Multisim仿真软件在数字电子技术教学中的应用

汪振中　吴静

摘 要 在数字电子技术课堂中利用Multisim仿真软件进行教学演示，使得枯燥乏味的教学活动变得生动有趣，激发学生学习兴趣，提高学习积极性，增强教学效果。该软件还可以在电路设计及电路制作等其他实践和创新环节开发出更大更广泛的应用。

关键词 Multisim；动态仿真；数字电子技术

中图分类号：G712 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）06-0017-03

在数字电子技术课堂教学中，教师经常需要讲解一些电路图、波形图、时序图等图形，传统的方法无非就是黑板、多媒体投影等形式，以便增强学生对知识要点的理解。但这里有个明显的问题，对大部分教师而言，要花大量的时间在黑板上或者PPT上把各种电路图、波形图或者时序图等精准地画出来，往往是事倍功半，因为画那些图形既费时又费力。从学生角度，也无法正确理解这些图的变化与参数之间的对应关系，与实际明显脱节。这样的学习很难引起学生的充分注意，因而也就不容易建立学习兴趣，所以学习效率也往往较低。结合现代职业教育的理念，这种教学模式和教学过程理论联系实际明显不够，学生的学习积极性不高也在所难免。

Multisim仿真软件中有强大的元器件库和仪表库，可以充分利用软件中这些强大库功能，同时针对学生的知识结构梳理出数字电子技术知识重难点，根据重难点绘制好电路图并将电路图进行动态仿真演示。Multisim仿真软件运行时的波形图、时序图等是动态效果图，很容易集中学生的注意力。在浅化知识点的同时，内容讲授过程变得更生动有形，课堂氛围既严谨又活泼，学生在潜移默化中提高了兴趣，从而增强教学效果。

1 Multisim软件简介

Electronics Workbench（EWB）也称为“虚拟电子工作平台”，是加拿大IIT公司在20世纪八九十年代推出的用来进行电路仿真与设计的EDA软件。美国国家仪器仪表公司（National Instruments）在2005年将IIT公司兼并，MultiSim成为NI公司的电路设计软件的套件之一。2007年初，NI公司推出NI Multisim10。NI Multisim10具有丰富而强大的仿真分析能力，各种虚拟仪器设备，可以完成各种电路分析方法，以便帮助设计人员深入分析电路性能，提高设计效率，优化电路设计。

2 在数字电路教学上的应用

以JK触发器为例 数字电路教学中，JK触发器属于比较难进行阐述和表达清楚的，学生也难于理解其中的原理的知识点。运用传统的教学方法来阐述JK触发器原理的时候，通常是通过布尔代数表达式来进行推导，通过推导得出JK触发器真值表；然后以真值表为基础，进一步画出JK触发器的时序图。现在看来，这种教学过程往往教师是主体，因为自始至终都是教师在推导演算JK触发器的真值表和表达式。整个过程中大部分学生无法得知教师所讲的JK触发器的硬件电路连接过程、输出波形变化与JK输入端高低电平的对应关系。

但是如果使用Multisim软件，通过软件把电路按图1连接好，同时将电路输出端与状态指示灯也连接好，那么时序图将用实时的示波器或逻辑分析仪来替代。通过两个开关A、B的组合，产生00、01、10、11四种状态的输入信号，然后在触发器的J端、K端分别接入00、01、10、11四种状态的输入信号，JK触发器的输出端Q和-Q的两个状态指示灯就会做出相应的亮灭变化。显而易见，这样的教学设计更加直观、明了，符合中职学生的认知规律，更能激发起学生的兴趣。教师引导学生分组做演示、讲解；学生提问、答疑；学生填表并汇报演示结果，小结。学生得到表1所示真值表。Multisim中电路原理图如图1所示。

通过仿真软件仿真完成JK触发器真值表的推导以后，接下来进一步学习JK触发器的功能。打开逻辑分析仪或者四踪示波器，然后对照真值表对JK触发器的功能做进一步分析。图1是一个波形图，图中示波器界面上同时显示了信号发生器的输入波形、JK触发器JK=11时的两个互补输出端Q和-Q波形。开关AB分别有四种不同输入组合状态，输出结果往往就不同。一方面指示灯表达了输出状态，另一方面输出又有波形显示，这样JK触发器的输入与输出结果之间到底是怎样的关系，通过图形动态演示很容易引人入胜并深入理解。由于该仿真软件提供了同时具备4个输入通道的示波器，同时显示16路信号的逻辑分析仪，这极大地方便了电路的仿真效果，也为课堂教学提供了极大便利。

总之，通过该软件的波形演示，能非常方便地将好几路信号同时显示在一个屏幕上，这样一来，学生和教师就能很方便地比较各信号之间复杂的对应关系，极大地增强了教学效果。

以计数器为例 在讲解计数器过程中，很多教师会根据以往经验积累，在讲解完计数器电路原理后，就直接根据计数器原理中的结论展示出计数器输出的时序图。然而在这个过程中，学生同样不知道电路的硬件连接、设置方法和计数器计数原理。有了Multisim软件的参与，相当于现场进行实验演示，教师可以很方便地利用软件搭建好所要讲解的电路，现场进行演示，然后让学生直接观察运行过程和结果（如图2所示）。可以确定的是，当学生一看到数码管上变化跳动的数字时，他的注意力更容易集中，同时兴趣倍增。电路理论的分析正确是否，都可以通过仿真软件对所搭建的电路进行仿真，查看运行结果。这样学生也会更愿意通过自己对电路的逻辑分析，把逻辑分析结果与软件仿真结果进行对比，验证自己分析是否正确，极大增强学习主动性。

随着教学过程的进一步深入，最后教师得出的时序图（图3），以动态的形式与学生讨论分析，相对于书本上静态图形而言，这种现场实时的、动态的图形不仅直观明了、简单易学，而且更有吸引力、说服力，教学效果更好。

3 结论

学生在数字电子技术的学习中经常因各种逻辑关系而无所适从，教师在数字电子技术讲解过程中因各种波形图和时序图的绘制和讲解费时费力而心力交瘁。通过以上两个数字电路教学中的例子介绍，利用Multisim仿真软件可以使教师在教学实施过程中应用自如、逻辑清晰；学生在学习过程中也兴趣十足，理解透彻。这样，教师的教学和学生的学习都变得非常有趣，教师和学生都可以对数字电路进行逻辑分析和判断，把逻辑分析结果与软件仿真结果进行对比，验证自己分析是否正确。在这个过程中，既可以掌握数字电路的知识，也可以掌握电路连接、电路仿真等其他相关知识和技能，一举多得。