吳玲敏 鮑明全
[摘 ? ? ? ? ? 要] ?時序邏輯電路為數(shù)字電子技術(shù)課程的重點和難點教學(xué)部分,為提高學(xué)生對復(fù)雜時序邏輯電路的理解和分析能力,結(jié)合Multisim 仿真軟件給出設(shè)計實例,提高數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量。
[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?數(shù)字電子技術(shù);時序邏輯電路;Multisim
[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? [文獻標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603(2020)45-0064-02
數(shù)字電子技術(shù)課程作為高校電氣工程、自動化、機械電子、計算機等專業(yè)的基礎(chǔ)課程,在人才培養(yǎng)方案中占據(jù)重要的地位。課程的內(nèi)容主要包括基本邏輯代數(shù)、門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路、數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。時序邏輯電路是數(shù)字電子技術(shù)課程中的重點和難點,邏輯性強且內(nèi)容較為抽象,傳統(tǒng)的板書加多媒體教學(xué)方式較為單一,學(xué)生被動地接受理論知識,學(xué)習(xí)積極性不高,缺乏主觀能動性,容易喪失學(xué)習(xí)興趣。不斷尋求更加科學(xué)高效的教學(xué)方法和手段,使教學(xué)模式多元化,提升教學(xué)質(zhì)量,需要任課教師更深入地思考。
一、Multisim軟件介紹
Multisim軟件是美國國家儀器公司特別推出的以Windows為基礎(chǔ)的虛擬仿真平臺[1],它的內(nèi)部集成元器件數(shù)據(jù)庫,可以采用硬件描述語言或圖形輸入兩種方法創(chuàng)建電路原理圖,已經(jīng)成為電子電路實驗設(shè)計的核心專業(yè)軟件[2],如模擬電路和數(shù)字電路的仿真[3],可實現(xiàn)快速、高效的電路設(shè)計和驗證。時序邏輯電路教學(xué)過程中重視電路分析和設(shè)計過程,將Multisim10虛擬仿真軟件融入數(shù)字電子技術(shù)課程,使學(xué)生更加直觀地觀察電路,提高學(xué)生理解、分析和設(shè)計復(fù)雜時序邏輯電路的綜合能力,將理論知識與實踐環(huán)節(jié)有機地結(jié)合起來。
二、Multisim軟件在時序邏輯電路教學(xué)中的應(yīng)用
觸發(fā)器和計數(shù)器都是時序邏輯電路教學(xué)中的重點內(nèi)容,傳統(tǒng)的教學(xué)考慮到課程內(nèi)容的深度和廣度,從理論到實踐環(huán)節(jié)都將觸發(fā)器和計數(shù)器作為獨立的章節(jié)部分分開來講授?;贛ultisim軟件建立的虛擬仿真電路實驗打破了時間、空間的局限性,將獨立授課的模塊相互融會貫通,讓學(xué)生利用課余時間建立更多的綜合設(shè)計性實驗來加深鞏固所學(xué)內(nèi)容。
(一)仿真實驗內(nèi)容
利用可逆計數(shù)器74LS191芯片設(shè)計一個按 8421BCD碼計數(shù)(0到9,9再到0)循環(huán)的十進制計數(shù)器,用七段顯示器顯示具體的計數(shù)過程。
(二)仿真設(shè)計過程及結(jié)果分析
74LS191芯片是一個計數(shù)控制信號低電平有效,帶有選擇控制信號(U/D=0時加法計數(shù),U/D=1時減法計數(shù)),上升沿觸發(fā)的4位二進制同步可逆計數(shù)器。要想設(shè)計0到9,9再到0循環(huán)的計數(shù)器,需在0到9加法計數(shù)時保持其U/D=0引腳為低電平不變,在9到0減法計數(shù)時U/D=1保持其為高電平不變。如果采用組合邏輯電路控制U/D控制端,很難判斷當(dāng)相同計數(shù)值時U/D控制端何時為低電平、何時為高電平,而引入D觸發(fā)器74LS74控制該控制端可實現(xiàn)上述鎖存功能。D觸發(fā)器74LS74為上升沿觸發(fā),由于計數(shù)值為0和9時需要翻轉(zhuǎn)U/D引腳高低電平(即D觸發(fā)器輸出為Q),故僅在計數(shù)值為0和9時,D觸發(fā)器的時鐘輸入脈沖CLK為高電平1,D觸發(fā)Q次態(tài)輸出電平將進行翻轉(zhuǎn),其他計數(shù)值時均為低電平0,D觸發(fā)器Q輸出電平值將被鎖存。
運行Multisim以后,電腦屏幕上出現(xiàn)如圖2.1所示的界面。這時電路圖設(shè)計窗口是空白的。在右側(cè)的儀表工具欄中找到“邏輯轉(zhuǎn)換器”按鈕,單擊此按鈕后拖拽到電路圖設(shè)計窗口,然后單擊放置在合適位置[4]。雙擊邏輯轉(zhuǎn)換器圖標(biāo),屏幕上便會彈出邏輯轉(zhuǎn)換器的操作窗口“邏輯轉(zhuǎn)換器-XLC1”。
根據(jù)設(shè)計要求(僅在計數(shù)值為0和9時,D觸發(fā)器時鐘輸入CLK為高電平1),利用邏輯轉(zhuǎn)換器,將真值表鍵入到操作窗口左半部分,接下來點擊邏輯轉(zhuǎn)換器操作窗口右面的第三個按鈕,轉(zhuǎn)換結(jié)果顯示在操作窗口最底部的一欄中,得到Y(jié)(A,B,C,D)=ABCD+AD。將上述邏輯表達式轉(zhuǎn)化為基本的與、或、非門組成的邏輯門電路,只需要點擊操作窗口右半部分上邊的第五個按鈕,就可以得到所需的電路圖,電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為下圖2.2所示,輸入變量為計數(shù)器QDQCQBQA,輸出變量為D觸發(fā)器D/Q/CLK。
根據(jù)以上要求搭建仿真電路,如圖2.3所示。
為了驗證設(shè)計電路的正確性,用仿真軟件中的四通道示波器同時觀察計數(shù)時鐘脈沖、D觸發(fā)器的D、Q和CLK,時序圖如下圖2.4所示,可以直觀地看到,所測結(jié)果和電路設(shè)計狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖完全一致。
三、結(jié)束語
綜上所述,在數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)實踐中融入Multisim仿真軟件,不僅豐富了教學(xué)手段和教學(xué)方法,更讓學(xué)生在對復(fù)雜時序邏輯電路的理解分析過程中有所探究、有所發(fā)現(xiàn),培養(yǎng)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣,提高了學(xué)生的思維能力和動手實踐能力,從而有效地保證了本課程教學(xué)的質(zhì)量。
參考文獻:
[1]杜先君.Multisim在電子設(shè)計實踐課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子世界,2015(21):28-29.
[2]楊斌.Multisim仿真在電子技術(shù)課程設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].電子制作,2016(8):15.
[3]劉月嫦,朱齊媛,龍世瑜.基于Multisim的智能多路無線搶答器的設(shè)計[J].嶺南師范學(xué)院學(xué)報,2017,38(6):94-97.
[4]王中寶.基于虛擬儀器的時序邏輯電路仿真實驗平臺設(shè)計[J].南方農(nóng)機,2019,50(6):20.
◎編輯 李建軍