1、Multisim 在数字电路教学中的应用研究 刘竹 四川职业技术学院 摘 要： Multisi 解决了传统数字电路教学中的诸多弊端, 使课堂教学生动易懂, 通过对电路的仿真, 使实验教学效果明显, 也更容易发现设计弊端。因此, 在教学过程中需要将数字电子技术与 Multisim 极其紧密的联系在一起。本文主旨是在探索 Multisim 在数字电路的教学过程中将两者的结合渗透于课堂教学和实验。关键词： 数字电路; Multism; 作者简介：刘竹 (1982-) , 女, 四川省遂宁市人。硕士学位。现为四川职业技术学院电子电气工程系讲师。主要从事电子信息类教育工作。传统的教学模式中, 学生在学习
2、专业基础课程的时候, 需要在课堂接受理论讲授, 然后在其他实践、不同的实验室参加验证性实验, 这是一个从脑到手的学习过程, 它要求学生有较强的基础学习能力, 较好的听课、笔记和验证性思考的习惯。数字电路是高职高专电子信息类学生的一门专业基础课程, 以往传统的教学模式将限制学生的思维发展。新的教育观念和科学技术推动传统教学进行及时的更新、不断的补充。尤其是近几年 EDA 技术的发展, 已经成为了电子产品重要的工具和手段, 因此, 将 EDA 技术引入到数字电路的教学过程, 是一个值得探讨的课题。1 传统教学课程现状分析及存在的问题数字电路主要对数字信号进行处理的电子电路, 是集成电路的基本器件。
3、常用的是三人表决器、四路抢答电路、数码显示电路、数字电子钟等电路。其特点是对电路的基本原理的理解和其设计分析的方法。由于该课程的传统主流教学方法还是教学部分以介绍理论为主, 伴有简单的案例, 往往学生觉得枯燥难懂;而实验部分则往往是利用实验箱和大量的集成芯片与导线连接完成, 对于复杂的数字电路实验实现难度较大, 只要有一根导线连接有问题, 全盘实验宣布失败, 学生每节课要花费大部分的时间来选择导线, 电路故障排查较复杂。大多数的学生认知只停留在试验箱的使用和芯片引脚的连接, 而对数字电路的整体设计思路和理论知识不能结合应用。学生的主动行没有很好的发挥出来, 一方面在课堂理论教学中学生是在被动的
4、学习和接受, 另一方面实验课堂上, 学生只顾完成规定的实验内容, 完全没有去思考如何把课堂理论教学学到的知识用来设计。这使得理论部分和实验部分的教学从形式上没有达到真正的统一, 也没有使二者进行无缝链接。这使得学生无论从理论和实践的连接上还是从二者的时间联系上都无法进行平稳的过渡, 并且在问题的寻找和实际的创新方面也没有到提高。所以数字电路的教学改革非常必要。2 Multisim 的简介Multisim 是早期 EWB 的升级换代的产品。Multisim 提供了强大的电子仿真设计界面, 将原理图的创建、电路的测试分析和结果的图表显示等都集中在同一个电路窗口中。整个操作界面就像一个实验工作台,
5、有存放仿真元器件的元件箱, 有存放测试仪器的仪表库, 有进行仿真分析的各种操作命令。测试仪器和仿真元器件的外形和实物非常接近, 操作方法也基本相同, 所以这个平台将虚拟仪器技术的灵活性扩展到电子设计者的工作台上, 弥补了测试与设计功能之间的缺口。使电子线路的仿真更为高效, 当改变电路连接或改变器件参数, 对于电路仿真时, 可以清楚的观察到各种变化对电路性能的影响, 所以广泛应用于各类电路的仿真, 以便非常方便的比较仿真数据和真实数据, 规避设计上的反复。3 将 Multisim 引入到数字电路的教学中(1) 在数电的基础知识单元, 往往涉及到逻辑函数的化简, 而学生对化简的结果不是很确定, 我
6、们就需要先让学生直接化简, 然后用虚拟仪器逻辑转换仪来对刚刚的结果进行检测。这样学生就能很清楚自己的化简是否达到了最简。(2) 在对各种数电基本门电路和组合逻辑电路、时序逻辑电路的分析时。我们首先快速了解一下设计电路一些必备的知识, 而不拘泥于知识的背景和推导过程。在介绍所需必备知识后, 我们快速用 Multism 来对刚讲的电路进行仿真。学生可以通过电脑利用 EDA 工具软件建立数字电路的虚拟环境, 对电路进行观察、分析、设计。比如编码器和译码器的概念很多学生永远要混淆, 我们在教授的过程中先分析, 然后用字信号发生器和逻辑分析仪仿真, 让学生明白这两种仪器最大的区别在哪里。还有计数器、55
7、5 定时器等等。这种将电路的仿真直接放到教学中的交互学习方式, 使学生对课程的兴趣大大提升。(3) 对各类电子电路的设计的教学过程中, 将电路设计理论推导和设计的整体框架思路集思广益, 分成各个兴趣小组, 每个小组都可以自主设计, 使学生能够对同一电路用多种形式进行编写, 然后把各个小组学生讨论出来的设计电路都在仿真电路上仿真, 通过用 Multism 的仿真, 再比较参数, 找出最符合设计要求的那组作品。学生在分析设计以及仿真过程中都参与其中, 能快速把理论结合实践来运用。(4) 设计实验时, 一定考虑学生的体验和成就感。为学生设计小的案例, 这些小案例都是针对章节进行设计的, 要求学生通过
8、仿真方法达到实验效果, 然后再传统的实验箱上把仿真电路再用导线连接一遍排查问题, 更加了解各个芯片引脚的具体功能, 这样当实验结束后, 老师指导学生总结、对模块从新修改组装或者用相似功能的芯片来替代原有芯片, 最终做出各种电路, 使学生能够具有成就感。4 结语通过这种教学实践过程的检验, 我们发现这样的教学方法是行之有效的。数字电路在传统的教学模式中, 教学重点是以逻辑门和触发器等集成电路芯片为承载媒介、采用真值表和逻辑表达式作为设计分析的表达方式, 然后实验部分通过人工连接调试完成的数字电路设计, 而改革后的数字电路的教学过程中引入Multisim 仿真电路, 使这种传统的教学方式变得轻松有
9、趣, 学生学习起来也更加简单, 不会出现以往上到那忘到那的现象。通过教学实践, 增加技能考核与能力培养内容, 实施“带着问题去设计”教学模式, , 学生学习积极性明显提高, 积极主动思考问题, 基础好的学生在能够验课上用不同的芯片来完成相同的设计, 从而改进设计方案再做实验, 同时学生实践操作和动手能力切实提高。学生能够独立完成方案设计、器件选择、电路调试。它为高职高专的电子类设计学生提供了一种现代的电子设计技术和更广阔的就业岗位。参考文献1姜大源.德国职业教育学习领域的课程方案研究J.中国职业技术教育, 2007 (02) . 2瞿新南, 聂章龙.高职数字电路课程教学改革探索J.新课程研究, 2008 (126) . 3郭广灵, 段守敏, 等.电工电子技术课程教学改革与实践J.中国电力教育, 2011 (25) . 4黄成, 翟丽芳.EDA 技术及应用课程教学改革与实践J.江苏技术师范学院学报, 2009, 15 (04) .
