Multisim在数字电路课程教学中的应用
发布时间：2019-09-09 18:24
【摘要】：针对数字电路课程教学中理论知识枯燥、逻辑关系复杂的问题,将Multisim仿真软件应用到课堂教学中,利用仿真软件强大的电路仿真能力和直观形象的演示效果提高教学质量。以SR触发器和JK触发器的教学为例,仿真软件使学生直接观察到主从式触发器的状态翻转过程和工作波形,验证了主从式触发器的逻辑功能,让知识理念和数字逻辑形象地展现,有助于学生理解数字电路的工作原理,提高教学质量。
【图文】：
控制。由于主从式触发器理论比较抽象、状态翻转过程较复杂，学生对主从式触发器的动作特点往往理解不够深入，并且触发器的输入信号、时钟信号、输出信号等较多，无法用电子实验仪器观察触发器的工作波形，无以验证触发器的逻辑功能。引入仿真实验后，学生可以直接观察到主从式触发器的状态翻转过程和工作波形，能够提高教学效果，使学生理解电路的工作原理和工作工程。２数字电路课程教学仿真实例２．１主从式ＳＲ触发器仿真用７４ＬＳ００和７４ＬＳ１０逻辑门搭建主从式ＳＲ触发器的电路如图１所示。图１主从式ＳＲ触发器仿真电路图１中ＲＤ′为异步置零信号，仿真开始前置为有效电平（ＲＤ′＝０），使输出状态置０。ＣＰ为触发器的时钟信号，Ｒ、Ｓ为输入信号，，Ｑｎ和Ｑ′ｎ为主触发器的输出信号，Ｑ和Ｑ′为触发器状态输出信号。利用Ｍｕｌｔｉ－ｓｉｍ软件中的字组产生器产生触发器的ＣＰ、Ｒ、Ｓ及ＲＤ′信号，逻辑分析仪显示触发器的ＣＰ、Ｒ、Ｓ、ＲＤ、Ｑｎ、Ｑ′ｎ、Ｑ和信号Ｑ′波形。设计字组输出信号时，为保证各种输入情况在有效电平期间都出现，因此Ｒ、Ｓ输入信号应在ＣＰ＝１期间内有变化［７］。在输出字组分别为０、８、Ｃ、Ｄ、Ｂ、Ｄ、Ｂ、Ｄ、Ｃ、８、Ｅ、Ｅ、Ｆ、Ｂ、Ｄ、Ｂ、Ｄ、Ｃ、Ｅ、Ａ、Ａ、Ｂ、９、Ｆ情况下，得到相应的工作波形如图２所示。图２中的“１０”为ＣＰ时钟脉冲波形；“１２”为Ｓ输入波形；“１３”为Ｒ输入波形；“１１”为ＲＤ′异步置０
图３主从式ＪＫ触发器仿真电路图４主从式ＪＫ触发器状态翻转过程图４中的“１５”为ＣＰ时钟脉冲波形；“１０”为Ｊ输入波形；“１１”为Ｋ输入波形；“９”为ＲＤ′异步置０输入波形；“３”为Ｑｎ主触发器状态输出波形；“２”为Ｑ′ｎ主触发器状态输出波形，“５”为Ｑ状态输出波形；“８”为Ｑ′状态输出波形。从图４中的输出波形中可以看出，在ＪＫ触发器的输出状态为时钟信号有效电平（ＣＰ＝１）期间，主触发器的状态只翻转一次，一旦翻转了就保持不变；等下降沿到达时，输出状态跟随主触发器状态改变，解决了ＲＳ触发器的多次翻转问题。当Ｊ＝Ｋ＝１时，触发器的次态是翻转功能，对输入信号的约束条件不存在了。显然，ＪＫ触发器的逻辑功能更加强大。通过仿真实验的演示和讲解，学生能够较好地掌握主从式ＪＫ触发器的逻辑功能，对一次翻转问题理解也更加透彻。３结语在主从式触发器的教学过程中，对ＳＲ和ＪＫ触发器进行仿真实验，通过观察触发器的状态翻转过程和工作波形，使得抽象、枯燥的理论知识变得生动、形象。另外，本仿真实验能同时观察触发器的输入信号和输出信号波形，解决了电子实验仪器无法同时显示多路信号的问题。通过实践证明，本教学方法能帮助学生理解数字电路的工作原理和过程，提高教学质量并激发学生的学习兴趣。参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］刘银萍，陈惠珊．“数字电子技术”实验教学改革的探讨［Ｊ］．实验室研究与探索，２００６，２５（８）：９８１－９８３．［２］王尔申，庞涛，李鹏，等．Ｍｕｌｔｉｓｉｍ和
【作者单位】： 湖南科技学院电子与信息工程学院;
