数字电路实验教学方法分析

摘 要：数字电路是一门重要的专业基础课，传统的基于实验箱的教学方法具有一定的局限性，为了适应新的教学理念和教学模式，出现了新的基于Multisim的虚拟仿真的实验教学方法，可以提高学生的创造性和综合设计能力。通过实验设计过程，对两种实验教学方法进行了分析和比较，通过分析提出将了两种实验教学方法相结合的实验教学方法。

关键词：数字电路；实验教学；Multisim；虚拟仿真

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.129

“数字电路”是我院电子类专业一门重要的、实践性很强的技术基础课，它包括课堂教学、实验教学、课程设计等多种教学环节。通过本门课程的教学，除了使学生掌握数字电路的基本理论、基本知识和基本方法以外，还要求其具备实验研究和工程设计能力[1]。

数字电路实验在数字电路教学中占有非常重要的地位，可以加强学生对理论知识的理解和掌握，培养学生的工程设计和实际动手能力。传统的数字电路实验仍然采用数字电路实验箱开展实验教学工作，有很多的局限性，为了适应新的形势要求，改革教学模式，创造更好的实验教学环境，以激发学生的创造性，提高学生的综合动手能力，逐步将虚拟电子仿真软件Multisim[2，3，4]应用于数字电路的实验教学中。

下面对传统的实验教学方法和基于虚拟仿真的实验教学方法进行具体分析和比较，

1 传统的实验教学

目前，传统的数字电路实验室采用数字电路逻辑实验箱开展实验教学工作，围绕 74 系列芯片进行内容设计，主要涉及的实验包括TTL 集成门电路测试、数据选择器的应用、触发器及计数器的应用等。

下面以74LS08与门为例进行实验设计并分析如下。

1.1 74LS08引脚图

74LS08为2输入四与门，其引脚图如图1所示。

1.2 真值表

真值表显示，当输入A、B有一个为低电平时，输出即为低电平；当输入A、B全为高电平时，输出为高电平。

1.3 实验内容

（1）根据74LS08的引脚图连接线路。由引脚图可知，74LS08有4组2输入与门，可以任意选择一组与门进行实验。将输入两个端子连接在可以控制高低电平的输入端，如果输入为高电平，则灯亮，低电平则灯不亮；将输出端连接在可以由灯的亮和灭来显示输出电平的一端，如果输出为高电平，灯亮，如果输出为低电平，灯不亮。

（2）根据真值表测试74LS08与门的功能。

（3）实验分析。根据测试结果，可以看出，输入端只要有一个为低电平，灯就不亮，只有两个输入端全为高电平的时候，灯才亮，结果与真值表保持一致，满足了与门的功能。

2 虚拟仿真实验教学

随着电子技术产业的高速发展，新器件、新电路不断地涌现，现有实验室的条件已经无法满足各种电路的设计和调试的要求，这在一定程度上影响了数字电路相关实验教学的效果，而且影响了高校对学生创新能力的培养。此时，在实验教学中引入具有强大分析、仿真电路功能的电路仿真设计软件Multisim，可以较好地解决这一问题[5]。

基于Multisim的仿真实验主要包括门电路功能测试、组合逻辑电路分析、半加器逻辑功能测试、计数器、555定时器的应用等。现以74LS00与非门为例进行实验设计与分析。

2.1 引脚图

74LS00为四组 2 输入与非门，其引脚图如图2所示。

2.2 真值表

真值表显示，当输入A、B只要有一个为低电平，输出即为高电平；当输入A、B全为高电平时，输出为低电平。

2.3 实验电路

在Multisim中的创建的仿真电路如图3所示。

2.4 实验说明

（1）放置74LS00：

用打开选择相应的元件，然后放置。“QUAD 2-INPUT NAND”四-2输入与非门。

（2）放置开关：

用第二个按钮，选择SWITCH，然后选择相应的开关，进行放置。

（3）放置电源VCC：

选择第一个按钮，选择VCC。放置接地，同样选择第一个按钮。

（4）放置万用表：

选择右边数列按钮的第一个，既是万用表。然后放置。

（5）放置灯泡：

选择指示器按钮，选择LAMP，然后选择合适的灯泡，放置。

2.5 功能测试

（1）测试表：

测试表如表4所示。

（2）分析：

从测试表可以看出，当输入端有一个为0时，输出就为1，灯泡就亮，当输入全为1时，灯泡不亮。测试结果与真值表保持一致，满足与非门的逻辑功能。

3 两种实验教学方法的比较

我院数字电路课程是电子类专业的专业基础课，对于两种实验教学方法，学生在具体操作的时候，每一种方法都有各自的优点。从教师的层面分析，传统的基于实验箱的教学方法在具体实施时，教师需要收集好实验需要用到的元器件，然后设计实验线路，课堂上连接线路给学生看，对元器件的功能及线路的功能都要给学生进行讲解。由于实验线路连接比较直观，讲解的工作量不大。对于虚拟仿真实验的教学方法，由于涉及到一种新的软件，首先对软件的功能和具体操作流程都要进行详细讲解，在具体操作时，每一个步骤，每一个元器件的选择和连接都要详细说明，讲解的工作量较大。在具体的实验过程中发现，传统的实验方法和虚拟仿真的实验方法，由于各自有自己的优点，在一定程度上都可以激发学生的兴趣，提高学生的动手能力。在此基础上，相比较而言，虚拟仿真的实验方法功能更强大，学生的可操作性更强。

通过分析，我们可以看出，用两种实验教学方法，都可以达到教学目的，但是从培B学生的动手能力和设计能力上出发，可以考虑两种实验教学方法相结合，将实验学时分成两部分，一部分时间让学生通过实验箱进行实验，一部分时间让学生利用计算机进行虚拟仿真实验。这样可以让学生更全面的了解实验内容，增强设计和分析能力。

4 结论

数字电路是一门重要的专业基础课程，包括理论学时和实验学时，对实验课程的讲解往往通过实验设计分析和具体操作来实现。传统的基于实验箱的实验教学方法，虽然比较直观，而且可以锻炼学生的动手动力，但有一定的局限性，比较新的基于仿真实验的教学方法可以激发学生的创造性，而且功能比较强大，具有可扩展性。通过比较，提出了两种方法相结合的实验教学方法，在今后的教学过程中，可以具体实施，以期取得良好的教学效果。

参考文献：

[1]李明旭.数字电路课程实验教学方法探索[J].广西大学报（自然科学版），2002（06）：148-149.

[2]黄济，李泽彬，汪明珠，姚有峰.组合逻辑电路设计与Multisim仿真[J].高科技产品研发，2012：58-98.

[3]包敬海，张大平，陆安山. Multisim在组合逻辑电路设计中的应用[J].钦州学院学报，2008（12）：30-33.

[4]郁玲艳.Multisim在数字逻辑电路中的应用[J].高校讲坛，2010（23）：661-720.

[5]王哲.Multisim在组合逻辑电路分析实验教学中的应用[J].山东工业技术，2017（02）：292-293.

作者简介：王哲（1986-），女，河南南阳人，硕士，教师，研究方向：自动化、仿真与虚拟制造、电子信息。