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摘要：针对数字电路实验特点，利用电路仿真软件Multisim 10建立虚拟电路实验平台，基于集成十进制芯片74160，分别成功设计了24进制及365进制的计数器等，提高了实验教学效果。
关键词：数字电路，Multisim 10，计数器
作者简介：郭亚文（1988-），女，浙江宁波人，湖州师范学院理学院本科生；黄文华（1971-），男，浙江兰溪人，湖州师范学院理学院，副教授。（浙江 湖州 313000）
基金项目：本文系湖州师范学院教学改革项目（项目编号：GJC09013）的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）09-0140-02
随着计算机技术与电子技术的发展，电子产品日益完善，更新周期也逐渐缩短，以定量估算和电路测试为基础的电路设计方法已经无法适应当前激烈竞争的市场。电子设计自动化（EDA）技术使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动生成等，代表着现代电子系统设计的技术潮流。[1-4]现代EDA技术的发展，也对传统的电子技术实验教学带来了革命性的变化，可以建立虚拟实验平台，实现计算机仿真设计与虚拟实验。[5-7]本文针对数字电路[8]实验教学的特点，引人电路仿真软件Multisim，[9，10]以数字计数器的仿真设计为例，对数字电路的仿真辅助设计及实验教学进行了有益的探讨。
一、模拟仿真软件Multisim与实验教学
Multisim本是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics 简称IIT公司）推出的以Windows为基础的一种EDA仿真工具，被美国NI（National Instruments）公司收购后，更名为NI Multisim，而V10.0是其最新推出的版本。[10]NI Multisim 10具有直观的图形界面，整个操作界面就像一个电子实验工作台，仿真元器件丰富，虚拟测试仪器仪表种类齐全，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。NI Multisim 10可以设计、测试和演示电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等各种电子电路。NI Multisim10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。支持VHDL和Verilog HDL语言的电路仿真与设计。
利用NI Multisim 10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便地对电路参数进行测试和分析；可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。这些优越性使得Multisim在数字电路教学中发挥日益重要的作用。
二、Multisim 10 环境下数字电路的设计与仿真举例
数字电路实验中，计数器的设计和测试是时序逻辑电路设计的重要内容。下面基于集成十进制芯片74160，利用Multisim 10软件进行24进制和365进制的仿真辅助设计。
1.复位法设计计数器
（1）进入Multisim工作环境界面，从元件箱中调出电路所需元件。在计数器设计实验中需要74160十进制计数器、电源、时针脉冲（矩形波）、LED显示器及门电路。按照电路原理图排列各个元件。
（2）电路布线：将鼠标器指针放于元件管脚上或仪器接口上，鼠标指示变为“ +”形状后，移动鼠标至另一元件管脚，即完成两者之间的连接。
（3）设置参数：用鼠标双击被编辑的元件，在弹出的对话框中设置元件参数。在本次实验中需要改变时钟脉冲周期以得到所需要的频率，如图1所示。
（4）启动仿真开关。如电路中存在问题，无法启动，则会出现窗口提示。利用复位法设计计数器，经过调试，得到24进制计数器仿真电路，如图2所示。
图2是24进制计数器计数到23显示的状态。根据复位法设计思想，首先由两片74160接成百进制计数器，然后在电路的24状态译码产生复位 信号，两74160芯片置零，使得计数器重新计数，故计数器最高只能显示到23，从而得到显示0-23的24进制计数器。
同理，利用复位法也可以得到更高位的计数器。例如设计一个三位365进制数计数器，就要在元件库中再取一集成74160芯片及显示器进入设计界面中，根据365进制要求设计图并连线，经仿真调试得到365进制计数器。图3即为365进制计数器计数设计电路。
当计数到365状态发生时，状态译码产生复位信号，同时加到三个74160上，三个74160芯片同时置零，即计数器重新计数，从而得到365进制计数器。
2.置位法设计计数器
在Multisim虚拟平台上，可以方便地利用不同的计数原理和方法设计计数器，并使不同方法的电路原理直观地表现出来，有时仅需要改变元件的位置连线。图4是利用置位法对24进制计数器的仿真设计。
置位法与复位法的不同就是在电路计数的23状态译码产生置位LD=0信号，同时加到两个74160上，在下一个脉冲即第24个脉冲到来时，将0000同时置入两个74160芯片中，从而得到24进制计数器。同理也可得到365进制计数器，如图5所示。
