仿真軟件在《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學中的應(yīng)用

摘 要： 在此針對當前《數(shù)字電子技術(shù)》課程的教學現(xiàn)狀以及存在的問題，通過實例詳細介紹了Proteus仿真軟件在《數(shù)字電子技術(shù)》教學過程中的應(yīng)用。不僅增強了教學的直觀性、生動性，激發(fā)了學生的學習興趣，也有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維，更好地落實因材施教，提高課堂教學的效率和質(zhì)量，為《數(shù)字電子技術(shù)》課程的教學提供了一種新的嘗試。

關(guān)鍵字： 數(shù)字電路； Proteus； 仿真軟件； 課程教學

中圖分類號： TN919?34； TP391 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）20?0045?02

0 引 言

《數(shù)字電子技術(shù)》課程作為一門傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對提高學生深刻認識數(shù)字電子技術(shù)基本理論、基本方法，加深對數(shù)字電子技術(shù)在工程實踐中重要性的感性認識具有重要的作用，并為學習專業(yè)課程打下基礎(chǔ)。該課程的理論性和實踐性均很強，傳統(tǒng)的教學方法：先講基礎(chǔ)理論，然后做實驗驗證。這種形式的教學方法培養(yǎng)的學生不會運用所學知識解決實際問題，更談不上創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，而且抽象的理論、驗證性的實驗根本無法激起學生的學習興趣[1]。

Proteus軟件是由英國Lab Center Electronic公司開發(fā)的運行于Windows操作系統(tǒng)上的電子設(shè)計與仿真開發(fā)平臺，可以仿真、分析各種器件和電路，配備了示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等各種虛擬儀器，并提供了大量的應(yīng)用實例，是一個功能十分強大的仿真軟件[2]。將Proteus仿真軟件引入《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學，不僅可以使抽象的理論形象化，同時在理論講解的過程中引入現(xiàn)實生活的實例，不僅激發(fā)了學生的學習興趣，也能提高教學效率。

1 軟件介紹

Proteus軟件從1989年問世至今已有20多年的歷史，在全球得到廣泛的應(yīng)用。它是由英國Lab Center Electronic公司開發(fā)的EDA工具軟件，除具有和其他EDA工具軟件一樣的原理編輯、印制電路板制作外，還具有交互式的仿真功能。它不僅是模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路的設(shè)計與仿真平臺，更是目前世界上最先進、最完整的多種型號微處理器系統(tǒng)的設(shè)計與仿真平臺，真正實現(xiàn)了在計算機中完成電路原理圖設(shè)計、電路分析與仿真、微處理器程序設(shè)計與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證到形成印制電路板的完整電子設(shè)計、研發(fā)過程[3]。

Proteus軟件是由ISIS（Intelligent Schematic Input System）和ARES（Advanced Routing and Editing Software）兩個軟件構(gòu)成，其中ISIS是一款智能電路原理圖輸入系統(tǒng)軟件，可作為電子系統(tǒng)仿真平臺；ARES是一款高級布線編輯軟件，用于制作印制電路板（PCB）[4]。

2 應(yīng)用實例

2.1 現(xiàn)實生活實例

2.1.1 交通信號燈監(jiān)測系統(tǒng)

十字路口交通信號燈對于維護交通秩序起的至關(guān)重要的作用。利用所學門電路可以設(shè)計一個監(jiān)視交通信號燈工作狀態(tài)的邏輯電路。每一組信號燈由紅、黃、綠三盞燈組成，正常工作情況下，任何時刻必有一盞燈亮，而且只允許有一盞燈亮。其他情況出現(xiàn)，電路發(fā)生故障，這時要求發(fā)出故障信號，提醒維護人員修理。仿真結(jié)果如圖1所示[5]。

2.1.2 搶答器

利用觸發(fā)器的記憶功能，可以設(shè)計一個3人搶答電路。3人A，B，C各控制一個按鍵開關(guān)KA，KB，KC和一個發(fā)光二極管DA，DB，DC。誰先按下開關(guān)，誰的發(fā)光二極管亮，同時使其他人的搶答信號無效。仿真結(jié)果如圖2所示[6]。

2.2 教學重、難點內(nèi)容

2.2.1 觸發(fā)器

在《數(shù)字電子技術(shù)》課程中，最難理解的內(nèi)容莫過于觸發(fā)器。觸發(fā)器電路是在基本門電路的基礎(chǔ)上增加了反饋回路，從而使得電路的分析、理解變得困難。利用Proteus軟件能夠?qū)⑤斎胄盘柕淖兓瘜τ谳敵龅挠绊懚贾庇^的顯示出來，從而使得觸發(fā)器電路的分析不再復雜、難于理解。仿真結(jié)果如圖3所示[7]。

2.2.2 集成計數(shù)器構(gòu)成任意進制計數(shù)器

集成計數(shù)器構(gòu)成任意進制計數(shù)器是《數(shù)字電子技術(shù)》課程的重點也是難點。集成計數(shù)器構(gòu)成任意進制計數(shù)器有兩種方法：反饋清零法和反饋置數(shù)法。而這兩種方法的關(guān)鍵是看集成芯片的清零或者置數(shù)方式是同步還是異步[8]。傳統(tǒng)的教學方式讓學生很難理解同步方式和異步方式有何區(qū)別。有了Proteus仿真軟件，就可直觀地將同步方式和異步方式構(gòu)成任意進制計數(shù)器顯示到屏幕上，既易于學生理解，又能調(diào)動學生自主學習的積極性，激發(fā)學生的學習興趣，使得課程教學不再那么呆板。圖4所示用74161和74163兩個芯片采用反饋清零法分別構(gòu)成計數(shù)器，其中74161是異步清零，74163是同步清零，采用相同的反饋數(shù)。通過Proteus仿真軟件可以觀察出，74161構(gòu)成的是6進制計數(shù)器，而74163構(gòu)成的是7進制計數(shù)器。利用Proteus仿真軟件將兩種清零方式所構(gòu)成的計數(shù)器進行對比，便于學生理解掌握。

3 結(jié) 語

Proteus仿真軟件在《數(shù)字電子技術(shù)》教學過程中的應(yīng)用，解決了該課程抽象、單調(diào)、與實際脫節(jié)的問題，增強了教學的直觀性、生動性，不僅提高學生的學習興趣，也有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維。只要將軟件安裝到電腦上，即可充分發(fā)揮自己的想象力，研究出不同的電路設(shè)計方案。同時也有利于增加師生交流機會，使得教學氛圍更加生動活潑，更好地落實因材施教，提高課堂教學的效率和質(zhì)量[9]。

參考文獻

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[5] 張克農(nóng)，寧改娣.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].2版.北京：高等教育出版社，2010.

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[7] 陶洪，錢馳波.仿真軟件Proteus在《數(shù)子電路應(yīng)用》課程教學中的應(yīng)用[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學院學報，2009，8（1）：12?14.

[8] 秦曾煌，姜三勇.電工學[M].7版.北京：高等教育出版社，2009.

[9] 楊晶晶，慕曉剛，劉巖.Proteus和Keil聯(lián)調(diào)在單片機課程教學中的應(yīng)用[C].電子電氣課程報告論壇論文集，2010.