佘新平 (長江大學電子信息學院，湖北 荊州 434023)

PROTEUS仿真軟件在《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學中的應用

佘新平 (長江大學電子信息學院，湖北 荊州 434023)

介紹了PROTEUS仿真軟件的基本功能和特點，并結(jié)合教學實踐探討了PROTEUS仿真軟件在《數(shù)字電子技術(shù)》課程的理論與實驗教學中的應用。結(jié)果表明，在《數(shù)字電子技術(shù)》的不同教學環(huán)節(jié)中引入PROTEUS仿真軟件，能夠激發(fā)學生的學習興趣，可以為提高《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學質(zhì)量提供幫助。

PROTEUS仿真軟件；《數(shù)字電子技術(shù)》；理論教學；實驗教學

《數(shù)字電子技術(shù)》是高校電類專業(yè)和部分非電類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，對學生學習后續(xù)課程具有十分重要的作用。為了提高教學質(zhì)量，筆者將PROTEUS仿真軟件引入到該課程的理論與實驗教學中。

1 PROTEUS仿真軟件概述

PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺由英國Labcenter Electronics公司開發(fā)，是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺[1]。作為一款先進的EDA工具軟件，其具有如下特點：包含ISIS.EXE(電路原理圖設(shè)計、電路原理仿真)和ARES.EXE(印刷電路版設(shè)計)2個主要程序，可以實現(xiàn)對分立元件進行仿真，還可對電路原理進行仿真；利用箭頭和顏色表示電流的方向與大小，并且對多種帶CPU的可編程邏輯器件進行仿真；不僅可做電路原理、模擬電路、數(shù)字電路實驗，也可做單片機與接口等綜合系統(tǒng)的仿真實驗。此外，PROTEUS電路原理圖設(shè)計中，電路激勵源、虛擬儀器(示波器、信號源等)、圖表以及直接布置在線路上的探針一起出現(xiàn)在電路中，能夠幫助完成電路的仿真和測試，方便分析和修改電路設(shè)計。同時，電路設(shè)計具有友好的人機交互界面，而且設(shè)計功能強大，使用方便，易于上手。

2 PROTEUS仿真軟件在理論教學中的應用

《數(shù)字電子技術(shù)》課程實踐性強，應用廣泛[2]。在課堂教學過程中，適時地利用PROTEUS軟件對一些理論知識點進行仿真演示，可以幫助學生較快地理解和掌握那些用傳統(tǒng)的教學手段難以表現(xiàn)的內(nèi)容，由此激發(fā)學生的學習興趣，提高課堂教學效果。下面以數(shù)字器件的仿真演示為例加以說明。

圖1 74LS373與74LS374仿真圖

圖2 74LS373與74LS374在相同輸入信號和控制信號作用下的輸出仿真結(jié)果圖

在《數(shù)字電子技術(shù)》課程理論教學過程中，有大量的數(shù)字集成電路器件需要介紹，如編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、鎖存器、計數(shù)器、存儲器等。在課堂講授時，首先簡單介紹該集成電路的引腳圖、真值表(或功能表)，讓學生大致了解該集成電路的功能，然后利用PROTEUS軟件對該器件各引腳的功能進行仿真演示，其呈現(xiàn)的結(jié)果一目了然，使得學生在接受理論知識后有一個非常深刻的感性認識。例如，在講授鎖存器和觸發(fā)器時，有2種易于混淆的器件74LS373和74LS374，前者為三態(tài)輸出的八D鎖存器，后者為三態(tài)輸出的八D邊沿觸發(fā)器。從功能上講，74LS373是電平觸發(fā)鎖存，即鎖存控制端LE為高電平“1”時，輸出與輸入相同，此時為“透明傳輸”，當鎖存控制端LE變?yōu)榈碗娖健?”時，輸出保持LE由高變低之前瞬間的輸入不變，直到LE端再次變?yōu)楦唠娖綖橹梗藭r起鎖存作用；74LS374是上升邊沿觸發(fā)鎖存，即當鎖存控制端CLK有上升邊沿到來時，其輸出保持上升邊沿前瞬間的輸入不變，直到下一個上升邊沿到來為止，此時起鎖存作用。為了使學生理解2者在功能上的區(qū)別，可以通過PROTEUS軟件進行仿真演示(見圖1)。2者在相同輸入信號和控制信號作用下的輸出結(jié)果如圖2所示(U1為輸入信號D0；U2為鎖存控制信號LE或CLK；U3為74LS373的輸出信號Q0；U4為74LS374的輸出信號Q0)。由于該仿真結(jié)果簡單直觀，學生可以很好地理解74LS373和74LS374在功能上的區(qū)別。

