PROTEUS仿真軟件在《數字電子技術》課程教學中的應用

佘新平 (長江大學電子信息學院，湖北 荊州 434023)

PROTEUS仿真軟件在《數字電子技術》課程教學中的應用

佘新平 (長江大學電子信息學院，湖北 荊州 434023)

介紹了PROTEUS仿真軟件的基本功能和特點，并結合教學實踐探討了PROTEUS仿真軟件在《數字電子技術》課程的理論與實驗教學中的應用。結果表明，在《數字電子技術》的不同教學環節中引入PROTEUS仿真軟件，能夠激發學生的學習興趣，可以為提高《數字電子技術》課程教學質量提供幫助。

PROTEUS仿真軟件；《數字電子技術》；理論教學；實驗教學

《數字電子技術》是高校電類專業和部分非電類專業的基礎課程，對學生學習后續課程具有十分重要的作用。為了提高教學質量，筆者將PROTEUS仿真軟件引入到該課程的理論與實驗教學中。

1 PROTEUS仿真軟件概述

PROTEUS嵌入式系統仿真與開發平臺由英國Labcenter Electronics公司開發，是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統設計與仿真平臺[1]。作為一款先進的EDA工具軟件，其具有如下特點：包含ISIS.EXE(電路原理圖設計、電路原理仿真)和ARES.EXE(印刷電路版設計)2個主要程序，可以實現對分立元件進行仿真，還可對電路原理進行仿真；利用箭頭和顏色表示電流的方向與大小，并且對多種帶CPU的可編程邏輯器件進行仿真；不僅可做電路原理、模擬電路、數字電路實驗，也可做單片機與接口等綜合系統的仿真實驗。此外，PROTEUS電路原理圖設計中，電路激勵源、虛擬儀器(示波器、信號源等)、圖表以及直接布置在線路上的探針一起出現在電路中，能夠幫助完成電路的仿真和測試，方便分析和修改電路設計。同時，電路設計具有友好的人機交互界面，而且設計功能強大，使用方便，易于上手。

2 PROTEUS仿真軟件在理論教學中的應用

《數字電子技術》課程實踐性強，應用廣泛[2]。在課堂教學過程中，適時地利用PROTEUS軟件對一些理論知識點進行仿真演示，可以幫助學生較快地理解和掌握那些用傳統的教學手段難以表現的內容，由此激發學生的學習興趣，提高課堂教學效果。下面以數字器件的仿真演示為例加以說明。

圖1 74LS373與74LS374仿真圖

圖2 74LS373與74LS374在相同輸入信號和控制信號作用下的輸出仿真結果圖

在《數字電子技術》課程理論教學過程中，有大量的數字集成電路器件需要介紹，如編碼器、譯碼器、數據選擇器、鎖存器、計數器、存儲器等。在課堂講授時，首先簡單介紹該集成電路的引腳圖、真值表(或功能表)，讓學生大致了解該集成電路的功能，然后利用PROTEUS軟件對該器件各引腳的功能進行仿真演示，其呈現的結果一目了然，使得學生在接受理論知識后有一個非常深刻的感性認識。例如，在講授鎖存器和觸發器時，有2種易于混淆的器件74LS373和74LS374，前者為三態輸出的八D鎖存器，后者為三態輸出的八D邊沿觸發器。從功能上講，74LS373是電平觸發鎖存，即鎖存控制端LE為高電平“1”時，輸出與輸入相同，此時為“透明傳輸”，當鎖存控制端LE變為低電平“0”時，輸出保持LE由高變低之前瞬間的輸入不變，直到LE端再次變為高電平為止，此時起鎖存作用；74LS374是上升邊沿觸發鎖存，即當鎖存控制端CLK有上升邊沿到來時，其輸出保持上升邊沿前瞬間的輸入不變，直到下一個上升邊沿到來為止，此時起鎖存作用。為了使學生理解2者在功能上的區別，可以通過PROTEUS軟件進行仿真演示(見圖1)。2者在相同輸入信號和控制信號作用下的輸出結果如圖2所示(U1為輸入信號D0；U2為鎖存控制信號LE或CLK；U3為74LS373的輸出信號Q0；U4為74LS374的輸出信號Q0)。由于該仿真結果簡單直觀，學生可以很好地理解74LS373和74LS374在功能上的區別。

3 PROTEUS仿真軟件在實驗教學中的應用

在《數字電子技術》課程實驗教學中，將實驗項目分為基礎實驗、設計實驗和綜合設計實驗[3]。基礎實驗(如集成邏輯門實驗)一般采取實際操作的形式，而設計實驗和綜合設計實驗則分為理論設計、仿真和實際操作3個階段，其中仿真階段起著重要的作用。一方面，通過仿真可以對理論設計進行多次修改，驗證理論設計的正確性，從而提高理論設計的效率。另一方面，在實際操作之前，通過對設計出的電路進行仿真，可以幫助學生熟悉電路功能，提前了解電路可能出現的故障及解決辦法。下面以設計實驗“彩燈控制電路”為例加以說明。該實驗的設計要求使用集成計數器74LS161、譯碼器74LS138和門電路設計一個彩燈控制電路，且8只彩燈中只有1只燈亮，同時該亮燈可以循環移動。為此確定理論設計方案如下：用集成計數器74LS161和門電路構成八進制加計數器，據此產生000～111的八組3位二進制代碼；將該代碼作為譯碼器74LS138的輸入，其8個輸出端分別接8只彩燈即可。采用PROTEUS軟件進行仿真(見圖3)。從圖3可以看出，亮燈從上向下循環移動，通過改變計數器74LS161的時鐘信號CLK的頻率，可以改變亮燈移動的快慢；通過將74LS161的輸出端Q2Q1Q0反相后輸出到譯碼器74LS138，可以使亮燈從下向上循環移動，即改變循環移動的方向。此外，學生還可以很容易觀察到可能發生的故障現象。如當計數器74LS161的時鐘信號CLK消失時，亮燈不移動；當譯碼器74LS138得控制端信號E1、E2、E3不為1、0、0時，彩燈全滅。所有這些為下一步的實做實驗奠定了良好的基礎。

圖3 彩燈控制電路仿真結果圖

4 結 語

在《數字電子技術》課程的不同教學環節中，通過引入PROTEUS軟件的仿真，有效地延伸了實驗時間、實驗內容和實驗場所，可以激發學生的學習興趣，使學生能夠深刻理解基本理論知識，對提高《數字電子技術》課程教學質量起到了很好的促進作用。

[1]朱清慧,張風蕊，翟天嵩,等.Proteus教程—電子線路設計、制版與仿真[M].北京：清華大學出版社，2008.

[2]康華光.電子技術基礎(數字部分)(第五版)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]佘新平.數字電路設計·仿真·測試[M]. 武漢：華中科技大學出版社， 2010.

2013-08-21

佘新平(1964-)，男，碩士,副教授，現主要從事電工電子方面的教學和研究工作。

N4

A

1673-1409(2013)28-0124-03

[編輯] 李啟棟