Proteus仿真技術(shù)在《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學的應用

彭斐 吳敦輝 賈寧

1傳統(tǒng)教學方式存在的問題

數(shù)字電子技術(shù)是高職高專電類專業(yè)入門性質(zhì)的基礎(chǔ)課，電路分析往往建立在邏輯推導基礎(chǔ)上，通過真值表、卡諾圖、狀態(tài)圖或波形圖進行數(shù)字系統(tǒng)的分析與設計，缺乏直觀性和形象性。

傳統(tǒng)的數(shù)字電路實踐教學主要通過在實驗箱上搭接各種中、小規(guī)模數(shù)字集成電路來完成某種功能電路，往往實驗室提供的元器件種類有限，因此電路方案不夠靈活。由于元器件重復使用，連線的可靠性較差，容易產(chǎn)生接觸不良和元器件、線之間相互干擾而難以調(diào)試等問題。同時，受實驗室的規(guī)模和開放時間的限制，如果學生沒有完成實驗也無法利用課后時間繼續(xù)進行，不利于提高學生的學習積極性。

2 Proteus融入數(shù)字電子技術(shù)教學

Proteus是由Labcenter Electronics公司開發(fā)的EDA軟件，能實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路、微控制器系統(tǒng)與外設的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設計等功能 。

2.1引入Proteus的教學內(nèi)容更形象直觀

數(shù)字電子技術(shù)的理論知識較為抽象，對于一些難以用語言和板書描述的過程，可利用Proteus仿真演示動態(tài)過程，例如利用Proteus軟件很方便地按模塊進行功能的演示、原理講解、電路調(diào)試、故障分析和判斷、方案比較等，教學內(nèi)容以具體化、形象化的方式呈現(xiàn)。

2.2Proteus為實施實踐教學提供了便利

相對于傳統(tǒng)實驗室，用Proteus仿真軟件構(gòu)建的虛擬實驗室，不受實驗設備、檢測儀器、元器件材料等傳統(tǒng)實驗條件的制約，更便于實踐教學的組織與管理。

使用Proteus ISIS模塊可完成數(shù)字電路中原理圖的設計與仿真，模擬真實電路板在通電后工作情況，也可加入虛擬儀器檢測信號并輸出波形圖。Proteus仿真元件庫種類齊全，常用的數(shù)字電路元件庫有CMOS4000系列、TTL74系列、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、可編程邏輯器件、顯示器件等，同時，Proteus還提供各種虛擬儀器，例如各種測量儀表、示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。

2.3Proteus數(shù)字電路仿真促使設計性實驗比重增加

傳統(tǒng)的實驗受到實驗室設備配置、元器件準備、實驗時間等因素制約，所有學生只能做相同的驗證性實驗。有了用Proteus仿真軟件構(gòu)建的虛擬實驗室，學生可以做更多的設計性實驗，針對同一個項目可以采用更多的實現(xiàn)方法，為培養(yǎng)學生學習力、創(chuàng)造力提供了條件。

3 Proteus仿真技術(shù)融入《數(shù)字電子技術(shù)》課程應用舉例

以教學項目“八路流水燈電路的設計與仿真”為例。

3.1電路模型分析

該教學項目的任務要求是設計八路流水燈電路，使LED燈朝著一個方向輪流點亮。電路主要由脈沖信號發(fā)生器、計數(shù)器、顯示驅(qū)動及顯示電路等部分構(gòu)成。用到的元器件主要有NE555、74LS161、74LS138及LED。

3.2元件的選取

在Proteus仿真軟件環(huán)境窗口中直接單擊左側(cè)模型選擇工具欄中的圖標“ComponentMode”，再單擊器件工具列表窗口中的“P”按鈕，打開相應的“Pick Devices”對話框，篩選出所需器件，雙擊將其放入元件列表中。

3.3繪制原理圖

在元件列表中左鍵選取某元件，在原理圖編輯窗口中單擊左鍵，該元件就到原理圖編輯窗中，同樣放置其它各元件。然后，采用直接連線或者網(wǎng)絡標記的方式完成元器件之間的連線。原理圖如圖1所示。

圖1 八路流水燈電路原理圖

3.4電路仿真與調(diào)試

啟動仿真運行按鈕，觀察電路各個部分的信號以及電路功能，器件端口紅色表示高電平，藍色表示低電平。改變變阻器RV1，可修改計數(shù)器的時鐘頻率，從而使八路流水燈的運行速度發(fā)生變化。

4 小結(jié)

作為一種輔助教學手段，Proteus仿真技術(shù)融入《數(shù)字電子技術(shù)》教學過程，使得教學內(nèi)容以具體化、形象化的方式呈現(xiàn)，為學生更好地完成數(shù)字電路的設計與分析創(chuàng)造了條件，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和應用能力。

參考文獻：

[1]楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)[M].第3版.高等教育出版社，2008.

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[3]李雪梅、何光譜、張建平等.改革“電子技術(shù)課程設計”教學，培養(yǎng)“3CE”應用型創(chuàng)新人才[J].實驗技術(shù)與管理，2011，28（3）：148-150.

作者簡介：

彭斐（1979～），女，浙江杭州人，講師，碩士，研究方向：應用電子技術(shù)。

基金項目：杭州職業(yè)技術(shù)學院教育教學改革研究項目（JG201326）：EDA技術(shù)融入數(shù)字電路教學探索及實踐。