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摘要：本文阐述了在数字电路课程教学中，运用 Proteus 仿真软件对数字电路进行仿真设计与调试的教学实例。运用该软件可以节省电子元器件的消耗，同时填补了仪器缺发的缺点，缩短了电路设计制作过程中的调试时间，教学效果得到明显改善。
关键词：Proteus仿真软件；555时基电路；D触发器；编码器；译码器
一、引言
数字电路课程设计是电子专业类脉冲与数字电路课程的一个综合运用，遵循中职“做中学、做中教，理实一体化”的指导思想，在这门课程的教学过程中，笔者采用了抢答器的设计来进行这门课程的课程设计，通过完成这个课程设计来提高学生的知识整合能力。因此，我们需要一种形式多样、色彩丰富、能满足学生动手欲望的教学方式，在教学中笔者引入了仿真技术进行教学。通过仿真，学生不仅整合了脉冲与数字电路知识，也提高了自己分析电路故障、了解电路工作原理的能力，为后续课程的学习提供了有力的保证。
二、PROTEUS仿真软件的介绍
现代计算机应用技术的高速发展，催生了多种应用于电子电路设计的仿真软件，Proteus软件就是其中很成功的一种。该仿真软件具有以下功能特点：
（一）组成。
包括ISIS、ARES 等模块，ARES 模块主要用来完成PCB的设计，而ISIS 模块用来完成电路原理图的布图与仿真。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成系统仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真等功能；带有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
（二）功能。
Protues可以实现原理图的捕获、电路分析、交互式仿真、电路板设计、仿真测试、射频分析、单片机等高级应用。我们在实际应用中，更多的是使用 Proteus ISIS 模块完成数字电路中原理图的绘制与仿真。是因为它具有以下两大功能特点：
（1）具有强大的原理图绘制功能。它有着直观的操作界面，能方便快捷调整电路参数，Proteus能模拟真实的电路板在通电后工作情况是否正常，并且可以方便快捷的修改电路设计及参数及对电路进行调试，同时可以看到修改参数后的效果。它有着丰富的元器件库、丰富的测试仪器仪表、完备的分析手段、强大的仿真能力、完美的兼容能力，Proteus 能提供数量庞大的电子元件（分立元件和集成电路、模拟和数字电路）的电路符号、仿真模型和外形封装。总之，该软件是一款集单片机和spice分析于一体的仿真软件，功能极其强大。
（2）提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态。同时支持第三方软件绘编译和调试环境，如Keil 51 uVisiin2等软件。
Proteus VSM 的核心是 ProSPICE，这种仿真系统组合了 SPICE3f5 模拟仿真器核和基于快速事件驱动的数字仿真器。它主要的特点是能把微处理器软件作用在处理器上并和连接该微处理器的任何模拟和数字器件协同仿真。SPICE 内核的使用使用户能采用 数目众多的供应厂商提供的SPICE 模型，它界面易学，在调试程序、软件仿真方面有很强大的功能。这特点针对单片机系统设计极为有利。
三、用PROTEUS仿真软件进行课程设计的应用实例
笔者在课程中引用仿真软件进行这一课程综合设计。下面以项目“四路抢答器”的 Proteus 仿真设计来进行这个课程设计。四路抢答器在PROTEUS7.8环境下设计并仿真，设计电路如图1所示。
该电路包括四个部分：振荡电路、触发锁存电路、编码电路及译码显示电路。电路由NE555、4D触发器74LS175、4个抢答按键、4输入或非门74LS20、2输入与非门74LS00、CD4532编码电路、74LS47译码显示电路、1个清零复位按键和4个发光二极管、一个共阴极数码管组成。抢答开始前，主持人按动“复位”键清零复位，作好抢答准备，抢答队员开始抢答。若“SB1”键按下，对应的指示灯LED1点亮，同时数码管显示“1”，此时，其它按键按下，均不改变显示状态，维持LED1灯亮，1队回答完问题后，开始下一题抢答前，主持人必须按动“复位”健清零。
图1四路抢答整机仿真电路图
（一）单元电路的设计及元器件的选择。
1.555振荡电路。电路如图2所示，采用一块NE555及电阻、电容来实现，它的周期由图中R10、R11以及C1的参数大小决定，它们的关系是T=0.7（R10 2R11）C。这个脉冲信号经3脚输出送到与非门7400的4脚，经6脚送到4D触发器的图2555振荡电路仿真CLK触发端。由于74LS175是D触发器，需要时钟脉冲的上升沿触发，所以电路中使用一片7400，使时序满足触发器的要求。从图2的仿真中可以看出输出信号的频率是14Hz。该设计中取R10及R11的值为1KΩ，电容C1的电容量是33μF，经计算周期大约是69ms，频率是14.4Hz，与仿真得到的数值基本一致。该电路为抢答锁存电路提供一个上升沿触发信号。
2.抢答及锁存电路。
（1）抢答准备。抢答及锁存电路采用D触发器74175、4输入与非门7420、2输入与非门7400构成。接通电源时，输入状态为零，输出显示为零，但由于触发器在电源接通瞬间，输出状态有不确定因素（由于本设计无开机复位电路），所以，在抢答前，主持人必须按一下“复位”键清零，作好抢答前的准备。在没有按下抢答按键的情况下，D触发器输入全部为零，此时无时钟脉冲信号，D触发器仍保持原“0”状态。
