Multisim在數(shù)字電路實驗課程中的應(yīng)用分析

摘要：為提高高職數(shù)字電路實驗課程教學(xué)效果，對傳統(tǒng)實驗課程教學(xué)模式進行改革。將Multisim仿真技術(shù)應(yīng)用實驗教學(xué)中，分析了Multisim在實驗教學(xué)中的優(yōu)勢，結(jié)合任意計數(shù)器的設(shè)計及芯片級聯(lián)實例，給出了Multisim應(yīng)用方法。實踐表明，將Multisim技術(shù)應(yīng)用到數(shù)電課程中，有助于深入理解掌握知識，也提高課堂的效率。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路 Multisim仿真 任意進制計數(shù)器 芯片級聯(lián)

1、數(shù)字電路課程實驗中的問題分析

《數(shù)字電路》是高職電子信息類專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，該課程直接面向應(yīng)用，具有實踐性強、內(nèi)容涵蓋廣的特點。目前，該課程采用RXS-1A型數(shù)字電路實驗箱作為實驗平臺，項目設(shè)計較為簡單，知識點單一。學(xué)生在實驗過程中需要安插器件，連線操作。當(dāng)實驗涉及的連線較多且報錯時，學(xué)生不易找出錯誤連接處，從而影響整個實驗項目設(shè)計的進程與結(jié)果。為了保證實驗效果，提高學(xué)習(xí)效率，讓學(xué)生把精力花在電路設(shè)計上，而不是花在重復(fù)的接線連線上，因此將Multisim仿真軟件引入數(shù)字電路課程實踐教學(xué)。

2、Multisim軟件在數(shù)字電路教學(xué)中優(yōu)勢

Multisim是美國國家儀器公司推出的電子電路設(shè)計、功能測試及仿真軟件。該軟件具有以下優(yōu)點：第一，直觀的圖形界面;第二，豐富的元器件庫;第三，強大的仿真能力;第四，多種測試儀器。Multisim可以滿足大部分電子系統(tǒng)的設(shè)計與仿真。在數(shù)字電路實驗教學(xué)中采用Multisim仿真，不僅降低了實驗成本，而且讓實驗更貼近工程實際，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓教學(xué)可以更加的便捷、高效。

3、Multisim仿真實例分析

3.1設(shè)計任務(wù)和要求

計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的基本邏輯器件之一。它不僅能記錄輸入時鐘脈沖的個數(shù)，還可以實現(xiàn)分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列等。要求：使用中規(guī)模集成器件74LS161，設(shè)計任意進制計數(shù)器，如設(shè)計32進制計數(shù)器的電路并仿真調(diào)試。

3.2功能分析及設(shè)計思路

74LS161為四位二進制計數(shù)器，即16進制計數(shù)器，具有異步清零，同步置數(shù)功能。要得到32進制計數(shù)器，需要2片74LS161串接起來，以獲得計數(shù)容量為16×16進制的大模數(shù)計數(shù)器，再將大模數(shù)轉(zhuǎn)化為小模數(shù)計數(shù)器。按功能可分為兩種轉(zhuǎn)換方法，異步清零法和同步置數(shù)法。

先將芯片級聯(lián)，一般集成計數(shù)器都設(shè)有級聯(lián)用的輸入端和輸出端。級聯(lián)后的計數(shù)器電路圖如圖（1）所示：

異步清零法是通過反饋線和門電路來控制74LS161的清零端，以消去多余狀態(tài)構(gòu)成32進制計數(shù)器。二進制加法計數(shù)器從0000 0000到0010 0000計數(shù)，當(dāng)?shù)?2個計數(shù)脈沖CP到來后，計數(shù)器變?yōu)?010 0000狀態(tài)瞬間，使計數(shù)器返回到0000 0000。

對于同步置數(shù)，如果用S0，S1，S2…SN表示輸入0，1，2，…，N個計數(shù)脈沖CP時計數(shù)器的狀態(tài)。在輸入第31個計數(shù)脈沖CP時，利用狀態(tài)S31產(chǎn)生一個有效置數(shù)信號，送給同步置數(shù)控制端。為簡化設(shè)計，預(yù)置數(shù)設(shè)置為0，即等到輸入第32個計數(shù)脈沖CP時，計數(shù)器到達0001 1111后返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)0000 0000，從而實現(xiàn)32進制計數(shù)。

3.3電路設(shè)計與仿真

根據(jù)原理，繪制出異步清零法和同步置數(shù)法構(gòu)成的32進制計數(shù)器的邏輯電路圖，在Multisim中進行電路仿真。

在搭建電路時，選擇兩片74LS161、一片74 LS00（四二輸入與非門）構(gòu)成32進制計數(shù)器。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊，ENT端和ENP端全部接高電平時74LS161為計數(shù)狀態(tài)，置數(shù)端為低電平有效，故接高電平。當(dāng)兩片計數(shù)器輸出為0010 0000時，通過非門將反饋信號接到清零端，因為是異步清零，該狀態(tài)存在時間非常短，約十幾納秒，可忽略不計。為便于觀察，采用自帶譯碼的數(shù)碼顯示器DCD_HEX虛擬器件進行計數(shù)器輸出狀態(tài)顯示，可以顯示十六進制數(shù)0——F。函數(shù)發(fā)生器選擇方波信號，頻率為1Hz。具體接線如圖2所示。

在此電路基礎(chǔ)上進行修改，兩個清零端接高電平，級聯(lián)芯片的同步置數(shù)端A、B、C、D接地，當(dāng)兩片計數(shù)器輸出為0001 1111（十六進制即為1F）時，其中低4位二進制數(shù)1111可用進位信號代替，將進位信號與高位的1通過與非門將反饋信號接到置數(shù)端，輸出端被同步置數(shù)0000 0000，以此過程不斷循環(huán)，得到同步置數(shù)法構(gòu)成的32進制計數(shù)器，如圖（3）。

運行仿真可以直觀地看到，兩種方法設(shè)計的32進制計數(shù)器仿真結(jié)果和電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系一致。

4、結(jié)語

利用Multisim仿真軟件進行設(shè)計，將32進制計數(shù)器的邏輯功能更加直觀地顯現(xiàn)出來，根據(jù)兩種設(shè)計思路，學(xué)生能夠直觀的感受異步清零和同步置數(shù)的區(qū)別，不僅幫助學(xué)生更深入理解掌握理論知識，同時也能提高課堂的效率，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣和積極性，提升了數(shù)字電路課程教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]邱寄帆.《數(shù)字電子技術(shù)》.高等教育出版社

作者簡介：王俊亞（1990.04--）;性別：女，籍貫：湖北十堰，民族：漢，學(xué)歷：碩士研究生;研究方向：電子技術(shù);電氣工程