EDA軟件在《數字電子技術基礎》課程教學中的應用

魯世斌 樊敏 楊金 張量

摘要：本文討論了Proteus仿真軟件在《數字電子技術基礎》課程教學中的應用。通過具體案例仿真分析，可以將理論知識與實踐結合起來，并對自行開發的《數字電子技術基礎》教學案例的功能做了介紹。通過充分運用Proteus仿真軟件和自行開發教學案例演示教學，加深了學生對知識的理解，調動了學習的主動性，提高了課堂教學效果。

關鍵詞：EDA;數字電子;仿真;Proteus

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）20-0153-02

開放科學（資源服務）標識碼（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

《數字電子技術基礎》是電子信息類、電氣信息類和計算機類等專業的基礎課程之一，具有較強的理論性和實踐性[1]，該課程在人才培養過程中占有重要地位。隨著電子技術和計算機技術的發展，數字電子技術的發展和應用日新月異[2]，傳統的課程教學方式已經不能夠滿足當代課堂教學要求。因此，《數字電子技術基礎》課程的教學方式亟待改革，需要通過電子設計自動化（Electronic Design Automation，簡稱 EDA ）軟件，如Multisim[3]，Proteus[4]，EWB[5]等對相關數字電路進行仿真測試[6]。利用EDA軟件和自行開發的《數字電子技術基礎》教學案例，可以將抽象的理論知識與實踐結合起來，生動形象地展現電路的工作原理，調動學生的學習積極性，鍛煉學生的動手實踐能力，培養學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、教學案例和六十進制計數器三方面來介紹相關軟件在《數字電子技術基礎》課程中的應用。

2 門電路功能測試

門電路在《數字電子技術基礎》課程的學習過程中占據重要地位，然而學生在學習《數字電子技術基礎》這門課程中，經常遇到門電路概念混淆不清的現象，導致課程后續內容學習困難，主要原因歸結于傳統的課堂授課不能形象地體現門電路的具體功能，大部分教師仍然采取純理論授課形式。因此，門電路的教學內容迫切需要通過仿真軟件來演示其相應的功能。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AB=00時，二極管D1、D2、D3均不亮，此時門電路輸出均為低電平;當AB=01或AB=10時，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AB=11時，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，能夠使學生輕松掌握門電路基礎知識，增加了學生的學習興趣，提高了《數字電子技術基礎》課程的課堂教學效果，為《數字電子技術基礎》課程后續內容學習打下堅實的基礎。

3數字電子技術基礎教學案例

課程組利用VB.net編程軟件自行開發了用于《數字電子技術基礎》課程教學的案例演示課件，具有手動演示、自動演示等功能，如圖2所示。主要包括半加器、全加器、譯碼器、移位寄存器、計數器[7]等案例內容，學生通過該案例演示軟件的學習，可以加深對《數字電子技術基礎》課程的理論知識理解，熟悉常規數字集成電路芯片在組合邏輯和時序邏輯電路中的應用，增強學生的邏輯思維能力。

圖3為7400芯片構成的半加器電路，通過對開關A、B的控制，可以觀察半加和S、進位CO的輸出情況。當開關A、B都接地時，S和CO均為低電平;當開關A接地、B接VCC時，S為高電平、CO為低電平;當開關A接VCC、B接地時，S為高電平、CO為低電平;當開關A、B都接VCC時，S為低電平、CO為高電平。通過該案例的演示，學生可以輕松掌握半加器的工作原理，為全加器和逐位進位加法器設計做準備。

4六十進制計數器

由時鐘電路（NE555）、計數器（74LS160）、譯碼器（74HC4511）和七段數碼顯示器組成的六十進制計數器電路如圖4所示。NE555芯片構成占空比[8]為50%的多諧振蕩器，產生計數器的時鐘信號。兩片74LS160芯片首先構成100進制計數器，然后通過反饋置零法構成六十進制計數器，計數器的輸出信號經過七段顯示譯碼器74HC4511譯碼后驅動共陰極數碼管。六十進制計數器仿真波形如圖5所示。根據該案例設計方法，可以讓學生組成數個興趣小組，以項目驅動方式設計一個數字時鐘，培養學生的綜合應用能力。

5總結

本文運用EDA軟件將《數字電子技術基礎》課程中抽象的知識點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點，學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果，教學效果?良好。另外介紹了VB.net開發的案例演示課件，具有手動演示、自動演示等不同功能，該案例庫包含了加法器、譯碼器、編碼器、移位寄存器、計數器等眾多案例，涵蓋了教學大綱中大部分知識點。通過案例庫的建設，知識不再是書本上艱深晦澀的知識點，能增強學生的學生興趣，學生還能學會中規模集成芯片的應用。最后，本文通過六十進制計數器，將555定時器、組合邏輯電路、時序電路和顯示電路結合起來，以項目形式展現書本知識，培養學生的工程應用能力。

參考文獻：

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[4] 佘新平.Proteus仿真軟件在《數字電子技術》課程教學中的應用[J].長江大學學報（自科版），2013，10（28）：124-126.

[5]楊方.在數字電子技術基礎教學中應用EWB仿真軟件[J].贛南師范學院學報，2012，33（3）：97-98.

[6] 魯世斌，陳軍寧，柯導明.基于OrCAD/PSpice10.5的電子電路仿真[J].電腦知識與技術，2006（08）：108-110.

[7]康華光，秦臻，張林.電子技術基礎數字部分（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2014：310-330.

[8]閻石，王紅.數字電子技術基礎（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2016：375-381.

【通聯編輯：王力】