數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課堂教學(xué)中引入proteus虛擬仿真技術(shù)的研究

譚偉付

摘要：《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是一門應(yīng)用型本科電氣信息類及其重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，而傳統(tǒng)的教學(xué)方法是比較枯燥無味的，且教師在教學(xué)過程中生搬硬套。本文結(jié)合自身的實踐教學(xué)經(jīng)驗，在教學(xué)過程中引入proteus虛擬仿真技術(shù)。并且通過案例分析， 表明在課堂教學(xué)中proteus技術(shù)具有非常好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：proteus；數(shù)字電子技術(shù)；同步加計數(shù)器

1傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的問題

1.1課堂教學(xué)中過多重視理論課

數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)作為一門應(yīng)用型本科電氣信息類專業(yè)及其重要的基礎(chǔ)課，而多數(shù)教師選用的教材是重視理論性和系統(tǒng)性，在講解過程中過分強調(diào)基本原理和定律，這樣會使得學(xué)生感到枯燥無味，對課程失去學(xué)習(xí)的興趣。而且，在教學(xué)過程中也是填鴨式給同學(xué)們灌輸課本上的理論知識，理論講得太多也就顯得無趣。

1.2 理論課和實驗課不能很好的聯(lián)系

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過程中，教師習(xí)慣把理論課和實驗課分開上，而學(xué)生總會是上完理論課再去上實驗課，而這個間隔時間會很久，這就導(dǎo)致學(xué)生忘記大部分的理論知識，在他們做實驗時就會對實驗器材束手無策，也就不能很好的驗證理論所學(xué)， 起不到理論與實踐相結(jié)合的作用，學(xué)習(xí)效果就會大大降低。

另外，在傳統(tǒng)的數(shù)字電路實踐講授過程當(dāng)中，主要利用實驗箱來搭接各種小、中規(guī)模數(shù)字集成電路，來完成教師指定的某一功能電路，但是實驗室提供的元器件種類畢竟有限，因此電路實踐方案不夠靈活。由于元器件重復(fù)的使用，連線的可靠性就會變差，在實驗過程中就容易產(chǎn)生接觸不良，而元器件、線之間相互干擾而難以調(diào)試等問題。

2 Proteus融入數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)

Proteus軟件是英國LabCenter公司推出的虛擬仿真技術(shù)的EDA工具軟件， 其很好地解決了數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的電路仿真問題，可以在沒有實際硬件的條件下，利用個人電腦實現(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)的仿真，仿真結(jié)果可以直接應(yīng)用于真實的設(shè)計，大大地提高了數(shù)字電子系統(tǒng)的設(shè)計效率，同時也使得數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用開發(fā)過程變得容易和便捷。

2.1引入Proteus的教學(xué)內(nèi)容更加形象直觀

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是一門理論性極強的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)過程中會經(jīng)常遇到一些難以用語言和板書描述的過程。教學(xué)過程中引入Proteus虛擬仿真技術(shù)，在教室里面就可以演示電路的動態(tài)過程，Proteus虛擬仿真技術(shù)不僅可將許多數(shù)字電子技術(shù)實例運行過程形象化，也可將許多例子功能圖像圖形形象化。

2.2 Proteus給實施實踐教學(xué)提供了便利

傳統(tǒng)實驗室多數(shù)是電子元器件等實物，而利用 Proteus 虛擬仿真技術(shù)組建的虛擬仿真實驗室，就不受實驗設(shè)備、檢測儀器、元器件材料等傳統(tǒng)實驗條件的限制，教師在組織與管理實踐教學(xué)過程中就更加便利。利用 Proteus原理圖設(shè)計模塊可完成數(shù)字電路中原理圖的電路設(shè)計和模擬仿真。模擬真實電路板在通電后工作狀況，也可加入虛擬儀器檢測電路的各個信號。Proteus具有齊全的元件庫，經(jīng)常使用的數(shù)字電路元件庫有TTL74 系列、CMOS4000 系列、D/A和A/D轉(zhuǎn)換器、嵌入式可編程邏輯器件、 顯示器件等。與此同時，Proteus虛擬仿真軟件還提供各種虛擬儀器，例如各種電流電壓測量儀表、信號發(fā)生器、示波器、邏輯分析儀等。

2.3 Proteus數(shù)字電路仿真增加了設(shè)計性實驗

傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)實驗多數(shù)在實驗箱上操作，其制約因素是實驗時間、實驗室設(shè)備配置、元器件準備等，這就導(dǎo)致了往往一個班的學(xué)生只能做相同的驗證性實驗。但是利用Proteus仿真軟件構(gòu)建的虛擬實驗室，學(xué)生可以嘗試做更多的設(shè)計性虛擬仿真實驗。可以針對同一個項目可以采用更多的實現(xiàn)方法，以此來培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)力、創(chuàng)造力。

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

以教學(xué)項目“利用74HC161設(shè)計十進制的同步加計算器”為例。

3.1 電路模型分析

該教學(xué)項目的目標是“設(shè)計一個十進制的同步加計算器”。該電路模型主要由計數(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 74LS161、74LS400、電阻及發(fā)光二極管LED等。

3.2元件的選取

雙擊打開Proteus 虛擬仿真軟件，在其環(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(yīng)的“Pick Devices”對話框，選擇出所需器件，雙擊將其放入元件列表中。

3.3繪制原理圖

在DEVICES窗口中單擊選擇需要的元件，把鼠標移回原理圖編輯窗中，該元器件就會出現(xiàn)在編輯窗中，同理也可以放置其它各元件。接著采用直接連線或者網(wǎng)絡(luò)標記的方式完成元器件之間的連線。原理圖如圖1所示。

3.4電路仿真與調(diào)試

按下仿真啟動按鈕，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。從LED可以看到，系統(tǒng)從0000開始記數(shù)，當(dāng)記滿10個脈沖后又變成了0000，這樣就完成了一個十進制的同步加記數(shù)器的設(shè)計。如果需要設(shè)計其它進制的同步加計算器，只需要修改Q0、Q1、Q2、Q3的輸出端就可以了。

4 小結(jié)

Protuse虛擬仿真技術(shù)作為一種輔助教學(xué)手段，其融入《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)和實踐過程中，使得整個教學(xué)過程更加生動、易懂，也提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為學(xué)生更好地完成數(shù)字電路的設(shè)計與分析創(chuàng)造了條件，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維、實踐應(yīng)用能力。

參考文獻：

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[2]張雪娟，宣樂飛.Protues軟件在實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].計算機時代，2010endprint