3 PROTEUS仿真軟件在實驗教學中的應用

在《數(shù)字電子技術(shù)》課程實驗教學中，將實驗項目分為基礎(chǔ)實驗、設(shè)計實驗和綜合設(shè)計實驗[3]?；A(chǔ)實驗(如集成邏輯門實驗)一般采取實際操作的形式，而設(shè)計實驗和綜合設(shè)計實驗則分為理論設(shè)計、仿真和實際操作3個階段，其中仿真階段起著重要的作用。一方面，通過仿真可以對理論設(shè)計進行多次修改，驗證理論設(shè)計的正確性，從而提高理論設(shè)計的效率。另一方面，在實際操作之前，通過對設(shè)計出的電路進行仿真，可以幫助學生熟悉電路功能，提前了解電路可能出現(xiàn)的故障及解決辦法。下面以設(shè)計實驗“彩燈控制電路”為例加以說明。該實驗的設(shè)計要求使用集成計數(shù)器74LS161、譯碼器74LS138和門電路設(shè)計一個彩燈控制電路，且8只彩燈中只有1只燈亮，同時該亮燈可以循環(huán)移動。為此確定理論設(shè)計方案如下：用集成計數(shù)器74LS161和門電路構(gòu)成八進制加計數(shù)器，據(jù)此產(chǎn)生000～111的八組3位二進制代碼；將該代碼作為譯碼器74LS138的輸入，其8個輸出端分別接8只彩燈即可。采用PROTEUS軟件進行仿真(見圖3)。從圖3可以看出，亮燈從上向下循環(huán)移動，通過改變計數(shù)器74LS161的時鐘信號CLK的頻率，可以改變亮燈移動的快慢；通過將74LS161的輸出端Q2Q1Q0反相后輸出到譯碼器74LS138，可以使亮燈從下向上循環(huán)移動，即改變循環(huán)移動的方向。此外，學生還可以很容易觀察到可能發(fā)生的故障現(xiàn)象。如當計數(shù)器74LS161的時鐘信號CLK消失時，亮燈不移動；當譯碼器74LS138得控制端信號E1、E2、E3不為1、0、0時，彩燈全滅。所有這些為下一步的實做實驗奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖3 彩燈控制電路仿真結(jié)果圖

4 結(jié) 語

在《數(shù)字電子技術(shù)》課程的不同教學環(huán)節(jié)中，通過引入PROTEUS軟件的仿真，有效地延伸了實驗時間、實驗內(nèi)容和實驗場所，可以激發(fā)學生的學習興趣，使學生能夠深刻理解基本理論知識，對提高《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學質(zhì)量起到了很好的促進作用。

[1]朱清慧,張風蕊，翟天嵩,等.Proteus教程—電子線路設(shè)計、制版與仿真[M].北京：清華大學出版社，2008.

[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分)(第五版)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]佘新平.數(shù)字電路設(shè)計·仿真·測試[M]. 武漢：華中科技大學出版社， 2010.

2013-08-21

佘新平(1964-)，男，碩士,副教授，現(xiàn)主要從事電工電子方面的教學和研究工作。

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A

1673-1409(2013)28-0124-03

[編輯] 李啟棟