仿真軟件在數字電路教學中的應用

摘 要:EWB是專門用于電子線路仿真的虛擬電子工作平臺，該軟件可以對各種數字邏輯電路、模擬電路和混合電路進行仿真，可以減少實際電路調試中器件損耗，使學生對實訓內容及過程更了解，更明確;縮短了實際電路的調試時間，提高了效率，增強了實訓效果，同時也使學生對所學的理論知識能更好地掌握。

關鍵詞:仿真軟件數字電路教學應用

中圖分類號:G420文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0158-01

EWB(Electronic Workbench)是加拿大InterauctiveImage-Technologies公司于20世紀80年代末、90年代初推出的一種基于Windows操作系統的專門用于電子線路仿真的虛擬電子工作平臺。該軟件可以對各種數字邏輯電路、模擬電路和混合電路進行仿真，其特點是操作界面簡單方便，從原理圖的輸人到電路的測試都可以很方便的完成，而且虛擬的測試儀器與實物外形相似。因此EWB軟件在數字電路教學中的作用尤為突出。

在數字電路教學中，我校采用邊教邊練的教學模式，就是一次合班課講授理論方面的內容，一次分班課進行實訓教學，來對所學的理論方面的內容消化吸收，并且擴展到應用層面，以這種方式增加學生學習的興趣，減少學習的枯燥感。分班實訓教學時，主要用兩種方式:一是在機房用計算機通過EWB軟件進行仿真實驗。這種方式不僅可以彌補課堂教學的儀器缺乏問題，還解決了材料損耗、損壞等不利因素。二是在仿真實訓的基礎上，在實驗室進行實際電路操作。畢竟仿真代替不了實際操作，但仿真確實能提高實際操作的訓練效果。下面以寄存器和移位寄存器為例，介紹仿真實驗與實際操作是如何結合在一起，來提高教學效果的。

1 寄存器電路設計和仿真

1.1 電路設計基本原理

將移位寄存器首尾相連，構成環形計數器。環形計數器的特點是:有效循環中的每個狀態只包含一個1(或一個0)，表示不同狀態時不需要譯碼，但狀態利用率低。

若令D0=Qn-1，就構成扭環形計數器。扭環形計數器的特點是:電路在每次轉換時，只有一個觸發器改變狀態，因而電路在譯碼時不會出現競爭冒險現象，而且狀態利用率比較高。

以上兩種接法的移位寄存器計數器均不能自啟動，工作前需要對電路進行置數。為使計數器能夠自啟動，需要在計數器輸入、輸出間加上適當的反饋電路。

1.2 EWB操作步驟與仿真

1)在四位移位寄存器(74LS175)的基礎上，令D0=Q3，就構成四位環形計數器，時鐘信號有時鐘信號源提供，頻率取1Hz。電路輸出接邏輯探針，Space開關為電路啟動時置數。2)在連續脈沖的作用下，觀察輸出狀態的變化。再對F0觸發器置1，然后消除置1信號，在連續脈沖的作用下，觀察輸出狀態的變化。3)將計數器改為能夠自啟動的環形計數器。電路中D0=Q2Q1Q0。4)打開仿真開關，直接在連續脈沖的作用下，觀察環形計數器輸出狀態的變化。5)在四位環形計數器的基礎上，令D0=Q3，就構成四位扭環形計數器。6)打開仿真開關，直接在連續脈沖的作用下，觀察輸出狀態的變化。該計數器是不能夠自啟動的。如果計數器進入某種無效狀態，將不會再進入有效循環。

1.3 實驗結論

1)環形計數器狀態的變化規律是1000，0100，0010，0001，再返回1000循環。能夠自啟動的環形計數器在工作前不需要對計數器置數。2)扭環形計數器狀態的變化規律是0000，1000，1100，1110，1111，0111，0011，0001，再返回0000循環。

2 硬件電路實驗調試

2.1 環形計數器

使用74LS194四位雙向移位寄存器，按圖1接線，由CP端加入連續的時鐘脈沖，觀察并記錄Q0～Q3的循環狀態，并驗證該電路能否自啟動。

2.2 扭環形計數器

使用74LS194四位雙向移位寄存器，按圖2接線，由CP端加入連續的時鐘脈沖，觀察并記錄Q0～Q3的循環狀態，并驗證該電路能否自啟動。

根據上面的仿真結果與硬件調試的結果對比，證明結果是與實驗結果相符合的。

通過仿真實驗，學生了解了整個實驗的過程，認清了難點和重點，也減少了由于線路接錯而造成的器件損耗，減少了實際硬件調試所用的時間。操作人員頭腦更清晰，目的更明確，大大提高了數字電路教學的效率，從而提高學生的綜合分析能力、排除故障能力和開發創新能力。

參考文獻

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