易忽略這個問題，造成設(shè)計出的電路可靠性和穩(wěn)定性不夠。圖1有競爭-冒險現(xiàn)象的組合邏輯電路本文對競爭-冒險現(xiàn)象實驗教學(xué)實例展開分析。筆者將電子信息工程專業(yè)一個行政小班共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)入硬件實驗環(huán)境，B組要求先進(jìn)行軟件仿真然后再搭建硬件電路。下文仿真實驗過程以B組其中一名學(xué)生的為例。搭建組合邏輯電路如圖1所示。A為信號輸入，Y為輸出信號，輸入、輸出均接至示波器，鍵盤上“A〞、“B〞控制鍵按鈕控制改變J1、J2切換開關(guān)的狀態(tài)。接入端接入1KH脈沖信號，通過對J1、J2開關(guān)控制，所得偏0、偏1冒險波形分別如圖2、圖3所示。圖2偏0冒險〔開關(guān)J1、J2向上閉合〕圖3偏1冒險〔開關(guān)J1、J2向下閉合〕圖4增加了冗余項后的電路圖5消除了競爭-冒險現(xiàn)象的輸出波形理論上來說，組合邏輯電路中消除競爭-冒險現(xiàn)象的方法有：增加冗余項、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，設(shè)計電路如圖4所示，所得輸入、輸出波形為圖5所示。學(xué)生通過對仿真結(jié)果可得出結(jié)論，加了冗余項能有效消除競爭-冒險現(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〕在實驗室硬件操作中，B組學(xué)生明顯對實驗過程及將出現(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)生主動選擇用多種不同的設(shè)計方案。〔2〕時隔兩周進(jìn)入時序邏輯電路中關(guān)于競爭-冒險現(xiàn)象的講授時，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)于競爭-冒險現(xiàn)象的講解，而A組學(xué)生中只到達(dá)63%左右〔12人〕?！?〕后期實驗中讓學(xué)生在預(yù)習(xí)時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)生無畏的實驗環(huán)境，激發(fā)學(xué)生設(shè)計電路、動手操作的熱情，提高學(xué)生的電路分析能力和綜合應(yīng)用能力，同時也可促進(jìn)理論課的教學(xué)。3.結(jié)束語將Multisim軟件引入數(shù)字電子技術(shù)實驗仿真可為學(xué)生提供一個界面友好的模擬實驗環(huán)境，能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高電子線路的開發(fā)能力，培養(yǎng)和開拓學(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對電路軟件進(jìn)行原型化，教師還可通過設(shè)置隱含故障讓學(xué)生排查、修正過失。因此，數(shù)字電子技術(shù)實驗課程引入Multisim軟件仿真能促進(jìn)理論和實踐的有機(jī)結(jié)合，有利于提高實驗教學(xué)的效率和質(zhì)量，可作為傳統(tǒng)實驗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：高等教育出版社，2021.【2】唐民麗，吳恒玉.Multisim2021在普電類實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].計算機(jī)與信息技術(shù)，2021〔8〕：111-112.【3】謝斌盛，鄧文婷.Multisim在電類實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2021，28〔6〕：213-214.【4】劉高潮.基于數(shù)字電路競爭與冒險的仿真分析[J].網(wǎng)絡(luò)財富，2021，2：136-136.【5】劉亞梅，劉虹.改革實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報〔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〕。