Multisim在数字电路实验课程中的应用分析

摘要：为提高高职数字电路实验课程教学效果，对传统实验课程教学模式进行改革。将Multisim仿真技术应用实验教学中，分析了Multisim在实验教学中的优势，结合任意计数器的设计及芯片级联实例，给出了Multisim应用方法。实践表明，将Multisim技术应用到数电课程中，有助于深入理解掌握知识，也提高课堂的效率。

关键词：数字电路 Multisim仿真 任意进制计数器 芯片级联

1、数字电路课程实验中的问题分析

《数字电路》是高职电子信息类专业的基础核心课程，该课程直接面向应用，具有实践性强、内容涵盖广的特点。目前，该课程采用RXS-1A型数字电路实验箱作为实验平台，项目设计较为简单，知识点单一。学生在实验过程中需要安插器件，连线操作。当实验涉及的连线较多且报错时，学生不易找出错误连接处，从而影响整个实验项目设计的进程与结果。为了保证实验效果，提高学习效率，让学生把精力花在电路设计上，而不是花在重复的接线连线上，因此将Multisim仿真软件引入数字电路课程实践教学。

2、Multisim软件在数字电路教学中优势

Multisim是美国国家仪器公司推出的电子电路设计、功能测试及仿真软件。该软件具有以下优点：第一，直观的图形界面;第二，丰富的元器件库;第三，强大的仿真能力;第四，多种测试仪器。Multisim可以满足大部分电子系统的设计与仿真。在数字电路实验教学中采用Multisim仿真，不仅降低了实验成本，而且讓实验更贴近工程实际，有效激发学生的学习兴趣，让教学可以更加的便捷、高效。

3、Multisim仿真实例分析

3.1设计任务和要求

计数器是数字系统中应用最为广泛的基本逻辑器件之一。它不仅能记录输入时钟脉冲的个数，还可以实现分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。要求：使用中规模集成器件74LS161，设计任意进制计数器，如设计32进制计数器的电路并仿真调试。

3.2功能分析及设计思路

74LS161为四位二进制计数器，即16进制计数器，具有异步清零，同步置数功能。要得到32进制计数器，需要2片74LS161串接起来，以获得计数容量为16×16进制的大模数计数器，再将大模数转化为小模数计数器。按功能可分为两种转换方法，异步清零法和同步置数法。

先将芯片级联，一般集成计数器都设有级联用的输入端和输出端。级联后的计数器电路图如图（1）所示：

异步清零法是通过反馈线和门电路来控制74LS161的清零端，以消去多余状态构成32进制计数器。二进制加法计数器从0000 0000到0010 0000计数，当第32个计数脉冲CP到来后，计数器变为0010 0000状态瞬间，使计数器返回到0000 0000。

对于同步置数，如果用S0，S1，S2…SN表示输入0，1，2，…，N个计数脉冲CP时计数器的状态。在输入第31个计数脉冲CP时，利用状态S31产生一个有效置数信号，送给同步置数控制端。为简化设计，预置数设置为0，即等到输入第32个计数脉冲CP时，计数器到达0001 1111后返回到初始的预置数状态0000 0000，从而实现32进制计数。

3.3电路设计与仿真

根据原理，绘制出异步清零法和同步置数法构成的32进制计数器的逻辑电路图，在Multisim中进行电路仿真。

在搭建电路时，选择两片74LS161、一片74 LS00（四二输入与非门）构成32进制计数器。根据数据手册，ENT端和ENP端全部接高电平时74LS161为计数状态，置数端为低电平有效，故接高电平。当两片计数器输出为0010 0000时，通过非门将反馈信号接到清零端，因为是异步清零，该状态存在时间非常短，约十几纳秒，可忽略不计。为便于观察，采用自带译码的数码显示器DCD_HEX虚拟器件进行计数器输出状态显示，可以显示十六进制数0——F。函数发生器选择方波信号，频率为1Hz。具体接线如图2所示。

在此电路基础上进行修改，两个清零端接高电平，级联芯片的同步置数端A、B、C、D接地，当两片计数器输出为0001 1111（十六进制即为1F）时，其中低4位二进制数1111可用进位信号代替，将进位信号与高位的1通过与非门将反馈信号接到置数端，输出端被同步置数0000 0000，以此过程不断循环，得到同步置数法构成的32进制计数器，如图（3）。

运行仿真可以直观地看到，两种方法设计的32进制计数器仿真结果和电路状态转换关系一致。

4、结语

利用Multisim仿真软件进行设计，将32进制计数器的逻辑功能更加直观地显现出来，根据两种设计思路，学生能够直观的感受异步清零和同步置数的区别，不仅帮助学生更深入理解掌握理论知识，同时也能提高课堂的效率，培养学生主动学习的兴趣和积极性，提升了数字电路课程教学质量。

参考文献：

[1]邱寄帆.《数字电子技术》.高等教育出版社

作者简介：王俊亚（1990.04--）;性别：女，籍贯：湖北十堰，民族：汉，学历：硕士研究生;研究方向：电子技术;电气工程