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1、基于Multisim的數(shù)字電子技術實驗教學研究
摘要】本文針對數(shù)字電子技術課程實驗教學中存在的問題，從改革實驗教學方法和手段出發(fā)，結合具體實例闡述了Multisim軟件在數(shù)字電子技術實驗教學中的應用。比照傳統(tǒng)實驗教學和引入軟件仿真的實驗教學效果，結果說明將仿真技術引入實驗，教學效果有較明顯的提高。利用Multisim軟件可靈活、高效地進行數(shù)字電路實驗設計，激發(fā)學生的學習熱情，可作為傳統(tǒng)實驗教學很好的教學輔助手段?！娟P鍵詞】數(shù)字電子技術;教學研究;仿真;Multisim“數(shù)字電子技術〞課程是電子工程及計算機等專業(yè)重要的專業(yè)根底課程之一，學生對該課程內(nèi)容的掌握會直接影響后續(xù)課程的學習。數(shù)字電子技
2、術實驗更側重于培養(yǎng)學生綜合應用所學知識分析問題和靈活解決問題的能力。然而，由于受元器件與硬件電路的限制，實驗的靈活性與實時性較差，直接影響了學生對概念的深入理解，削弱了學生理論與實際的有機聯(lián)系。近年來，隨著計算機軟件技術的飛速開展，“虛擬儀器〞、“虛擬器件〞被廣泛應用于電子電路的設計和實驗中。Multisim軟件因為其界面直觀、操作方便，仿真分析能力強等優(yōu)點，成為電類學科的首選軟件工具。1.基于Multisim的數(shù)字電子技術實驗Multisim軟件可以實現(xiàn)電路原理圖多種方式輸入、電路分析及交互式仿真、電路板設計、仿真儀器及射頻測試、集成測試、單片機設計仿真等高級應用，實現(xiàn)了“軟件即元器件〞和“
3、軟件即儀器〞。將Multisim引入數(shù)字電子技術實驗可以為學生提供一個界面友好、直觀的模擬實驗環(huán)境，學生可方便地從元器庫中將需要的元件放置到工作區(qū)進行電路布局，通過鼠標輕點進行導線連接，完成電路原理圖的捕獲。Multisim所提供的虛擬儀器與真實儀器具有相同功能，仿真過程不受硬件限制，學生還可以在線修改電路參數(shù)，對電路進行測量、探測、故障排除工作、查看實時仿真結果，并將自己的仿真實驗結果分析、保存、打印，防止了實驗報告彼此借鑒、千篇一律。數(shù)字電子技術實驗可以分為三個層面：根底驗證型實驗、綜合型實驗、創(chuàng)新設計型實驗。對應不同難度實驗，教師可有針對性的對學生提出設計要求，由學生先通過軟件仿真選擇不
4、同的設計方案自行完成預習。2.基于Multisim的教學實例探討組合邏輯電路的分析和設計是數(shù)字電子技術課程理論教學的重點，教師往往會過分強調(diào)邏輯函數(shù)式化簡，追求邏輯電路最簡化，對邏輯電路中存在競爭-冒險現(xiàn)象的教學不夠重視。這將導致學生在后續(xù)進行綜合、創(chuàng)新型實驗容易忽略這個問題，造成設計出的電路可靠性和穩(wěn)定性不夠。圖1有競爭-冒險現(xiàn)象的組合邏輯電路本文對競爭-冒險現(xiàn)象實驗教學實例展開分析。筆者將電子信息工程專業(yè)一個行政小班共38名學生分為兩組，每組各19名。其中A組不進行軟件仿真直接進入硬件實驗環(huán)境，B組要求先進行軟件仿真然后再搭建硬件電路。下文仿真實驗過程以B組其中一名學生的為例。搭建組合邏輯
5、電路如圖1所示。A為信號輸入，Y為輸出信號，輸入、輸出均接至示波器，鍵盤上“A〞、“B〞控制鍵按鈕控制改變J1、J2切換開關的狀態(tài)。接入端接入1KH脈沖信號，通過對J1、J2開關控制，所得偏0、偏1冒險波形分別如圖2、圖3所示。圖2偏0冒險〔開關J1、J2向上閉合〕圖3偏1冒險〔開關J1、J2向下閉合〕圖4增加了冗余項后的電路圖5消除了競爭-冒險現(xiàn)象的輸出波形理論上來說，組合邏輯電路中消除競爭-冒險現(xiàn)象的方法有：增加冗余項、增加選通電路、加濾波電容等。該學生選擇在改進電路中增加冗余項，設計電路如圖4所示，所得輸入、輸出波形為圖5所示。學生通過對仿真結果可得出結論，加了冗余項能有效消除競爭-冒險
6、現(xiàn)象。比照兩組學生之后的學習行為表現(xiàn)發(fā)現(xiàn)：〔1〕在實驗室硬件操作中，B組學生明顯對實驗過程及將出現(xiàn)的結果更有把握，學習也更加積極、自信，其中有47%〔9人〕的學生主動選擇用多種不同的設計方案?！?〕時隔兩周進入時序邏輯電路中關于競爭-冒險現(xiàn)象的講授時，B組學生中約有89%〔17人〕能很快聯(lián)系之前組合邏輯電路中關于競爭-冒險現(xiàn)象的講解，而A組學生中只到達63%左右〔12人〕。〔3〕后期實驗中讓學生在預習時自由選擇是否軟件仿真，幾乎所有的學生〔36人〕都選擇先用Multisim軟件進行仿真。以上教學效果比照可看出，Multisim仿真能給學生無畏的實驗環(huán)境，激發(fā)學生設計電路、動手操作的熱情，提高學
7、生的電路分析能力和綜合應用能力，同時也可促進理論課的教學。3.結束語將Multisim軟件引入數(shù)字電子技術實驗仿真可為學生提供一個界面友好的模擬實驗環(huán)境，能有效激發(fā)學生學習的興趣，提高電子線路的開發(fā)能力，培養(yǎng)和開拓學生的創(chuàng)新思維。Multisim軟件還可與NI的ELVIS套件結合使用，軟件仿真后結合NIELVIS對電路軟件進行原型化，教師還可通過設置隱含故障讓學生排查、修正過失。因此，數(shù)字電子技術實驗課程引入Multisim軟件仿真能促進理論和實踐的有機結合，有利于提高實驗教學的效率和質(zhì)量，可作為傳統(tǒng)實驗手段的有益輔助和補充。參考文獻【1】閻石等.數(shù)字電子技術根底〔第五版〕[M].北京：高等教
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基于Multisim的數(shù)字電子技術實驗教學研究