图6是首先将三片十进制74160接成千进制计数器，当右一的第2位与左一的第0第1位以及中间的第1第2位同时为1时，也就是当364状态发生时，状态译码产生值位LD=0 信号，当下一个脉冲到达时，将0000同时置入三个74160芯片中，即计数器重新计数，从而得到365进制计数器。
在计算机仿真模拟实验成功后，也可以进入实验室进行操作，这样就不必担心在实验过程中会出现一起选择不当或设计经验不足而损坏元件设备，避免了因导线杂乱而无法判断电路设计的正确与否而导致的实验失败。
三、总结
现代EDA技术的应用，使电子线路实验教学呈现出新的面貌。Multisim电路设计仿真软件，可以在计算机上建立虚拟电路实验平台，方便地进行各种电路设计，成为数字电路设计的最佳辅助工具。基于集成十进制芯片74160，运用复位法和置位法，可以在NI Multisim 10平台上成功进行24进制和365进制的计数器电路设计和调试。与传统数字电路实验教学中的电路设计过程相比较，利用Multisim软件平台，可以灵活方便地选取和连接电路元器件及测试仪表，节省了用实际元器件安装调试电路的过程，避免了庞杂的实际线路连接，极大地提高了电路实验设计质量，并能快速准确地对电路进行仿真分析。Multisim模拟仿真技术在数字电路实验中发挥着日益重要的作用。
参考文献：
[1]周常森.电子电路计算机仿真[M].济南:山东科学技术出版社,2001.
[2]毛哲,张双德.电子计算机设计仿真与测试[M].武汉:华中科技大学出版社,2003.
[3]张晶,李心广.基于Multisim 的电路设计与仿真[J].计算机与仿真,2005,22(5):109-110.
[4]潘松,黄继业.EDA技术使用教程[M].北京:科学出版社,2002.
[5]周凯.EWB虚拟电子实验室[M].北京:电子工业大学出版社,2005．
[6]熊伟,侯传教.Multisim 7电路设计及仿真应用EWB[M].北京:清华大学出版社,2005.
[7]王安娜,等.电路仿真设计软件Multisim在电路实验中的应用[J].计算机技术应用,2005,22(12):65-68.
[8]阎石.数字电子技术基础(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[9]石嘉顺.基于Multisim环境下的电路设计与仿真[J].计算机仿真,2007,24(12):306-309.
[10]聂典,丁伟.Multisim 10计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].北京:电子工业出版社,2009.
（责任编辑：刘俊卿）
关键词：数字电路，Multisim 10，计数器
作者简介：郭亚文（1988-），女，浙江宁波人，湖州师范学院理学院本科生；黄文华（1971-），男，浙江兰溪人，湖州师范学院理学院，副教授。（浙江 湖州 313000）
基金项目：本文系湖州师范学院教学改革项目（项目编号：GJC09013）的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）09-0140-02
随着计算机技术与电子技术的发展，电子产品日益完善，更新周期也逐渐缩短，以定量估算和电路测试为基础的电路设计方法已经无法适应当前激烈竞争的市场。电子设计自动化（EDA）技术使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动生成等，代表着现代电子系统设计的技术潮流。[1-4]现代EDA技术的发展，也对传统的电子技术实验教学带来了革命性的变化，可以建立虚拟实验平台，实现计算机仿真设计与虚拟实验。[5-7]本文针对数字电路[8]实验教学的特点，引人电路仿真软件Multisim，[9，10]以数字计数器的仿真设计为例，对数字电路的仿真辅助设计及实验教学进行了有益的探讨。
一、模拟仿真软件Multisim与实验教学
Multisim本是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics 简称IIT公司）推出的以Windows为基础的一种EDA仿真工具，被美国NI（National Instruments）公司收购后，更名为NI Multisim，而V10.0是其最新推出的版本。[10]NI Multisim 10具有直观的图形界面，整个操作界面就像一个电子实验工作台，仿真元器件丰富，虚拟测试仪器仪表种类齐全，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。NI Multisim 10可以设计、测试和演示电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等各种电子电路。NI Multisim10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。支持VHDL和Verilog HDL语言的电路仿真与设计。
