EDA軟件在《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)中的應(yīng)用

魯世斌 樊敏 楊金 張量

摘要：本文討論了Proteus仿真軟件在《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)中的應(yīng)用。通過具體案例仿真分析，可以將理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來，并對自行開發(fā)的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)案例的功能做了介紹。通過充分運(yùn)用Proteus仿真軟件和自行開發(fā)教學(xué)案例演示教學(xué)，加深了學(xué)生對知識(shí)的理解，調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高了課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：EDA;數(shù)字電子;仿真;Proteus

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）20-0153-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： This paper discusses the application of Proteus simulation software in the teaching of digital electronic technology foundation. Through detailed case simulation analysis， the theoretical knowledge and practice can be combined， and the function of self-developed teaching case of digital electronic technologyfoundation is introduced. Through the full use of Proteus simulation software and self-development of teaching cases，the knowledge understanding of students is deepened， the learning initiative is mobilized， and the classroom teaching effect is improved.

Key words： EDA; digital electronics; simulation; Proteus

1引言

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是電子信息類、電氣信息類和計(jì)算機(jī)類等專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性[1]，該課程在人才培養(yǎng)過程中占有重要地位。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用日新月異[2]，傳統(tǒng)的課程教學(xué)方式已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)代課堂教學(xué)要求。因此，《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)方式亟待改革，需要通過電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation，簡稱 EDA ）軟件，如Multisim[3]，Proteus[4]，EWB[5]等對相關(guān)數(shù)字電路進(jìn)行仿真測試[6]。利用EDA軟件和自行開發(fā)的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)案例，可以將抽象的理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來，生動(dòng)形象地展現(xiàn)電路的工作原理，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。下面主要從門電路功能測試、教學(xué)案例和六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器三方面來介紹相關(guān)軟件在《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程中的應(yīng)用。

2 門電路功能測試

門電路在《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的學(xué)習(xí)過程中占據(jù)重要地位，然而學(xué)生在學(xué)習(xí)《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》這門課程中，經(jīng)常遇到門電路概念混淆不清的現(xiàn)象，導(dǎo)致課程后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)困難，主要原因歸結(jié)于傳統(tǒng)的課堂授課不能形象地體現(xiàn)門電路的具體功能，大部分教師仍然采取純理論授課形式。因此，門電路的教學(xué)內(nèi)容迫切需要通過仿真軟件來演示其相應(yīng)的功能。表1為與門、或門和異或門的功能表。

圖1為二輸入與門（74LS08）、二輸入或門（74LS32）和異或門（74LS86）的功能測試電路。當(dāng)AB=00時(shí)，二極管D1、D2、D3均不亮，此時(shí)門電路輸出均為低電平;當(dāng)AB=01或AB=10時(shí)，二極管D1不亮，D2、D3亮，因此與門輸出低電平，或門和異或門輸出高電平;當(dāng)AB=11時(shí)，二極管D1、D2亮，D3不亮，說明與門和或門輸出高電平，異或門輸出低電平。通過對圖1所示門電路功能測試，可以形象生動(dòng)地演示與門、或門和異或門三種門電路的邏輯功能，能夠使學(xué)生輕松掌握門電路基礎(chǔ)知識(shí)，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的課堂教學(xué)效果，為《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)案例

課程組利用VB.net編程軟件自行開發(fā)了用于《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)的案例演示課件，具有手動(dòng)演示、自動(dòng)演示等功能，如圖2所示。主要包括半加器、全加器、譯碼器、移位寄存器、計(jì)數(shù)器[7]等案例內(nèi)容，學(xué)生通過該案例演示軟件的學(xué)習(xí)，可以加深對《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的理論知識(shí)理解，熟悉常規(guī)數(shù)字集成電路芯片在組合邏輯和時(shí)序邏輯電路中的應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維能力。

圖3為7400芯片構(gòu)成的半加器電路，通過對開關(guān)A、B的控制，可以觀察半加和S、進(jìn)位CO的輸出情況。當(dāng)開關(guān)A、B都接地時(shí)，S和CO均為低電平;當(dāng)開關(guān)A接地、B接VCC時(shí)，S為高電平、CO為低電平;當(dāng)開關(guān)A接VCC、B接地時(shí)，S為高電平、CO為低電平;當(dāng)開關(guān)A、B都接VCC時(shí)，S為低電平、CO為高電平。通過該案例的演示，學(xué)生可以輕松掌握半加器的工作原理，為全加器和逐位進(jìn)位加法器設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。

4六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

由時(shí)鐘電路（NE555）、計(jì)數(shù)器（74LS160）、譯碼器（74HC4511）和七段數(shù)碼顯示器組成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路如圖4所示。NE555芯片構(gòu)成占空比[8]為50%的多諧振蕩器，產(chǎn)生計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)。兩片74LS160芯片首先構(gòu)成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后通過反饋置零法構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)經(jīng)過七段顯示譯碼器74HC4511譯碼后驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管。六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器仿真波形如圖5所示。根據(jù)該案例設(shè)計(jì)方法，可以讓學(xué)生組成數(shù)個(gè)興趣小組，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

5總結(jié)

本文運(yùn)用EDA軟件將《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程中抽象的知識(shí)點(diǎn)用直觀的方法來展示，列舉了如何用該方法來教授基本門電路這一較難理解的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生可以清楚地看到相同的輸入條件下，與、或、異或三種門電路不同的輸出結(jié)果，教學(xué)效果?良好。另外介紹了VB.net開發(fā)的案例演示課件，具有手動(dòng)演示、自動(dòng)演示等不同功能，該案例庫包含了加法器、譯碼器、編碼器、移位寄存器、計(jì)數(shù)器等眾多案例，涵蓋了教學(xué)大綱中大部分知識(shí)點(diǎn)。通過案例庫的建設(shè)，知識(shí)不再是書本上艱深晦澀的知識(shí)點(diǎn)，能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)生興趣，學(xué)生還能學(xué)會(huì)中規(guī)模集成芯片的應(yīng)用。最后，本文通過六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將555定時(shí)器、組合邏輯電路、時(shí)序電路和顯示電路結(jié)合起來，以項(xiàng)目形式展現(xiàn)書本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

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【通聯(lián)編輯：王力】