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幻境迷宫走法:Mutisim12.0在应用型本科数字逻辑实验教学中的应用研究

时间: 2018-12-03阅读:

摘要:应用型本科教学课程当中,需要以培养学生应用实践能力为核心,在数字逻辑课程教学中,为提升学生动手能力和求知欲,在数字逻辑课程实验教学中,合理使用Multisim12.0进行仿真,可以加深学生对理论知识的理解以及重难点问题的掌握,提高教师教学质量与学生学习效率,并提升学生分析和解决问题能力。通过教学实例,对Multisim12.0 在数字逻辑中的应用进行仿真和分析。

关键词:Multisim 12.0;数字逻辑;仿真

中图分类号:TP3 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2018)11-0147-02

1 引言

随着电子技术的发展,数字逻辑已经成为电子、计算机、工业控制等专业的专业基础课,是《计算机组成原理》、《计算机体系结构》、《微机原理与接口技术》的先修课程,通过该门课程的学习,需要学生掌握电路的基本知识、组合和时序逻辑电路分析和设计方法,从而提升学生的分析与设计能力、应用实践能力;除此之外,通过学习这门课程使得学生熟悉一些常见的设备和仪器,并且掌握其使用方法。然而在数字电路实际教学过程当中,由于各类集成电路、模块的多样性,目前实验室的设备很难去满足教学需求,而且很多学生初次接触实验设备,使用过程中可能会因为操作不当而导致器件损失,一定程度上也是一种浪费。基于这一愿景,相应的教学方式和手段也需要随之改变[1],因此,本文简单介绍在数字逻辑课程当中Multisim12.0的应用。

2 Mutisim12.0 简介

Multisim12.0 是美国国家仪器(NI)[2]公司推出的一款电路设计仿真软件。NI Multisim12.0通过软件的方法实现各种电子器件、电子仪器仪表,并建立了丰富的器件库以及相关使用手册,学生可以直接通过软件来完成电路的设计和搭建,为实验的开展提供便利,而且学生可以在自己的机器上安装,无需再借助实验室,学习更具自主性。

3 Multisim12.0在教学过程中的应用

在Multisim12.0使用过程当中,学生首先熟悉常用仪器、元器件的使用方法;随着课程的深入,逐渐介绍各类复杂的组合逻辑器件、时序逻辑器件的使用,并结合一些应用场景让学生自己去解决实际问题,可以让学生更好地理解课程内容。因此本文主要从数字逻辑课程中主要的组合和时序逻辑电路的应用案例来介绍Multisim12.0在数字逻辑课程中的应用。

3.1 Multisim12.0在组合逻辑电路中应用

三人表决器是比较常见的教学案例,本文将介绍三人表决器的四种设计方法(即与或门、与非门、数据选择器、译码器)来说明Multisim12.0 在数字电路中的应用。在课程教学当中,为让学生在实验过程中掌握课堂内容,随着课程讲解的深入,针对同一个问题,让学生去采用不同的知识点去解决,并按照要求完成相关电路设计。同时留课程相关的思考题,让学生自己去完成,如用与非门、译码器、数据选择器去设计全加器和全减器等。通过这种方式

图1是根据三人表决器的特点,在逻辑变换器中填写真值表,该变换器可以实现真值表à逻辑函数式、逻辑函数式化简、逻辑函数式à与或逻辑电路、逻辑函数式à与非逻辑电路、逻辑函数式à真值表,通过这些变换功能,能够大大提升实际应用中复杂组合电路的化简和转换效率,为组合逻辑电路的设计提供便利。在三人表决器的设计当中,用A、B、C分别表示表决者,少数服从多数,得出如图所示的真值表,接着点击转换按钮得到逻辑函数式,点击按钮 即可得到化简后的逻辑函数式AC+AB+BC,点击按钮即可得到与或门逻辑电路图,点击按钮即可以得到的与非门组成的逻辑电路图,图2为与非逻辑电路图。除此之外,也可以采用与非门集成芯片74LS00D_IC去设计。学生通过使用Multisim12.0,掌握逻辑函数化简、逻辑函数表现形式的转换方法,从某种程度上也降低实际应用中化简和转换的难度。

在数字电路当中,为解决一些逻辑问题而设计一系列的集成芯片,常用器件有数据选择器、译码器、全加器等。为了让学生更好地学习这些芯片,在實验课程当中,让学生使用译码器、数据选择器设计三人表决器,相同逻辑功能的电路在组合逻辑电路当中,可以用多种思路去解决,图3 分别是采用译码器74LS138设计的三人表决器电路。