（2）抢答按键。四个队分别控制四个抢答按键，对某一个问题进行抢答时，其中一个队按下按键，如“SB1”键，D触发器4脚输入为“1”电平，对应输出2脚为“1”电平，而与其对应的反相输出3脚为“0”电平，为对应的指示及锁存作好了准备。
关键词：Proteus仿真软件；555时基电路；D触发器；编码器；译码器
一、引言
数字电路课程设计是电子专业类脉冲与数字电路课程的一个综合运用，遵循中职“做中学、做中教，理实一体化”的指导思想，在这门课程的教学过程中，笔者采用了抢答器的设计来进行这门课程的课程设计，通过完成这个课程设计来提高学生的知识整合能力。因此，我们需要一种形式多样、色彩丰富、能满足学生动手欲望的教学方式，在教学中笔者引入了仿真技术进行教学。通过仿真，学生不仅整合了脉冲与数字电路知识，也提高了自己分析电路故障、了解电路工作原理的能力，为后续课程的学习提供了有力的保证。
二、PROTEUS仿真软件的介绍
现代计算机应用技术的高速发展，催生了多种应用于电子电路设计的仿真软件，Proteus软件就是其中很成功的一种。该仿真软件具有以下功能特点：
（一）组成。
包括ISIS、ARES 等模块，ARES 模块主要用来完成PCB的设计，而ISIS 模块用来完成电路原理图的布图与仿真。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成系统仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真等功能；带有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
（二）功能。
Protues可以实现原理图的捕获、电路分析、交互式仿真、电路板设计、仿真测试、射频分析、单片机等高级应用。我们在实际应用中，更多的是使用 Proteus ISIS 模块完成数字电路中原理图的绘制与仿真。是因为它具有以下两大功能特点：
（1）具有强大的原理图绘制功能。它有着直观的操作界面，能方便快捷调整电路参数，Proteus能模拟真实的电路板在通电后工作情况是否正常，并且可以方便快捷的修改电路设计及参数及对电路进行调试，同时可以看到修改参数后的效果。它有着丰富的元器件库、丰富的测试仪器仪表、完备的分析手段、强大的仿真能力、完美的兼容能力，Proteus 能提供数量庞大的电子元件（分立元件和集成电路、模拟和数字电路）的电路符号、仿真模型和外形封装。总之，该软件是一款集单片机和spice分析于一体的仿真软件，功能极其强大。
（2）提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态。同时支持第三方软件绘编译和调试环境，如Keil 51 uVisiin2等软件。
Proteus VSM 的核心是 ProSPICE，这种仿真系统组合了 SPICE3f5 模拟仿真器核和基于快速事件驱动的数字仿真器。它主要的特点是能把微处理器软件作用在处理器上并和连接该微处理器的任何模拟和数字器件协同仿真。SPICE 内核的使用使用户能采用 数目众多的供应厂商提供的SPICE 模型，它界面易学，在调试程序、软件仿真方面有很强大的功能。这特点针对单片机系统设计极为有利。
三、用PROTEUS仿真软件进行课程设计的应用实例
笔者在课程中引用仿真软件进行这一课程综合设计。下面以项目“四路抢答器”的 Proteus 仿真设计来进行这个课程设计。四路抢答器在PROTEUS7.8环境下设计并仿真，设计电路如图1所示。
该电路包括四个部分：振荡电路、触发锁存电路、编码电路及译码显示电路。电路由NE555、4D触发器74LS175、4个抢答按键、4输入或非门74LS20、2输入与非门74LS00、CD4532编码电路、74LS47译码显示电路、1个清零复位按键和4个发光二极管、一个共阴极数码管组成。抢答开始前，主持人按动“复位”键清零复位，作好抢答准备，抢答队员开始抢答。若“SB1”键按下，对应的指示灯LED1点亮，同时数码管显示“1”，此时，其它按键按下，均不改变显示状态，维持LED1灯亮，1队回答完问题后，开始下一题抢答前，主持人必须按动“复位”健清零。
图1四路抢答整机仿真电路图
（一）单元电路的设计及元器件的选择。
1.555振荡电路。电路如图2所示，采用一块NE555及电阻、电容来实现，它的周期由图中R10、R11以及C1的参数大小决定，它们的关系是T=0.7（R10 2R11）C。这个脉冲信号经3脚输出送到与非门7400的4脚，经6脚送到4D触发器的图2555振荡电路仿真CLK触发端。由于74LS175是D触发器，需要时钟脉冲的上升沿触发，所以电路中使用一片7400，使时序满足触发器的要求。从图2的仿真中可以看出输出信号的频率是14Hz。该设计中取R10及R11的值为1KΩ，电容C1的电容量是33μF，经计算周期大约是69ms，频率是14.4Hz，与仿真得到的数值基本一致。该电路为抢答锁存电路提供一个上升沿触发信号。
2.抢答及锁存电路。
（1）抢答准备。抢答及锁存电路采用D触发器74175、4输入与非门7420、2输入与非门7400构成。接通电源时，输入状态为零，输出显示为零，但由于触发器在电源接通瞬间，输出状态有不确定因素（由于本设计无开机复位电路），所以，在抢答前，主持人必须按一下“复位”键清零，作好抢答前的准备。在没有按下抢答按键的情况下，D触发器输入全部为零，此时无时钟脉冲信号，D触发器仍保持原“0”状态。
（2）抢答按键。四个队分别控制四个抢答按键，对某一个问题进行抢答时，其中一个队按下按键，如“SB1”键，D触发器4脚输入为“1”电平，对应输出2脚为“1”电平，而与其对应的反相输出3脚为“0”电平，为对应的指示及锁存作好了准备。