仿真軟件在《數字電子技術》課程教學中的應用

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

關鍵字： 數字電路； 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

《數字電子技術》課程作為一門傳統的專業基礎課程，對提高學生深刻認識數字電子技術基本理論、基本方法，加深對數字電子技術在工程實踐中重要性的感性認識具有重要的作用，并為學習專業課程打下基礎。該課程的理論性和實踐性均很強，傳統的教學方法：先講基礎理論，然后做實驗驗證。這種形式的教學方法培養的學生不會運用所學知識解決實際問題，更談不上創造性思維的培養，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公司開發的運行于Windows操作系統上的電子設計與仿真開發平臺，可以仿真、分析各種器件和電路，配備了示波器、邏輯分析儀、信號發生器等各種虛擬儀器，并提供了大量的應用實例，是一個功能十分強大的仿真軟件[2]。將Proteus仿真軟件引入《數字電子技術》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實生活的實例，不僅激發了學生的學習興趣，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用。它是由英國Lab Center Electronic公司開發的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、數字電路、模/數混合電路的設計與仿真平臺，更是目前世界上最先進、最完整的多種型號微處理器系統的設計與仿真平臺，真正實現了在計算機中完成電路原理圖設計、電路分析與仿真、微處理器程序設計與仿真、系統測試與功能驗證到形成印制電路板的完整電子設計、研發過程[3]。

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

2 應用實例

2.1 現實生活實例

2.1.1 交通信號燈監測系統

十字路口交通信號燈對于維護交通秩序起的至關重要的作用。利用所學門電路可以設計一個監視交通信號燈工作狀態的邏輯電路。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，電路發生故障，這時要求發出故障信號，提醒維護人員修理。仿真結果如圖1所示[5]。

2.1.2 搶答器

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

2.2 教學重、難點內容

2.2.1 觸發器

在《數字電子技術》課程中，最難理解的內容莫過于觸發器。觸發器電路是在基本門電路的基礎上增加了反饋回路，從而使得電路的分析、理解變得困難。利用Proteus軟件能夠將輸入信號的變化對于輸出的影響都直觀的顯示出來，從而使得觸發器電路的分析不再復雜、難于理解。仿真結果如圖3所示[7]。

2.2.2 集成計數器構成任意進制計數器

集成計數器構成任意進制計數器是《數字電子技術》課程的重點也是難點。集成計數器構成任意進制計數器有兩種方法：反饋清零法和反饋置數法。而這兩種方法的關鍵是看集成芯片的清零或者置數方式是同步還是異步[8]。傳統的教學方式讓學生很難理解同步方式和異步方式有何區別。有了Proteus仿真軟件，就可直觀地將同步方式和異步方式構成任意進制計數器顯示到屏幕上，既易于學生理解，又能調動學生自主學習的積極性，激發學生的學習興趣，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成計數器，其中74161是異步清零，74163是同步清零，采用相同的反饋數。通過Proteus仿真軟件可以觀察出，74161構成的是6進制計數器，而74163構成的是7進制計數器。利用Proteus仿真軟件將兩種清零方式所構成的計數器進行對比，便于學生理解掌握。

3 結 語

Proteus仿真軟件在《數字電子技術》教學過程中的應用，解決了該課程抽象、單調、與實際脫節的問題，增強了教學的直觀性、生動性，不僅提高學生的學習興趣，也有利于培養學生的創造性思維。只要將軟件安裝到電腦上，即可充分發揮自己的想象力，研究出不同的電路設計方案。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量[9]。

參考文獻

[1] 江曉安.數字電子技術[M].2版.西安：西安電子科技大學出版社，2002.

[2] 陳海宴.51單片機原理及應用：基于Keil C與Proteus[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[3] 周靈彬.Proteus在電子技術教學中的應用[J].中北大學學報：社會科學版，2007（23）：42?45.

[4] 侯玉寶.基于Proteus的51系列單片機設計與仿真[M].北京：電子工業出版社，2008.

[5] 張克農，寧改娣.數字電子技術基礎[M].2版.北京：高等教育出版社，2010.

[6] 范愛平，周常森.數字電子技術基礎[M].北京：清華大學出版社，2008.

[7] 陶洪，錢馳波.仿真軟件Proteus在《數子電路應用》課程教學中的應用[J].常州信息職業技術學院學報，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聯調在單片機課程教學中的應用[C].電子電氣課程報告論壇論文集，2010.