基于ｍｕｌｔｉｓｉｍ的数字电路虚拟课程设计

摘要：本文针对现有数字电路课程设计不足，提出基于multisim虚拟数字电路课程设计教学方法。通过基于multisim數字电路课程设计实例，介绍了其设计过程，探讨了该方法在解决实践环节教学难题，提高数字电路课程设计实践性和综合性等方面的作用。

关键词：Multisim仿真；数字电路；课程设计

0 前言

数字电路课程设计作为一门理论与实践并重课程，重点培养学生在数字电子综合设计过程中，对实际问题进行分析和解决的能力，以提高学生在数字电子领域的知识、经验、方法等综合技能。由于条件限制，目前数字电路课程设计以理论分析为主，缺少相应实践环节。本文针对学校实验设备配置和学生实际情况，提出基于multisim虚拟课程设计教学方法，以进一步增强学自主性,充分激发和挖崛学生创新潜能。

1 Multisim概述

随着计算机和电子系统设计技术进步，EDA技术得到了飞跃发展，已被广泛应用于教学实践中[1～2]。Multism是IIT公司推出的用于电路仿真设计EDA软件[3]。multism具有系统高度集成，软件界面友好、操作方便优点。作为虚拟电子平台，该软件提供了较详细电路分析手段，可以完成电路瞬态、稳态、时域和频域等常规电路分析，以及离散傅立叶、电路零极点、交直流灵敏度和电路容差分析等,采用Multisim较适用于数字电路虚拟课程设计。

2 基于Multisim数字电路虚拟课程设计应用实例

本文以二十四小时制多功能电子钟为例，浅谈multisim在课程设计中的应用。该电子钟具有时、分、秒数字显示，能够手动校对及整点报时，是数字电路典型应用[4]。

2.1设计分析

首先根据设计要求,采用“自顶向下”模块化设计方法对十四小时制多功能电子钟进行系统划分[5]。本系统包括振荡器、分频器、计数器、译码显示、报时电路、校时电路，图1为其构成简图。振荡器和分频器组成秒钟信号发生器；不同进制计数器、译码器和显示器组成计时系统；秒信号送入计数器，累加结果以时、分、秒数字显示：时显示由二十四进制计数器、译码器、显示器构成，分、秒显示由六十进制计数器、译码器、显示器构成；整点报时电路实现整点报时；校时电路可以校对电子钟。

2.2 设计实现

经过系统划分即“顶层”设计后,就可用multisim“向下”对二十四小时制多功能电子钟进行模块设计。

（1）时钟振荡电路

时钟振荡电路可用555多谐振器、模拟运放振荡器、石英晶体振荡器等多种方法。本例采用石英振荡器构成时钟振荡电路，图2为该振荡电路的电路图。

（2） 秒脉冲产生电路

秒脉冲产生电路将1kHz方波信号经过1000分频后得到1Hz的方波信号，供秒计数器进行计数。图3为时钟振荡电路的32768分频电路。

（3）计时电路

计时电路为计数电路，包括二十四进制计数器和六十进制计数器，通过对百进制计数器清零或置数来实现。二十四进制计数器采用74LS160N设计出百进制计数器后，在24（00100100）处直接取出所有为1端口，给所有为零端口加非门74LS00，然后经过与非门后给清零端，使用清零法完成二十四进制。同样，对于六十进制计数器，在60（01100000）处直接取出所有为1的端口，给所有为0的端口加非门74LS00，然后经过与非门后给清零端，使用清零法来实现六十进制。

（4）校时、分电路

校时电路与校分电路基本一致，设置小时及分钟计数器为所需数字。其原理是：将秒计数器清零，时钟暂停计数，当选定时刻达到，启动电路开始从预置时间开始计数。图4为分钟计时及校正电路，通过控制六十进制的时钟输入端CP，使用两个三态门或者把秒进为信号加入，或者把校分的按键信号加入，J1用来控制校分和记分切换，由于两个三态门U1A和U2A的使能端有效电平刚好相反，J1接地时为校分功能，J1不接地时为记分功能。

（5）整点报时电路

报时电路包括报时计数电路、停止报时控制电路和蜂鸣器三部分。报时计数电路由两个可逆十进制计数器74LS192组成。在分进位信号触发下，从计时电路保存当前小时数，并开始递减计数到0，停止计数控制信号经过逻辑电路判断给出0信号，封锁与门，阻止蜂鸣器工作，停止报时。

（6）译码驱动电路

译码驱动电路选用74LS48，将计数器的输出8421BCD码转换为数码显示器件所需输出逻辑。

（7）显示数码管

显示数码管采用了共阴极七段数码管LED作为显示单元电路。

由上述7个模块，可以组成二十四小时制多功能电子钟.仿真平台的硬件条件不同，仿真时间与实际时间会存在一定的差异，但实践表明该二十四小时制多功能电子钟达到了设计要求。

3 结束语

本文介绍基于multisim的数字电路虚拟课程设计实例--二十四小时制多功能电子钟设计，在深化学生对晶体振荡、数字分频、计数控制及定时计数等理解时，介绍了基于multisim数字电路虚拟课程设计全过程。将multisim引入到数字电路课程设计中，能有效解决其缺少实践环节的教学难题，提高了数字电路课程设计实践性和综合性，对培养学生综合实践能力和开拓创新精神有积极意义。

参考文献

[1] 实验数字电路虚拟课程设计，实验教学与仪器，方振汉，严萍，2003年第10期，15～16

[2] 电子信息类专业“微机原理与接口实验”教学探讨, 杨翠微, 俞承芳, 虞惠华, 胡鸣华,第27 卷 第1 期2005 年2 月,电气电子教学学报,85～101

[3] 基于Multisim 8的数字电路课程设计与仿真，杨庆，平顶山工学院学报，第16 卷第6 期 2007 年11 月77～79

[4] 基于multisim9的电子系统设计、仿真与综合应用，郭锁利等，人民邮电出版社，2008年2月第1版，177～185

[5] EDA技术在数字系统中的应用,薛延侠,刘雁飞，2008 年1 月第13 卷第1 期,西安邮电学院学报，169～172

作者简介：周小燕助教，硕士研究生，1976年12月31日出生，武汉大学东湖分校电子信息工程学院。研究方向：数字电路的设计

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