Proteus仿真技术在《数字电子技术》课程教学的应用

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  1传统教学方式存在的问题
  数字电子技术是高职高专电类专业入门性质的基础课,电路分析往往建立在逻辑推导基础上,通过真值表、卡诺图、状态图或波形图进行数字系统的分析与设计,缺乏直观性和形象性。
  传统的数字电路实践教学主要通过在实验箱上搭接各种中、小规模数字集成电路来完成某种功能电路,往往实验室提供的元器件种类有限,因此电路方案不够灵活。由于元器件重复使用,连线的可靠性较差,容易产生接触不良和元器件、线之间相互干扰而难以调试等问题。同时,受实验室的规模和开放時间的限制,如果学生没有完成实验也无法利用课后时间继续进行,不利于提高学生的学习积极性。
  2 Proteus融入数字电子技术教学
  Proteus是由Labcenter Electronics公司开发的EDA软件,能实现数字电路、模拟电路、微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能 。
  2.1引入Proteus的教学内容更形象直观
  数字电子技术的理论知识较为抽象,对于一些难以用语言和板书描述的过程,可利用Proteus仿真演示动态过程,例如利用Proteus软件很方便地按模块进行功能的演示、原理讲解、电路调试、故障分析和判断、方案比较等,教学内容以具体化、形象化的方式呈现。
  2.2Proteus为实施实践教学提供了便利
  相对于传统实验室,用Proteus仿真软件构建的虚拟实验室,不受实验设备、检测仪器、元器件材料等传统实验条件的制约,更便于实践教学的组织与管理。
  使用Proteus ISIS模块可完成数字电路中原理图的设计与仿真,模拟真实电路板在通电后工作情况,也可加入虚拟仪器检测信号并输出波形图。Proteus仿真元件库种类齐全,常用的数字电路元件库有CMOS4000系列、TTL74系列、数据转换器、可编程逻辑器件、显示器件等,同时,Proteus还提供各种虚拟仪器,例如各种测量仪表、示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
  2.3Proteus数字电路仿真促使设计性实验比重增加
  传统的实验受到实验室设备配置、元器件准备、实验时间等因素制约,所有学生只能做相同的验证性实验。有了用Proteus仿真软件构建的虚拟实验室,学生可以做更多的设计性实验,针对同一个项目可以采用更多的实现方法,为培养学生学习力、创造力提供了条件。
  3 Proteus仿真技术融入《数字电子技术》课程应用举例
  以教学项目“八路流水灯电路的设计与仿真”为例。
  3.1电路模型分析
  该教学项目的任务要求是设计八路流水灯电路,使LED灯朝着一个方向轮流点亮。电路主要由脉冲信号发生器、计数器、显示驱动及显示电路等部分构成。用到的元器件主要有NE555、74LS161、74LS138及LED。
  3.2元件的选取
  在Proteus仿真软件环境窗口中直接单击左侧模型选择工具栏中的图标“ComponentMode”,再单击器件工具列表窗口中的“P”按钮,打开相应的“Pick Devices”对话框,筛选出所需器件,双击将其放入元件列表中。
  3.3绘制原理图
  在元件列表中左键选取某元件,在原理图编辑窗口中单击左键,该元件就到原理图编辑窗中,同样放置其它各元件。然后,采用直接连线或者网络标记的方式完成元器件之间的连线。原理图如图1所示。
  <D:\新建文件夹 (3)\速读·中旬201505\Image\669.png>
  图1 八路流水灯电路原理图
  3.4电路仿真与调试
  启动仿真运行按钮,观察电路各个部分的信号以及电路功能,器件端口红色表示高电平,蓝色表示低电平。改变变阻器RV1,可修改计数器的时钟频率,从而使八路流水灯的运行速度发生变化。
  4 小结
  作为一种辅助教学手段,Proteus仿真技术融入《数字电子技术》教学过程,使得教学内容以具体化、形象化的方式呈现,为学生更好地完成数字电路的设计与分析创造了条件,有助于培养学生的创新思维和应用能力。
  参考文献:
  [1]杨志忠.数字电子技术[M].第3版.高等教育出版社,2008.
  [2]曾飞、郭汉清.基于EDA技术的数字电子技术教学实践新思路[J].湘潭师范学院学报,2008,30(3):164-166.
  [3]李雪梅、何光谱、张建平等.改革“电子技术课程设计”教学,培养“3CE”应用型创新人才[J].实验技术与管理,2011,28(3):148-150.
  作者简介:
  彭斐(1979~),女,浙江杭州人,讲师,硕士,研究方向:应用电子技术。
  基金项目:杭州职业技术学院教育教学改革研究项目(JG201326):EDA技术融入数字电路教学探索及实践。
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