仿真軟件在數(shù)字電路教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要:EWB是專門用于電子線路仿真的虛擬電子工作平臺(tái)，該軟件可以對(duì)各種數(shù)字邏輯電路、模擬電路和混合電路進(jìn)行仿真，可以減少實(shí)際電路調(diào)試中器件損耗，使學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及過(guò)程更了解，更明確;縮短了實(shí)際電路的調(diào)試時(shí)間，提高了效率，增強(qiáng)了實(shí)訓(xùn)效果，同時(shí)也使學(xué)生對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)能更好地掌握。

關(guān)鍵詞:仿真軟件數(shù)字電路教學(xué)應(yīng)用

中圖分類號(hào):G420文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)08(a)-0158-01

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

在數(shù)字電路教學(xué)中，我校采用邊教邊練的教學(xué)模式，就是一次合班課講授理論方面的內(nèi)容，一次分班課進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)，來(lái)對(duì)所學(xué)的理論方面的內(nèi)容消化吸收，并且擴(kuò)展到應(yīng)用層面，以這種方式增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，減少學(xué)習(xí)的枯燥感。分班實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)，主要用兩種方式:一是在機(jī)房用計(jì)算機(jī)通過(guò)EWB軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。這種方式不僅可以彌補(bǔ)課堂教學(xué)的儀器缺乏問(wèn)題，還解決了材料損耗、損壞等不利因素。二是在仿真實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)上，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際電路操作。畢竟仿真代替不了實(shí)際操作，但仿真確實(shí)能提高實(shí)際操作的訓(xùn)練效果。下面以寄存器和移位寄存器為例，介紹仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際操作是如何結(jié)合在一起，來(lái)提高教學(xué)效果的。

1 寄存器電路設(shè)計(jì)和仿真

1.1 電路設(shè)計(jì)基本原理

將移位寄存器首尾相連，構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器。環(huán)形計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)是:有效循環(huán)中的每個(gè)狀態(tài)只包含一個(gè)1(或一個(gè)0)，表示不同狀態(tài)時(shí)不需要譯碼，但狀態(tài)利用率低。

若令D0=Qn-1，就構(gòu)成扭環(huán)形計(jì)數(shù)器。扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)是:電路在每次轉(zhuǎn)換時(shí)，只有一個(gè)觸發(fā)器改變狀態(tài)，因而電路在譯碼時(shí)不會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，而且狀態(tài)利用率比較高。

以上兩種接法的移位寄存器計(jì)數(shù)器均不能自啟動(dòng)，工作前需要對(duì)電路進(jìn)行置數(shù)。為使計(jì)數(shù)器能夠自啟動(dòng)，需要在計(jì)數(shù)器輸入、輸出間加上適當(dāng)?shù)姆答侂娐贰?/p>

1.2 EWB操作步驟與仿真

1)在四位移位寄存器(74LS175)的基礎(chǔ)上，令D0=Q3，就構(gòu)成四位環(huán)形計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘信號(hào)有時(shí)鐘信號(hào)源提供，頻率取1Hz。電路輸出接邏輯探針，Space開(kāi)關(guān)為電路啟動(dòng)時(shí)置數(shù)。2)在連續(xù)脈沖的作用下，觀察輸出狀態(tài)的變化。再對(duì)F0觸發(fā)器置1，然后消除置1信號(hào)，在連續(xù)脈沖的作用下，觀察輸出狀態(tài)的變化。3)將計(jì)數(shù)器改為能夠自啟動(dòng)的環(huán)形計(jì)數(shù)器。電路中D0=Q2Q1Q0。4)打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，直接在連續(xù)脈沖的作用下，觀察環(huán)形計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)的變化。5)在四位環(huán)形計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上，令D0=Q3，就構(gòu)成四位扭環(huán)形計(jì)數(shù)器。6)打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，直接在連續(xù)脈沖的作用下，觀察輸出狀態(tài)的變化。該計(jì)數(shù)器是不能夠自啟動(dòng)的。如果計(jì)數(shù)器進(jìn)入某種無(wú)效狀態(tài)，將不會(huì)再進(jìn)入有效循環(huán)。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1)環(huán)形計(jì)數(shù)器狀態(tài)的變化規(guī)律是1000，0100，0010，0001，再返回1000循環(huán)。能夠自啟動(dòng)的環(huán)形計(jì)數(shù)器在工作前不需要對(duì)計(jì)數(shù)器置數(shù)。2)扭環(huán)形計(jì)數(shù)器狀態(tài)的變化規(guī)律是0000，1000，1100，1110，1111，0111，0011，0001，再返回0000循環(huán)。

2 硬件電路實(shí)驗(yàn)調(diào)試

2.1 環(huán)形計(jì)數(shù)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(xù)的時(shí)鐘脈沖，觀察并記錄Q0～Q3的循環(huán)狀態(tài)，并驗(yàn)證該電路能否自啟動(dòng)。

2.2 扭環(huán)形計(jì)數(shù)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(xù)的時(shí)鐘脈沖，觀察并記錄Q0～Q3的循環(huán)狀態(tài)，并驗(yàn)證該電路能否自啟動(dòng)。

根據(jù)上面的仿真結(jié)果與硬件調(diào)試的結(jié)果對(duì)比，證明結(jié)果是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合的。

通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生了解了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，認(rèn)清了難點(diǎn)和重點(diǎn)，也減少了由于線路接錯(cuò)而造成的器件損耗，減少了實(shí)際硬件調(diào)試所用的時(shí)間。操作人員頭腦更清晰，目的更明確，大大提高了數(shù)字電路教學(xué)的效率，從而提高學(xué)生的綜合分析能力、排除故障能力和開(kāi)發(fā)創(chuàng)新能力。

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