基于Multisim的數(shù)字電路實驗案例分析*
——以555時基電路的應用為例

張琨英 陳冬冬

(閩南理工學院,福建石獅 362700)

1 主要內(nèi)容

1.1 背景

555定時器是一種模、數(shù)混合的中規(guī)模集成電路,它使用方便、靈活,應用極為廣泛,用它芯可以很方便地組成脈沖的產(chǎn)生、整形、延時和定時電路,因此,它經(jīng)常出現(xiàn)在各種電子比賽電路中,學會該芯片的應用,對學生幫助很大。該實驗從555芯片的實際應用著手,由簡到繁,由易到難,逐層遞進,有助于學生較好地掌握該芯片的應用。

1.2 設計任務

1.2.1 用555芯片構(gòu)成多諧振蕩器

(1)設計出一個多諧振蕩器電路,要求輸出的方波頻率在1HZ左右,寫出計算過程;(2)用Multisim仿真軟件實現(xiàn)該電路,利用虛擬示波器觀察其輸出波形,并測量該波形的頻率和周期,與自己的計數(shù)值進行核對;(3)實驗室實物搭接多諧振蕩器電路,讓其輸出驅(qū)動發(fā)光二極管閃爍,并用數(shù)字示波器進行相關(guān)波形的觀察測量。

1.2.2 用555芯片構(gòu)成接救護車警鈴發(fā)聲電路

(1)設計出一個救護車警鈴發(fā)聲電路,要求分別計算出發(fā)聲電路發(fā)出的高、低音的頻率;(2)用Multisim仿真軟件實現(xiàn)救護車警鈴發(fā)聲電路,測試虛擬喇叭是否能發(fā)出兩種不同音調(diào)的報警聲,并用虛擬示波器觀察電路產(chǎn)生的四路波形,進行相關(guān)參數(shù)的測量、分析;(3)錄制仿真結(jié)果小視頻,并提交給老師,作為預習憑證,沒有則不能進入實驗室進行實物搭接;要求視頻內(nèi)開始要有學生的學號及姓名介紹,能看到以該生姓名學號命名的仿真文件界面(防止預習作假,嚴格把控預習關(guān)),并聽到虛擬喇叭發(fā)出的兩種不同音調(diào)的報警聲,同時能看到虛擬示波器中的測試波形;(4)實驗室實物搭接救護車警鈴發(fā)聲電路,觀察能否驅(qū)動喇叭發(fā)出兩種不同音調(diào),并利用數(shù)字示波器進行相關(guān)波形的觀察測量。

1.2.3 拓展實驗任務

此任務是選做,要求軟件先仿真成功后,再實驗室實物搭接實現(xiàn)。

(1)要求設計出的警鈴發(fā)聲電路發(fā)出的兩種不同的音調(diào),其分別持續(xù)的時間長短可調(diào);(2)要求設計出的警鈴發(fā)聲電路發(fā)出的兩種不同的音調(diào),其音質(zhì)可調(diào)。

2 案例效果與創(chuàng)新點

(1)實驗背景應用性好,緊扣學生所學知識,對學生參加電賽有幫助;

(2)實驗設計有層次,學生可以根據(jù)自我能力,有選擇性地完成;

(3)要求學生利用Multisim仿真軟件進行預習,并自報家門錄制仿真小視頻,更好地督促學生進行預習,加深學生對實驗原理的理解;

(4)自制實驗接線板,使得見圖1,實驗操作比用面包板來得更簡便,縮短接線時間的同時確保了實驗現(xiàn)象的穩(wěn)定性。

圖1 自制接線板Fig.1 Homemade terminal block

(5)該實驗項目實驗結(jié)果不管是仿真還是實物搭接,效果都良好,圖2是仿真測試結(jié)果,圖3是實物搭接圖,圖4是實物測試結(jié)果圖。

圖2 仿真測試結(jié)果圖Fig.2 Simulation test result graph

圖3 實物搭接圖Fig.3 Physical lap diagram

圖4 實物測試結(jié)果圖Fig.4 Graph of physical test results

3 案例推廣及影響

該實驗教學案例已在閩南理工學院的電子與電氣工程、光電與機電工程等理工科類學生中推行5 年,每年約約350名左右的學生參與,教學效果良好,該實驗項目參加了2020年的第七屆“鼎陽杯”電工電子實驗案例比賽,獲得華東賽區(qū)三等獎。