基于Multism在数字电路课程设计中数字报警器的实现
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作者: 李琰 张翌旸
摘要：本文以数字教学中的具体内容为例，具体说明Multism仿真软件在数字电路教学中的应用。
关键词：Multism；仿真；数字电路；课程设计
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 23-0000-01
Implementation of Multism-based Digital Alarm in Digital Circuits Curriculum Design
Li Yan1,Zhang Yiyang2
(1. Information Engineering School of Jilin Business and Technology College,Changchun 130062,China;2.Armored Force Institute of Technology, Changchun 130031,China)
Abstract:In this paper,digital teaching specific content,for example,specify Multism simulation software in teaching digital circuit applications.
Keywords:Multism;Simulation;Digital circuit;Curriculum design
一、引言
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力。
二、Multism简介
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有很广泛的仿真分析能力。适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
三、基于Multisim的计数报警器设计
（一）任务分析
1.总体方案确定。根据系统的逻辑关系将系统分解，画出系统的原理框图，确定框图间各种信号的逻辑关系与时序关系。
2.课题分析与研究。。了解以上设计要求后，确定设计系统的全部功能，要求及计数指标，熟悉控制对象和处理信号的各种参数，特点和关系。
3.单元电路绘制与仿真。选择合适的数字电路器件，用Multism仿真，并绘制各单元的逻辑电路图。
4.分析电路。充分分析单元电路，尤其对控制信号要从逻辑关系，正反极性，时序几个方面进行深入考虑，确保不发生冲突，在深入分析的基础上通过对原设计电路的不断修改，最后获得最佳的设计方案。
（二）方案论证
1.555定时器的连接。555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，有二个比较器A1和A2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管VT2是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。比较器的输入端有一个由三个5kW电阻组成的分压器，由此可以获得和两个分压值，一般称为阈值。555定时器的1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端Rd，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端VCC。555定时器的输出端电流可以达到200mA，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如扬声器、发光二极管等。
2.发光二极管的连接。LED产品的种类繁多，有共阴极电路，还有共阳极电路。本次设计采用共阳极电路。
3.74ls192和74ls247。74ls192异步十进制计数器这个计数器是十进制的，在设计时电路比较简单，我们在学习进制设计时已经使用过，基本了解它的各项功能。对于六进制的设计不是很大的问题，同时由于RST清零，L`D`的保持功能可以很方便的实现清零开始，暂停继续这两个功能。因此我选用这种方案。
四、具体方案实施
1.利用数字电子技术基础知识设计一个计数报警器，该计数报警器的设计采用的元件主要有译码器74LS247、十进制计数器74LS192、555组成的单稳态触发器。该计数报警器计数最大值是99，当计数溢出时放出声光报警，报警时间为10秒，计数脉冲由按钮和555组成的单稳态触发器产生。数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。
2.选择74ls192两片、74ls247两片、74ls04一片、数码管两枚、电阻若干、电容若干、开关一个。首先根据74ls192的功能表的功能，将两片74ls192连成十进制计数器，是输出的数字为从1到99，然后清零。用相应电阻和电容以及555组成单谐振荡器，和74ls192相连，根据74ls247的功能，分别将两片74ls247连接到两片74ls192的相应端，然后将共阳极数码管两枚分别于两片74ls247相连，中间加100欧电阻，先在草稿纸上绘制实现功能的草图，经过反复的修改论证，以期达到最理想的状态。然后用multism软件根据原先绘制的电路图绘制各单元的相应逻辑电路图，进行仿真。
3.用multism软件根据原先绘制的电路图绘制各单元的相应逻辑电路图后，进行仿真，期间可能会出现不能正常实现原先所设定的功能，但经过思考与修改，设计出能正常实现所要求的功能的电路图，用multism进行仿真，得出所要的结果。在各单元电路设计的基础上，用multism软件把各单元电路连接起来，绘制出符合软件要求的系统整体逻辑电路图。系统整体电路设计完成后，对系统整体进行仿真，验证设计的正确性。
五、结论
针对学校实验设备配置和学生实际情况，并通过基于multisim虚拟课程设计教学方法，使学生对数电这门课有了更深的了解，锻炼了学生的动手操作能力，以及把所学知识运用到实际的生活当中去的能力，并进一步增强学自主性，充分激发和挖崛学生创新潜力。
参考文献：
[1]杨庆,来国红,孙玲姣.基于Protues的任意N进制计数器的设计与仿真[J].山西电子技术,2009,6
[2]薛迎春.Protel仿真功能与Multisim仿真功能的比较[J].广西轻工业,2009,11
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