基于Multisim和FPGA的數字電路課程教學改革與研究

【摘要】隨著科技的發展，電子設計自動化技術（EDA）技術越來越成熟，不斷走進數字電路課堂中，然而數字電路課程內容復雜，理論知識抽象，學生在理解學習過程中存在很多困難，所以必須要對數字電路課程實施教學改革。本文提出將Multisim和FPGA仿真軟件引入到數字電路課堂中進行實例仿真和課程教學，將FPGA軟件引入到數字電路課程中，能夠幫助學生更好更快的掌握數字電路芯片內部的電路設計過程，通過復雜抽象的理論知識與仿真技術有機的結合起來，以更加直觀具體、形象生動的方式展現出來，這樣能夠大大提高教學效果，培養學生的獨立創造能力，增加學生自主學習的積極性。

【關鍵詞】數字電路 Multisim仿真 FPGA仿真 課程教學改革

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）36-0026-02

在電子信息類專業，數字電路是學生必須要涉及到學習到的基礎課程。數字電路課程由于理論性極強，所以內容往往比較抽象，而數字電路課程包含大量的內容，如果教師在上課時對每個知識點都有細致的劃分和講解，那么僅僅依靠每學期的課時根本無法完成授課任務，所以教師在每堂數字電路課都會講解大量的內容，而抽象的理論知識，繁瑣的器件構造以及復雜的使用過程都使得學生的吸收學習變得極為困難。很多信息類專業的學生無法真正掌握數字電路課程的重點和使用過程，只是將學到的內容不斷堆砌起來。

本文對基于Multisim和FPGA的數字電路課程教學改革進行研究，分別分析了利用Multisim仿真和FPGA仿真進行的課程改革過程。通過本文的分析可以發現利用Multisim和FPGA仿真軟件輔助電路設計，可以大大提高電路設計的成功概率，更重要的是能夠培養學生自主創新設計電路的能力，提升分析問題、解決問題的水平[1]。

一、基于Multisim的數字電路課程教學改革與研究

隨著科技的發展，各種技術都不斷成熟，電子設計自動化技術（EDA）也愈加完善，走進電子信息類專業學生的課堂中，成為學生必須要掌握的技能之一。電子設計自動化技術在教學中引入Multisim和Proteus等電子設計自動化仿真軟件演示電子器件的使用過程和功能，幫助電子設計自動化技術更好的融入課堂，同時可以很好地激發學生的學習積極性，培養學生的發散性思維和創造能力。

數字電路包含的零件結構復雜，包括計數器、非門、門電路、定時器、組合邏輯電路、D觸發器、時序邏輯電路、BCD譯碼器、顯示器、精密電位器、寄存器、數碼管、AD/DA轉換器等等。這些零件在使用過程會涉及到大量的數據，因此必須要提供豐富的元件數據庫，Multisim仿真軟件能夠做到這一點，它不僅僅能夠為電子電路仿真提供數據資源，同時還能提供各種各樣的仿真儀器（示波器、分析儀、萬用表等）。Multisim的提出和使用已有多年歷史，是Windows中最基礎的仿真軟件，仿真分析能力也已經相當完善，能夠將電路原理以圖像的方式完整的輸入進電腦。將Multisim仿真軟件引入到數字電路課堂上，能夠幫助學生更好地了解電子設計自動化技術的概念原理，更快地掌握技術的應用過程、使用方法以及注意事項等等[2]。

二、基于FPGA的數字電路課程教學改革與研究

FPGA軟件由Labcenter Electronics軟件公司研發，FPGA軟件是一種嵌入式設計平臺，具有能夠將內部數字電路、模擬電路和外部混合電路連接起來的功能，連接過程能夠有效實現電路系統仿真、軟件系統仿真以及多種處理器仿真等等，同事還能實現PCB設計功能，對EDA軟件工具進行調試和測試[3]。

將FPGA軟件引入到數字電路課程中，能夠幫助學生更好更快的掌握數字電路芯片內部的電路設計過程，也能幫助學生更直觀地了解內部芯片（如單片機、顯示器、數碼管等）的工作原理，使學生在后續學習過程更加輕松，在自主設計電路時，能夠考慮接口的設計，擁有綜合設計能力。Multisim和FPGA仿真軟件在數字電路課程教學改革中的應用以及優勢如下表1所示[4]：

分析表1可知，將Multisim和FPGA仿真軟件引入到數字電路課程改革中能夠改善傳統教學模式內容抽象，學生理解不深入的問題，更好地培養學生的學習能力。

三、結束語

通過本文的分析可以了解到目前的數字電路課程存在很多問題，例如每學期課時不夠、課堂內容復雜抽象、教師在每堂課中講解的內容過多等等，這些都極其不利于學生的吸收學習，大大降低學生的學習效果，對數字電路課程實施教學改革已經成為迫在眉睫的任務。將Multisim和Protcus仿真軟件引入到數字電路課堂中，能夠將課堂內容更加直觀具體地展現出來，幫助學生更好地理解電路設計過程，增加學生的學習效率，提高學生的學習興趣，是對數字電路課程實施教學改革的有效方法。

參考文獻：

[1]嚴國紅，趙文來，張水英.基于Multisim和FPGA的數字電路實驗教學改革與研究[J].中國校外教育旬刊，2013（z1）.

[2]倪德克，師亞莉，朱旭花，等.EDA技術在數字電路課程設計教學改革中的探索與實踐[J].大學教育，2016（4）：118-119.

[3]楊慧晶，于斌，任明遠.基于FPGA課程的教學改革探究[J].黑龍江教育：高教研究與評估版，2014（9）：8-9.[4]楊奇，楊蓮紅，王超.基于Multisim10.0與FPGA的血型配對指示電路的設計與仿真[J].高師理科學刊，2012（5）：39-42.

基金項目：寶雞文理學院教改項目：17JGYB57

作者簡介：周新淳（1983-），男（漢族），陜西寶雞人，碩士研究生，講師，主要研究方向：通信技術、單片機及嵌入式系統研究。