基于Multisim和FPGA的数字电路课程教学改革与研究

【摘要】随着科技的发展，电子设计自动化技术（EDA）技术越来越成熟，不断走进数字电路课堂中，然而数字电路课程内容复杂，理论知识抽象，学生在理解学习过程中存在很多困难，所以必须要对数字电路课程实施教学改革。本文提出将Multisim和FPGA仿真软件引入到数字电路课堂中进行实例仿真和课程教学，将FPGA软件引入到数字电路课程中，能够帮助学生更好更快的掌握数字电路芯片内部的电路设计过程，通过复杂抽象的理论知识与仿真技术有机的结合起来，以更加直观具体、形象生动的方式展现出来，这样能够大大提高教学效果，培养学生的独立创造能力，增加学生自主学习的积极性。

【关键词】数字电路 Multisim仿真 FPGA仿真 课程教学改革

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）36-0026-02

在电子信息类专业，数字电路是学生必须要涉及到学习到的基础课程。数字电路课程由于理论性极强，所以内容往往比较抽象，而数字电路课程包含大量的内容，如果教师在上课时对每个知识点都有细致的划分和讲解，那么仅仅依靠每学期的课时根本无法完成授课任务，所以教师在每堂数字电路课都会讲解大量的内容，而抽象的理论知识，繁琐的器件构造以及复杂的使用过程都使得学生的吸收学习变得极为困难。很多信息类专业的学生无法真正掌握数字电路课程的重点和使用过程，只是将学到的内容不断堆砌起来。

本文對基于Multisim和FPGA的数字电路课程教学改革进行研究，分别分析了利用Multisim仿真和FPGA仿真进行的课程改革过程。通过本文的分析可以发现利用Multisim和FPGA仿真软件辅助电路设计，可以大大提高电路设计的成功概率，更重要的是能够培养学生自主创新设计电路的能力，提升分析问题、解决问题的水平[1]。

一、基于Multisim的数字电路课程教学改革与研究

随着科技的发展，各种技术都不断成熟，电子设计自动化技术（EDA）也愈加完善，走进电子信息类专业学生的课堂中，成为学生必须要掌握的技能之一。电子设计自动化技术在教学中引入Multisim和Proteus等电子设计自动化仿真软件演示电子器件的使用过程和功能，帮助电子设计自动化技术更好的融入课堂，同时可以很好地激发学生的学习积极性，培养学生的发散性思维和创造能力。

数字电路包含的零件结构复杂，包括计数器、非门、门电路、定时器、组合逻辑电路、D触发器、时序逻辑电路、BCD译码器、显示器、精密电位器、寄存器、数码管、AD/DA转换器等等。这些零件在使用过程会涉及到大量的数据，因此必须要提供丰富的元件数据库，Multisim仿真软件能够做到这一点，它不仅仅能够为电子电路仿真提供数据资源，同时还能提供各种各样的仿真仪器（示波器、分析仪、万用表等）。Multisim的提出和使用已有多年历史，是Windows中最基础的仿真软件，仿真分析能力也已经相当完善，能够将电路原理以图像的方式完整的输入进电脑。将Multisim仿真软件引入到数字电路课堂上，能够帮助学生更好地了解电子设计自动化技术的概念原理，更快地掌握技术的应用过程、使用方法以及注意事项等等[2]。

二、基于FPGA的数字电路课程教学改革与研究

FPGA软件由Labcenter Electronics软件公司研发，FPGA软件是一种嵌入式设计平台，具有能够将内部数字电路、模拟电路和外部混合电路连接起来的功能，连接过程能够有效实现电路系统仿真、软件系统仿真以及多种处理器仿真等等，同事还能实现PCB设计功能，对EDA软件工具进行调试和测试[3]。

将FPGA软件引入到数字电路课程中，能够帮助学生更好更快的掌握数字电路芯片内部的电路设计过程，也能帮助学生更直观地了解内部芯片（如单片机、显示器、数码管等）的工作原理，使学生在后续学习过程更加轻松，在自主设计电路时，能够考虑接口的设计，拥有综合设计能力。Multisim和FPGA仿真软件在数字电路课程教学改革中的应用以及优势如下表1所示[4]：

分析表1可知，将Multisim和FPGA仿真软件引入到数字电路课程改革中能够改善传统教学模式内容抽象，学生理解不深入的问题，更好地培养学生的学习能力。

三、结束语

通过本文的分析可以了解到目前的数字电路课程存在很多问题，例如每学期课时不够、课堂内容复杂抽象、教师在每堂课中讲解的内容过多等等，这些都极其不利于学生的吸收学习，大大降低学生的学习效果，对数字电路课程实施教学改革已经成为迫在眉睫的任务。将Multisim和Protcus仿真软件引入到数字电路课堂中，能够将课堂内容更加直观具体地展现出来，帮助学生更好地理解电路设计过程，增加学生的学习效率，提高学生的学习兴趣，是对数字电路课程实施教学改革的有效方法。

参考文献：

[1]严国红，赵文来，张水英.基于Multisim和FPGA的数字电路实验教学改革与研究[J].中国校外教育旬刊，2013（z1）.

[2]倪德克，师亚莉，朱旭花，等.EDA技术在数字电路课程设计教学改革中的探索与实践[J].大学教育，2016（4）：118-119.

[3]杨慧晶，于斌，任明远.基于FPGA课程的教学改革探究[J].黑龙江教育：高教研究与评估版，2014（9）：8-9.[4]杨奇，杨莲红，王超.基于Multisim10.0与FPGA的血型配对指示电路的设计与仿真[J].高师理科学刊，2012（5）：39-42.

基金项目：宝鸡文理学院教改项目：17JGYB57

作者简介：周新淳（1983-），男（汉族），陕西宝鸡人，硕士研究生，讲师，主要研究方向：通信技术、单片机及嵌入式系统研究。