设计过程当中,为了更好地看出实验效果,用三个双掷开关SPDT A、B、C模拟三位表决者,接地表示输入变量值为0,接5V电压表示输入变量值为1;分别观察在不同取值下灯X1是否为亮,如果亮则表示输出变量值为1,否则输出为0;最终,测试和图中真值分布情况是否一致。

在实验过程当中,需要注意的是:器件正常工作的前提是使能端有效,学生在做实验过程中能够深刻体会到使能端的重要性,而且使能端何时有效也需要学生能通过器件接口符号去得出。通过这种方法,让学生更好掌握芯片的使用以及注意事项,更好的培养学生的实际应用能力以及动手实践能力,在实验中去思考和学习。而且,用Multisim12.0 最大的好处是,不存在实验过程中接错线路而导致器件损坏的问题,大大减少实验成本,同时学生可以重复实验来提升应用设计能力。

3.2 Multisim12.0 在时序逻辑电路中的应用

时序逻辑电路当中,可以分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。在本文当中,介绍如何去使用Multisim12.0来设计同步七进制计数器。除此之外,为了让学生掌握一般时序逻辑器件的使用方法,本文介绍如何去使用74LS160设计60进制计数器。

(1)采用JK触发器设计七进制计数器

通常在理论课程当中主要介绍时序逻辑电路的设计步骤,在实验课中让学生用Multisim12.0中的器件去设计七进制计数器。图4为采用JK触发器74LS74设计的七进制计数器,在本设计电路中,为了能够更好的看出实验效果,将触发器的每一个輸出连接到显示译码器7448,显示译码器7个输出连接到数码管,从而能够观察七进制计数器整个过程中计数情况变化。在所使用的JK触发器中,除了有置位端、复位端,还有异步清0和置1端,在器件正常工作时需要将其置为非有效电平,这些都是器件的使用注意事项,学生在实验过程当中都可能会遇到。这些问题如果没有注意到,实验可能失败,希望学生在实验过程中自己去发现问题并分析原因。在整个实验过程中让学生带着问题去思考和分析,从而大大提升学生分析问题和解决问题的能力,最终达到锻炼学生应用实践能力的效果。

(2)两片74LS160设计60进制计数器

74LS160为十进制加法计数器,通过设计60进制主要让学生掌握如何去使用时序逻辑器件,其他器件使用方法类似。为设计60进制计数器,可以分别采用置0法实现6进制和10进制计数器,然后采用并行方式将两者连接起来。为了观察计数效果,将器件的输出端接至显示译码器7448的输入端,接着将显示译码器输出端接至数码管来显示数字。在实验过程中需要注意:逻辑器件正常计数前提是计数使能端使能、异步清0端需要置为非有效电平等等,这也是很多学生实验很难完成的原因。这些事项学生需要在实验过程中不断总结、调试、测试、设计,最终才能正确完成电路图,而学生在调试过程中,就可以逐渐掌握该器件使用方法,能够大大提升学生动手实践能力和解决问题能力。

4结语

在数字逻辑课程教学过程中[3],仅仅讲授理论学生会觉得非常枯燥,如果在课程中借助Multisim12.0 仿真工具并进行电路设计的演示,可以从一定程度上让学生体验数字电路的整个设计过程,同时也提高教学质量和效率。学生在实验课中也可以采用Multisim12.0 进行仿真实验,在2017年秋季学期中,安徽信息工程学院12个软件行政班中采用该方式去进行实验教学,学生在过程中不仅能很好巩固理论课知识,而且学习兴趣也得到大大地提高,同时在一定程度上也锻炼学生的动手实践能力和应用设计能力,这也符合学院建设应用型本科的愿景。因此,在数字逻辑课程中合理有效的使用Multisim12.0对课程的教学能起到积极作用。

参考文献:

[1] 王永岗. Multisim在数字逻辑教学中的应用研究[J].长治学院学报, 2012, 29(2):107-109.

[2] 王哲. Multisim在组合逻辑电路分析实验教学中的应用[J].山东工业技术, 2017(2):292-293.

[3] 谢燕江,刘灵丽. Multisim在时序逻辑电路实验教学中的应用[J].信息技术, 2011(9):38-41.

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