基于Multisim的数字电子技术实验教学研究
“数字电子技术”课程是电子工程及计算机等专业重要的专业基础课程之一，学生对该课程内容的掌握会直接影响后续课程的学习。数字电子技术实验更侧重于培养学生综合应用所学知识分析问题和灵活解决问题的能力。然而，由于受元器件与硬件电路的限制，实验的灵活性与实时性较差，直接影响了学生对概念的深入理解，削弱了学生理论与实际的有机联系。
近年来，随着计算机软件技术的飞速发展，“虚拟仪器”、“虚拟器件”被广泛应用于电子电路的设计和实验中。Multisim软件因为其界面直观、操作方便，仿真分析能力强等优点，成为电类学科的首选软件工具。
1.基于Multisim的数字电子技术实验
Multisim软件可以实现电路原理图多种方式输入、电路分析及交互式仿真、电路板设计、仿真仪器及射频测试、集成测试、单片机设计仿真等高级应用，实现了“软件即元器件”和“软件即仪器”。将Multisim引入数字电子技术实验可以为学生提供一个界面友好、直观的模拟实验环境，学生可方便地从元器库中将需要的元件放置到工作区进行电路布局，通过鼠标轻点进行导线连接，完成电路原理图的捕获。Multisim所提供的虚拟仪器与真实仪器具有相同功能，仿真过程不受硬件限制，学生还可以在线修改电路参数，对电路进行测量、探测、故障排除工作、查看实时仿真结果，并将自己的仿真实验结果分析、保存、打印，避免了实验报告彼此借鉴、千篇一律。
数字电子技术实验可以分为三个层面：基础验证型实验、综合型实验、创新设计型实验。对应不同难度实验，教师可有针对性的对学生提出设计要求，由学生先通过软件仿真选择不同的设计方案自行完成预习。
2.基于Multisim的教学实例探讨
组合逻辑电路的分析和设计是数字电子技术课程理论教学的重点，教师往往会过分强调逻辑函数式化简，追求逻辑电路最简化，对逻辑电路中存在竞争-冒险现象的教学不够重视。这将导致学生在后续进行综合、创新型实验容易忽略这个问题，造成设计出的电路可靠性和稳定性不够。
图1 有竞争-冒险现象的组合逻辑电路
本文对竞争-冒险现象实验教学实例展开分析。笔者将电子信息工程专业一个行政小班共38名学生分为两组，每组各19名。其中A组不进行软件仿真直接进入硬件实验环境，B组要求先进行软件仿真然后再搭建硬件电路。下文仿真实验过程以B组其中一名学生的为例。
搭建组合逻辑电路如图1所示。A为信号输入，Y为输出信号，输入、输出均接至示波器，键盘上“A”、“B”控制键按钮控制改变J1、J2切换开关的状态。
接入端接入1KH脉冲信号，通过对J1、J2开关控制，所得偏0、偏1冒险波形分别如图2、图3所示。
图2 偏0冒险（开关J1、J2向上闭合）
图3 偏1冒险（开关J1、J2向下闭合）
图4 增加了冗余项后的电路
图5 消除了竞争-冒险现象的输出波形
理论上来说，组合逻辑电路中消除竞争-冒险现象的方法有：增加冗余项、增加选通电路、加滤波电容等。
该学生选择在改进电路中增加冗余项，设计电路如图4所示，所得输入、输出波形为图5所示。
学生通过对仿真结果可得出结论，加了冗余项能有效消除竞争-冒险现象。
对比两组学生之后的学习行为表现发现：
（1）在实验室硬件操作中，B组学生明显对实验过程及将出现的结果更有把握，学习也更加积极、自信，其中有47%（9人）的学生主动选择用多种不同的设计方案。
（2）时隔两周进入时序逻辑电路中关于竞争-冒险现象的讲授时，B组学生中约有89%（17人）能很快联系之前组合逻辑电路中关于竞争-冒险现象的讲解，而A组学生中只达到63%左右（12人）。
（3）后期实验中让学生在预习时自由选择是否软件仿真，几乎所有的学生（36人）都选择先用Multisim软件进行仿真。
以上教学效果对比可看出，Multisim仿真能给学生无畏的实验环境，激发学生设计电路、动手操作的热情，提高学生的电路分析能力和综合应用能力，同时也可促进理论课的教学。
3.结束语
将Multisim软件引入数字电子技术实验仿真可为学生提供一个界面友好的模拟实验环境，能有效激发学生学习的兴趣，提高电子线路的开发能力，培养和开拓学生的创新思维。
Multisim软件还可与NI的ELVIS套件结合使用，软件仿真后结合NI ELVIS 对电路软件进行原型化，教师还可通过设置隐含故障让学生排查、修正差错。
因此，数字电子技术实验课程引入Multisim软件仿真能促进理论和实践的有机结合，有利于提高实验教学的效率和质量，可作为传统实验手段的有益辅助和补充。