【基金】：湖南省教改项目(湘教通[2014]247号) 湖南科技学院教改项目(湘科院[2014]29号);湖南科技学院“通信工程专业综合改革试点”项目
【分类号】：G642.4
本文编号：2533775
【图文】：
控制。由于主从式触发器理论比较抽象、状态翻转过程较复杂，学生对主从式触发器的动作特点往往理解不够深入，并且触发器的输入信号、时钟信号、输出信号等较多，无法用电子实验仪器观察触发器的工作波形，无以验证触发器的逻辑功能。引入仿真实验后，学生可以直接观察到主从式触发器的状态翻转过程和工作波形，能够提高教学效果，使学生理解电路的工作原理和工作工程。２数字电路课程教学仿真实例２．１主从式ＳＲ触发器仿真用７４ＬＳ００和７４ＬＳ１０逻辑门搭建主从式ＳＲ触发器的电路如图１所示。图１主从式ＳＲ触发器仿真电路图１中ＲＤ′为异步置零信号，仿真开始前置为有效电平（ＲＤ′＝０），使输出状态置０。ＣＰ为触发器的时钟信号，Ｒ、Ｓ为输入信号，，Ｑｎ和Ｑ′ｎ为主触发器的输出信号，Ｑ和Ｑ′为触发器状态输出信号。利用Ｍｕｌｔｉ－ｓｉｍ软件中的字组产生器产生触发器的ＣＰ、Ｒ、Ｓ及ＲＤ′信号，逻辑分析仪显示触发器的ＣＰ、Ｒ、Ｓ、ＲＤ、Ｑｎ、Ｑ′ｎ、Ｑ和信号Ｑ′波形。设计字组输出信号时，为保证各种输入情况在有效电平期间都出现，因此Ｒ、Ｓ输入信号应在ＣＰ＝１期间内有变化［７］。在输出字组分别为０、８、Ｃ、Ｄ、Ｂ、Ｄ、Ｂ、Ｄ、Ｃ、８、Ｅ、Ｅ、Ｆ、Ｂ、Ｄ、Ｂ、Ｄ、Ｃ、Ｅ、Ａ、Ａ、Ｂ、９、Ｆ情况下，得到相应的工作波形如图２所示。图２中的“１０”为ＣＰ时钟脉冲波形；“１２”为Ｓ输入波形；“１３”为Ｒ输入波形；“１１”为ＲＤ′异步置０
图３主从式ＪＫ触发器仿真电路图４主从式ＪＫ触发器状态翻转过程图４中的“１５”为ＣＰ时钟脉冲波形；“１０”为Ｊ输入波形；“１１”为Ｋ输入波形；“９”为ＲＤ′异步置０输入波形；“３”为Ｑｎ主触发器状态输出波形；“２”为Ｑ′ｎ主触发器状态输出波形，“５”为Ｑ状态输出波形；“８”为Ｑ′状态输出波形。从图４中的输出波形中可以看出，在ＪＫ触发器的输出状态为时钟信号有效电平（ＣＰ＝１）期间，主触发器的状态只翻转一次，一旦翻转了就保持不变；等下降沿到达时，输出状态跟随主触发器状态改变，解决了ＲＳ触发器的多次翻转问题。当Ｊ＝Ｋ＝１时，触发器的次态是翻转功能，对输入信号的约束条件不存在了。显然，ＪＫ触发器的逻辑功能更加强大。通过仿真实验的演示和讲解，学生能够较好地掌握主从式ＪＫ触发器的逻辑功能，对一次翻转问题理解也更加透彻。３结语在主从式触发器的教学过程中，对ＳＲ和ＪＫ触发器进行仿真实验，通过观察触发器的状态翻转过程和工作波形，使得抽象、枯燥的理论知识变得生动、形象。另外，本仿真实验能同时观察触发器的输入信号和输出信号波形，解决了电子实验仪器无法同时显示多路信号的问题。通过实践证明，本教学方法能帮助学生理解数字电路的工作原理和过程，提高教学质量并激发学生的学习兴趣。参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］刘银萍，陈惠珊．“数字电子技术”实验教学改革的探讨［Ｊ］．实验室研究与探索，２００６，２５（８）：９８１－９８３．［２］王尔申，庞涛，李鹏，等．Ｍｕｌｔｉｓｉｍ和
【作者单位】： 湖南科技学院电子与信息工程学院;
【基金】：湖南省教改项目(湘教通[2014]247号) 湖南科技学院教改项目(湘科院[2014]29号);湖南科技学院“通信工程专业综合改革试点”项目
【分类号】：G642.4
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