基于Proteus的數字電子技術課程教學方法研究

宋維波 郭顯久 姜鳳嬌 曹立杰 祝開艷

【摘要】為了進一步提高數字電子技術課程教學效果，將Proteus仿真軟件應用在數字電子技術教學中。根據Proteus特點，分別從課堂教學，實驗教學，生產實踐3部分論述了Proteus在數字電子技術課程教學中的作用。通過對授課學生抽樣調查結果分析，將Proteus應用在數字電子技術教學中可以提高學生的學習興趣。

【關鍵詞】Proteus 數字電子技術 仿真

【中圖分類號】O4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）05-0023-02

伴隨著電子、計算機等行業飛速發展，使得數字電子技術的教學工作必須融入新的內容來適應這些發展。數字電子技術是一門非常重要的專業基礎課，該課程既有很強的理論性、實踐性，與實際工程緊密聯系。然而在數字電子技術課程的教學中，過去一直存在著教學方法呆板、教學手段單一、實驗資源不足等問題，達不到預期的教學效果。為解決教學中存在的問題，在教學中引入proteus仿真。

1.Proteus仿真軟件介紹

Proteus軟件是一個電子設計的教學平臺、實驗平臺和創新平臺。該軟件可以對模擬電路、數字電路、模數混合電路、單片機及外圍元器件進行系統仿真。Proteus提供了三十多個元器件庫、數千種元器件仿真模型。提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形方式實時顯示出來[1]。鑒于Proteus軟件的強大功能，將該軟件引入數字電子技術教學中。

2.Proteus在數字電子技術教學中的應用

2.1 課堂教學

以往課堂教學實物演示存在很多困難。比如：實物電路在搬運過程中很容易損壞，而且由于實物電路上的器件較小，學生很難看清電路運行情況；同時教師只能對靜止電路圖進行分析，會使學生感到枯燥，難理解，教學效果不佳[2]。在課堂教學中引入Proteus仿真后，使抽象問題變得形象化，使重點、難點易于理解。激發了學生興趣、提高了學習積極性。例如，在講解由十進制集成計數器160的同步置數、異步置零功能，兩種不同方案構成七進制計數器時，可先對“同步”與“異步”原理進行講解后，再用如下方案：

方案1：利用異步置零。

①取D3D2D1D0 = 0000；②狀態函數二進制代碼S7=0111；③反饋置零函數■= ■。如圖1 (a)所示。

方案2：利用同步置數。

①取D3D2D1D0 = 0000；②狀態函數二進制代碼S7-1=0110；③反饋置數函數■= ■。如圖1 (b)所示。

圖1 集成計數器160構成七進制計數器

利用proteus進行生動和直觀的實例，從圖1中可以清楚的看到，在同一個項目中可以同時運行上述兩種不同的方法，并且直接得到相同的計數狀態為0～6共7個狀態。

教師還可以利用Proteus的單步調試功能，分析電路的運行過程，同時Proteus在運行過程中，每個元器件的引腳端，分別用紅色、藍色指示出高、低電平的變化，直觀的顯示出系統的運行情況，有助于增強學生對知識點的理解。

2.2 實驗教學

數字電子技術是一門應用實踐性很強的基礎課，理論與實踐密切結合。以往的實驗教學只是側重于驗證性，忽略了設計性、創造性。此外，設計過程中很容易造成儀器儀表設備和元器件的損壞，需要學校提供大量的資金支持。應用Proteus仿真軟件可以彌補硬件環境下實驗教學的不足，提高實驗教學的效果。

例如：講解10線-4線優先編碼器74LS147，邏輯功能如圖2所示。可以將10個低電平輸入信號轉換成BCD碼的反碼輸出，允許同時輸入多個編碼信號，并只對其中優先權最高的信號進行編碼輸出的邏輯電路。被編信號優先級別從高到低依次為：I9、I8、I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0。當I9=0時，不論其他Ii為高電平1，還是低電平0，電路只對 I9 進行編碼，輸出Y3Y2Y1Y0 =0110，為反碼，其原碼為1001。因為七段譯碼器74LS47的輸入是以高電平為有效輸入信號的BCD碼，因此用反相器74LS04連接二者，通過數碼管輸出顯示。仿真效果如圖3所示。實驗教學中使用仿真與實際電路演示相結合的方法，提高了實驗教學效果。

2.3 生產實習環節

Proteus不僅可以實現高級原理圖設計、混合模式SPICE仿真，其中的ARES部分還可以進行PCB(Printed Circuit Board)系統特性設計。例如：以利用555集成定時器制作模擬救護車鈴聲系統為例，學生對老師布置的設計要求，先進行理論研究、仿真調試，如圖4所示；再按照印制電路板(PCB)流程設計，以此來實現一個完整的電子系統設計。3D效果圖及PCB版圖分別如圖5(a)、(b)所示。通過原理圖設計階段優化整個電路性能，這樣就無須多次購買元器件焊接測試，節省了設計時間與經費，提高了設計效果和質量。通過完整的設計過程，使學生對電子系統的產品化過程有更深刻的理解，也對以后的就業起到積極作用。

3.proteus仿真教學方法效果分析

為了推進和深化數字電子技術課程的教學改革，培養適應社會需求的高素質的人才；完善教學內容、方法、手段、以及提高教師的教學及專業水平，統計對本校電子信息工程學院三、四年級學習過數字電子技術課程的學生進行了一次教學情況抽樣調查。其中四年級學生采用傳統教學方法，三年級學生采用Proteus仿真輔助教學方法。

從本次抽樣調查的學生總體中，兩個年級各回收有效問卷220份。此次調查，主要針對學生對數字電子技術課程的學習興趣，分析結果如圖6所示。經分析，三年級與四年級相比：很喜歡、喜歡的人數分別高出10%和8.2%。數據顯示，通過采用proteus仿真輔助教學方法可以提高學生的學習興趣。這給數字電子技術的教學改革提供了方向。

4.結束語

數字電子技術課程中引入Proteus仿真的教學方法可以使學生在學習過程中具有明確的目標，激發學生的學習興趣，通過仿真可實現比較復雜的設計任務，有效的提高學習的主動性和創造性。但是引入Proteus仿真教學只是提高教學質量的一種輔助方法，同時還要求任課教師加強業務學習，提倡互動式教學，活躍課堂氣氛，加強教學管理，樹立良好的學風。

參考文獻:

[1]周潤景，張麗娜.基于PROTEUS的電路及單片機系統設計與仿真[M].北京:北京航空航天大學出版社，2006.

[2]張興初.淺談基于Protues實例的模擬電子技術教學設計[J] 中國現代教育裝備.2010，(7):96-97.

[3]周靈彬，張靖武.proteus的單片機教學與應用仿真[J].單片機與嵌入式系統應用.2008，(1):76-79.

[4]楊志忠.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2010.