《数字电子技术基础》仿真教学的探讨

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  [摘要]本论文在数字电子技术基础教学中应用Multisim11.0软件进行仿真教学并给出了教学示例。通过示例,我们可以看到Multisim11.0为数字电子技术基础教学提供了一种先进的教学手段和方法,将EDA软件应用于教学,大大提高了学生的学习兴趣和设计能力。电子设计自动化(EDA)代表着现代电子系统设计的技术潮流也是电子技术教学的发展方向。
  [关键词]Multisim数字电子技术基础逻辑分析逻辑转换随着计算机技术的迅速发展,各种各样的电子自动化设计软件纷纷涌现出来。这些电路仿真软件的出现,将硬件工程师从面板上复杂的导线中解脱出来。现在的硬件工程师可以利用这些仿真工具用鼠标轻松地构建电路,修改元器件参数,实现对具体电路的仿真。这些仿真软件中影响比较大的有Microsim 公司“PSPICE”以及Interactive ImageTechnologies公司“ElectronicsWorkbench”。这些都是专用的电路仿真软件。
  数字电子技术基础是电子类专业的基础课,也是师范物理学专业的专业主干课程之一,有着十分重要的地位,它具有很强的实践性。数字电子技术课程属于工科性质的课程,与师范物理学专业的其它专业课程相比有着自身的特点。近年来我一直担任着本校师范类物理学专业的数字电子技术课程的教学,长期以来,《数字电子技术基础》课程教学是以理论教学、实验和课程设计等教学环节构成。对数字电子技术课程的教学改革作了一定的研究。我们在教学过程中,利用Multisim11.0在计算机上进行数字实验,作为教学的补充。本文在教学中采用Multisim的仿真软件教学作了探讨和总结。
  Multisim是美国国家仪器公司下属的ElectronicsWorkbench。学习者可以用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路的行为进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样学习者无需懂的深入SPICE的技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计。这也使其适合电路教学。通过Multisim和虚拟仪器技术、PCB设计和电子学教学工作者可以完成从理论到原理图的捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
  Multisim11.0介绍及使用方法
  Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。由于它有界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点,早在20世纪90年代初就在我国得到迅速推广,并作为电子类专业课程教学和实验的一种辅助手段。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
  1.Multisim11.0基本窗口界面(如图示1)
  Multisim11.0基本窗口界面包括菜单、系统工具栏、设计工具栏、元件工具栏、使用中元件列表、仿真开关、仪器仪表工具栏、电路图编辑窗口等。
  
  2.数字电路中常用的虚拟仿真仪器
  Multisim11.0虚拟仿真仪器包括万用表、函数信号发生器、功率计、示波器、四综示波器、波特图示仪、频率计、字发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、IV分析仪、失真分析仪、频谱分析仪、网络分析仪等20多种。本文以数字电路中常用的虚拟仿真仪器介绍Multisim11.0在数字电子技术基础教学中的应用。(1)逻辑分析仪 逻辑分析仪可以同步记录和显示16路逻辑信号,实现对数字逻辑信号进行高数采集和时序分析。如图示2。
  (2)逻辑转换器逻辑转换仪器是Multisim特有的虚拟仪器,实验室并不存在这样的仪器。目前其它的电路仿真软件也没有。逻辑转换器可以方便地实现逻辑代数的计算,可以将逻辑电路转换为真值表,将真值表可以转换为逻辑表达式,将逻辑表达式再转化为真值表,将表达式再转换为逻辑电路,将逻辑表达式转换为与非门逻辑电路等。如图示3。
  
  
  
  
  
  
  (3)信号发生器信号发生器是产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦波形、函数信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。如图示4。
  3.仿真电路的创建从元件库中调用所需元件、调整元器件的参数、连接元器件及调整导线、连接虚拟仪表、电路仿真运行、分析电路、产生报告并打印结果。
  用Multisim11.0分析时序逻辑电路
  示例:分析图所示的计数器电路,求电路的时序图,说明这是几进制数计数器。
  在Multisim11.0中选用TTL器件库中的74LS160、反相器7404以及与非门7420、并接入信号发生器XFG1和逻辑分析仪XLA1
  
  
  
  
  
  
  
  利用Multisim11.中的逻辑分析仪对计数器的时钟波形和输出波形对比观测得到下面的波形图。分析波形图可见,每5个时钟周期输出波形就重复一遍,在7420的输出端产生一个输出进位脉冲。因此,这是一个五进制计数器。
  
  
  
  
  
  
  
  终上所述,把Multisim应用到《数字电子技术基础》的理论教学中来,不仅简单实用,还可以提高学生学习数字电子技术的兴趣,同时对学生应用软件的能力也得到一定的锻炼,而且得到的数据既直观又准确。
  [参考文献]
  [1]蒋黎红,黄培根.电子技术基础实验&Multisim 11.0仿真[M].电子工业出版社,2010.7
  [2]教育部高等教育司组编.数字电子技术[M].高等教育出版社,2002.6
  [3]清华大学电子学教研室编,阎石主编。数字电子技术基础。高等教育出版社出版。
  [4]华中理工大学电子教研室编,康华光主编。电子线路基础(数字部份),高等教育出版社出版。
  (作者单位:包头师范学院物理科学与技术学院)
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