基于multisim11的数字电子技术虚拟实训
摘 要： 数字电子技术是一门理论联系实践的课程，本文举例说明了仿真软件multisim在数字电子技术三大实训模块、功能验证、扩展应用、综合设计中的应用。虚拟实训的开发为学生的学习带来了新的体验，增强了教学效果，提高了学生在电路设计方面的综合能力。
关键词： multisim 数字电路实验 电路仿真
1.引言
《数字电子技术》是高职院校电子信息类相关专业的一门专业基础课，其实践性很强，要求学生在掌握基本理论知识的同时还要具备对电路进行分析、设计、调试、完善电路等重要的实际应用技能。因此，为了提高教学质量，当前设有电子类专业的高职院校包括所有的本科院校及中专职业学校都会配备相应的实验室。然而现实是，介于资金、管理、设备损坏率等多方面的因素，实验室规模受到很大程度的限制，设备、仪器、仪表的数量、种类均使实验室不能满足完成各种实验的要求。
随着计算机技术的发展，大批量的电子EDA软件应需而生，pspice、protel、EWB、proteus及multisim等。使用仿真软件，可以摆脱对硬件条件的依赖，且可以利用专业的软件对设计电路进行专业的仿真、测试，确保设计的准确度，从而避免人工设计中出现的各类问题。Multisim与其他软件相比具有界面直观、操作简单、一键仿真及仿真结果可视化等优点，尤其适合理论知识较弱的高职院校类学生使用。通过动态、直观的仿真，一方面可以加深学生对理论知识的理解，另一方面可以提高电路设计的准确率，避免人力、物力、财力方面不必要的浪费。
2. Multisim软件
Multisim的前身实际上就是加拿大IIT公司的EWB（Electrical Workbench），EWB版本更新到6.0的时候，IIT公司将电路仿真与设计这一模块改名为multisim，不仅增强了软件在仿真、测试、分析方面的功能，而且丰富了仿真元件的数量，使得仿真更精确，进一步提高电路设计的可行度。我们选用的是美国国家仪器公司发行的multisim11版本，与之前的版本相比具有更丰富的元件量，且可进行单片机仿真。
2.1 定制用户界面
进入multisim仿真平台，我们可以根据电路的需要、自己的喜好改变界面，包括电路颜色、图纸尺寸、元件的符号标准等。执行option/sheet properties菜单可打开属性对话框。进入“circuit”选项卡，在“show”选项组可以设置元件、节点、导线上所显示的说明性文字等信息，在“color”选项组可设置元件、导线、背景的颜色； “workspace”选项卡则可以设置图纸大小及显示模式；“wiring”选项卡用来改变导线、总线的宽度；其他选项卡不再一一赘述（见图1）。
图1 界面定制对话框
2.2元件库
Multisim拥有规模庞大的元件库，并将所有元件分为17类，便于查找选择。选择view/toolbars/components菜单可以调出元件工具栏，如图2所示，点击各个按钮可以直接进入对应类别的元件库选取元件，选择place/component菜单可以打开元件选取对话框。平台提供多方向翻转、属性设置等元件编辑功能，可非常方便地修改其库中提供的任何元器件并且创建自己需要的各种元器件。
图2 元件工具栏
2.3 仪器仪表
Multisim自带了20多种虚拟仪器仪表，既提供示波器、函数信号发生器、逻辑分析仪等实际存在的仪器，又有字信号发生器及逻辑转换仪等这些在现实实验室找不到的仪器，而且在使用数量上不受限制，这为电路仿真提供了强大的保障。通过view/toolbars/instruments菜单可以调出仪器仪表工具栏，如图3所示。
图3 仪器仪表工具栏
3.数字电子技术虚拟实训设置
实训教学环节在高职院校数字电子技术课程教学中是至关重要的。所有的实训都可以归结为三大模块：功能验证模块、扩展应用模块和综合设计模块，使学生由简入难，逐步领会到电路应用、设计的概念，进而提高自身的综合能力。我们将结合案例说明不同类型的数字电路实训模块。
3.1 功能验证实训模块
功能验证模块主要培养学生的操作技能，用以加深对理论知识的理解，包括两大类：一类是对基础逻辑门的功能验证，一类则是对常用芯片（器件）的逻辑功能进行验证、测试。
3.1.1 基础逻辑门逻辑功能验证
基础的逻辑门就是与、或、非、与非、或非、与或非、异或、同或等这些实现简单逻辑功能转换的逻辑门，要求学生掌握它们的逻辑关系。在此，以或非、与非为例，搭建如图4所示的简单电路，即可实现其功能验证。拨动拨码开关，可以改变与非、或非门两个输入端接收到的高低电平，在输出端，指示灯亮代表输出为高电平、反之则为低电平。实验操作：分别设置00、01、10、11四种不同输入组合，记录对应的逻辑输出，分析数据，理论联系虚拟实训加深对逻辑门的理解。
（a）与非门？摇？摇？摇 ？摇 （b）或非门
图4 基础逻辑门功能验证
3.1.2 常用芯片逻辑功能验证
数字电子技术课程中，学生会学到74LS138（译码器）、74LS148（编码器）、74LS151（数据选择器）、74LS161（计数器）、74LS194（寄存器）等众多中小规模组合、时序集成电路，与基本逻辑门相比，这些芯片其逻辑功能不再单一，验证相对繁琐。图5是搭建的194（双向移位寄存器）功能验证电路，双向移位寄存器除了有左移、右移主要功能外，还具有异步清零、同步置数功能。参照使能端的优先级别，设置功能验证步骤如下：
3.1.2.1异步清零功能，图中clear为控制清零端的开关，开关拨向ground一侧，清零端接收到低电平，194处于清零状态，四个输出端均变零。