利用NI Multisim 10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便地对电路参数进行测试和分析；可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。这些优越性使得Multisim在数字电路教学中发挥日益重要的作用。
二、Multisim 10 环境下数字电路的设计与仿真举例
数字电路实验中，计数器的设计和测试是时序逻辑电路设计的重要内容。下面基于集成十进制芯片74160，利用Multisim 10软件进行24进制和365进制的仿真辅助设计。
1.复位法设计计数器
（1）进入Multisim工作环境界面，从元件箱中调出电路所需元件。在计数器设计实验中需要74160十进制计数器、电源、时针脉冲（矩形波）、LED显示器及门电路。按照电路原理图排列各个元件。
（2）电路布线：将鼠标器指针放于元件管脚上或仪器接口上，鼠标指示变为“ +”形状后，移动鼠标至另一元件管脚，即完成两者之间的连接。
（3）设置参数：用鼠标双击被编辑的元件，在弹出的对话框中设置元件参数。在本次实验中需要改变时钟脉冲周期以得到所需要的频率，如图1所示。
（4）启动仿真开关。如电路中存在问题，无法启动，则会出现窗口提示。利用复位法设计计数器，经过调试，得到24进制计数器仿真电路，如图2所示。
图2是24进制计数器计数到23显示的状态。根据复位法设计思想，首先由两片74160接成百进制计数器，然后在电路的24状态译码产生复位 信号，两74160芯片置零，使得计数器重新计数，故计数器最高只能显示到23，从而得到显示0-23的24进制计数器。
同理，利用复位法也可以得到更高位的计数器。例如设计一个三位365进制数计数器，就要在元件库中再取一集成74160芯片及显示器进入设计界面中，根据365进制要求设计图并连线，经仿真调试得到365进制计数器。图3即为365进制计数器计数设计电路。
当计数到365状态发生时，状态译码产生复位信号，同时加到三个74160上，三个74160芯片同时置零，即计数器重新计数，从而得到365进制计数器。
2.置位法设计计数器
在Multisim虚拟平台上，可以方便地利用不同的计数原理和方法设计计数器，并使不同方法的电路原理直观地表现出来，有时仅需要改变元件的位置连线。图4是利用置位法对24进制计数器的仿真设计。
置位法与复位法的不同就是在电路计数的23状态译码产生置位LD=0信号，同时加到两个74160上，在下一个脉冲即第24个脉冲到来时，将0000同时置入两个74160芯片中，从而得到24进制计数器。同理也可得到365进制计数器，如图5所示。
图6是首先将三片十进制74160接成千进制计数器，当右一的第2位与左一的第0第1位以及中间的第1第2位同时为1时，也就是当364状态发生时，状态译码产生值位LD=0 信号，当下一个脉冲到达时，将0000同时置入三个74160芯片中，即计数器重新计数，从而得到365进制计数器。
在计算机仿真模拟实验成功后，也可以进入实验室进行操作，这样就不必担心在实验过程中会出现一起选择不当或设计经验不足而损坏元件设备，避免了因导线杂乱而无法判断电路设计的正确与否而导致的实验失败。
三、总结
现代EDA技术的应用，使电子线路实验教学呈现出新的面貌。Multisim电路设计仿真软件，可以在计算机上建立虚拟电路实验平台，方便地进行各种电路设计，成为数字电路设计的最佳辅助工具。基于集成十进制芯片74160，运用复位法和置位法，可以在NI Multisim 10平台上成功进行24进制和365进制的计数器电路设计和调试。与传统数字电路实验教学中的电路设计过程相比较，利用Multisim软件平台，可以灵活方便地选取和连接电路元器件及测试仪表，节省了用实际元器件安装调试电路的过程，避免了庞杂的实际线路连接，极大地提高了电路实验设计质量，并能快速准确地对电路进行仿真分析。Multisim模拟仿真技术在数字电路实验中发挥着日益重要的作用。
参考文献：
[1]周常森.电子电路计算机仿真[M].济南:山东科学技术出版社,2001.
[2]毛哲,张双德.电子计算机设计仿真与测试[M].武汉:华中科技大学出版社,2003.
[3]张晶,李心广.基于Multisim 的电路设计与仿真[J].计算机与仿真,2005,22(5):109-110.
[4]潘松,黄继业.EDA技术使用教程[M].北京:科学出版社,2002.
[5]周凯.EWB虚拟电子实验室[M].北京:电子工业大学出版社,2005．
[6]熊伟,侯传教.Multisim 7电路设计及仿真应用EWB[M].北京:清华大学出版社,2005.
[7]王安娜,等.电路仿真设计软件Multisim在电路实验中的应用[J].计算机技术应用,2005,22(12):65-68.
[8]阎石.数字电子技术基础(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[9]石嘉顺.基于Multisim环境下的电路设计与仿真[J].计算机仿真,2007,24(12):306-309.
[10]聂典,丁伟.Multisim 10计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].北京:电子工业出版社,2009.
（责任编辑：刘俊卿）