Multisim在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的輔助應(yīng)用

賀 慶 邢 琳 王庭太

（中原工學(xué)院理學(xué)院物理系，河南 鄭州450007）

1 簡介

數(shù)字電路是一門基礎(chǔ)課，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有直觀真實(shí)性，可操作性等優(yōu)點(diǎn)，但同時具有以下缺點(diǎn)：（1）對上課的地點(diǎn)要求嚴(yán)格，硬件條件要求高；（2）由于實(shí)驗(yàn)學(xué)時所限，學(xué)生往往只能學(xué)習(xí)幾個基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，而大多數(shù)實(shí)驗(yàn)無法涉及；（3）數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)涉及的芯片種類繁多,保存整理工作量特別大。

隨著計算機(jī)技術(shù)的普及，Multisim軟件作為一種輔助的教學(xué)手段，越來越多的被應(yīng)用于數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)中。Multisim軟件具有的優(yōu)勢：（1）不受時間和地點(diǎn)的限制，學(xué)生只要在計算機(jī)中安裝并掌握了Multisim軟件，就可以進(jìn)行數(shù)字電路仿真實(shí)驗(yàn)；（2）Multisim軟件包中包含種類豐富的芯片和儀器儀表，節(jié)省購買費(fèi)用，并且可以在計算機(jī)上實(shí)時操作和修改；（3）Multisim軟件仿真實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)前的第一步，主要是利用Multisim軟件繪制電路圖，便于學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)原理，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)電路圖設(shè)計是否正確，方便實(shí)驗(yàn)中線路的連接。

2 教學(xué)實(shí)例

2.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)例——譯碼器及其應(yīng)用

要求用集成3-8譯碼器74LS138組成一位全加器，完成兩個一位二進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算。

2.1.1 按照邏輯關(guān)系，列出全加器真值表，如表1所示。其中，X1、X2分別為加數(shù)和被加數(shù)；X5為低位向本位產(chǎn)生的進(jìn)位；X4為相加的和；X3為本位向高位產(chǎn)生的進(jìn)位。

表1 全加器真值表

2.1.2 根據(jù)真值表列出邏輯表達(dá)式并將邏輯表達(dá)式轉(zhuǎn)化成恰當(dāng)形式：

2.1.3 根據(jù)邏輯表達(dá)式，用Multisim畫出邏輯圖，如圖1所示。

（說明：譯碼器74LS138是3-8譯碼器，在圖1中其邏輯符號用U4所示。U4中A、B、C是地址輸入端，G1、G2A、G2B是使能端，Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7是輸出端，低電平有效。輸入變量的每一種取值組合,只能使某一個輸出有效。）

在Multisim軟件中，創(chuàng)建全加器邏輯圖的具體過程：(1)在元(器)件庫中單擊TTL，再單擊74LS系列，選中74LS138D，單擊OK確認(rèn)。這時會出現(xiàn)一個器件，拖到指定位置點(diǎn)擊即可。(2)在元(器)件庫中單擊MISC，再單擊門電路，選中四輸入與非門NAND4,單擊OK確認(rèn)，用兩個與非門實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)。(3)在元(器)件庫中單擊顯示器件，選小燈泡來顯示數(shù)據(jù)。為了便于觀察，可將輸入、輸出信號均接入小燈泡。(4)在元(器)庫中單擊Word Genvertor(字信號發(fā)生器)，拖到指定位置，用它產(chǎn)生數(shù)碼。(5)在元(器)件庫中單擊Sources(信號源)，選中電源VCC和地，雙擊電源VCC圖標(biāo)，設(shè)置電壓為5 V。使能端G1接電源VCC，G2A、G2B接地。連接成功后電路如圖1所示。

圖1 全加器邏輯圖

2.1.4 驗(yàn)證觀測輸出是否正確

（1）雙擊Word Genvertor(字信號發(fā)生器)圖標(biāo)，在Address(地址)區(qū)，起始地址(Initial欄)設(shè)為0000，終止地址(Final欄)設(shè)為0007。（2)在Controls(控制)區(qū)，點(diǎn)擊Cycle按鈕，選擇循環(huán)輸出方式。點(diǎn)擊Pattern按鈕，在彈出的對話框中選擇Up Counter選項(xiàng)，按逐個加1遞增的方式進(jìn)行編碼。(3)在Trigger區(qū)，點(diǎn)擊按鈕Internal，選擇內(nèi)部觸發(fā)方式。在Frequency區(qū)，設(shè)置輸出的頻率為1 kHz。(4)運(yùn)行仿真開關(guān)，可以觀察運(yùn)算結(jié)果。探測器發(fā)光表示數(shù)據(jù)為“1”，不發(fā)光表示數(shù)據(jù)為“0”。其中，X1、X2表示加數(shù)、被加數(shù)；X5表示低位向本位產(chǎn)生的進(jìn)位；X4表示相加的和；X3表示本位向高位產(chǎn)生的進(jìn)位。

2.2 課程設(shè)計舉例---數(shù)字時鐘中計時電路圖繪制

實(shí)現(xiàn)了數(shù)字時鐘，其核心電路是利用Multisim軟件設(shè)計一個具有“時”、“分”、“秒”的十進(jìn)制數(shù)字顯示(小時從00～23)的計時電路。

六十進(jìn)制計數(shù)器和二十四進(jìn)制計數(shù)器都選用74LS90D集成塊來實(shí)現(xiàn)，采用反饋清零法。在Multisim軟件中，設(shè)計六十進(jìn)制和二十四進(jìn)制計數(shù)器如圖2、圖3所示。

圖2 六十進(jìn)制計數(shù)器電路圖

圖3 二十四進(jìn)制計數(shù)器電路圖

在Multisim軟件中，創(chuàng)建六十進(jìn)制計數(shù)器電路圖2的具體過程：(1)在元(器)件庫中單擊TTL，再單擊74LS系列，選中74LS90D，單擊OK確認(rèn)；用同樣的方法，再選擇一個74LS90D。(2)在元(器)件庫中單擊TTL，再單擊74LS系列，選中74LS08D，單擊OK確認(rèn).根據(jù)74LS90芯片的特性，利用所學(xué)數(shù)字電路的知識，連接構(gòu)成六十進(jìn)制計數(shù)器，電路如圖2所示。

創(chuàng)建二十四進(jìn)制計數(shù)器電路圖3的具體過程類似，說明省略。

3 結(jié)論

在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中，將Multisim軟件應(yīng)用與硬件實(shí)驗(yàn)操作結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢。對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的研究和解決問題的能力，都很有幫助。

［1］閆石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].5版.北京:高等教育出版社，2005.

［2］黃智偉.基于Multisim 2001的電子電路計算機(jī)仿真設(shè)計與分析[M].電子工業(yè)出版社,2004.

［3］方莉俐，王秀杰.應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)[M].鄭州大學(xué)出版社,2013.