鐘海麗

摘 要 將虛擬技術應用到數(shù)字電子技術教學中，是目前高校電子技術改革的一個熱點。在多媒體教室，教師在計算機上用Quartus II對所講部分電路進行仿真，可以演示課堂上和實驗室無法做到的實驗，提高學生學習興趣，化解學習中的難點，很好地體現(xiàn)理論和實際相結合的教學原則。

關鍵詞 Quartus II 仿真實驗 應用

1 Quartus II的特點及在教學中的應用優(yōu)勢

利用軟件的方式來完成對系統(tǒng)硬件功能的實現(xiàn)是現(xiàn)代電子設計的發(fā)展趨勢之一，而Quartus II作為一種可編程邏輯的設計環(huán)境， 界面友好、功能強大，可以完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、布局布線及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直到實現(xiàn)既定電子線路系統(tǒng)功能，因此越來越多地應用于數(shù)字系統(tǒng)設計中。[1][2]在數(shù)字電子技術的教學當中，教師采用Quartus II在計算機上虛擬出一個測試儀器先進、元件品種齊全的電子工作臺，將傳統(tǒng)的實驗室“搬”到課堂，很好地體現(xiàn)了理論與實踐相結合的教學原則，通過對電路的仿真、改進，可以激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生綜合分析問題與解決問題的能力，因此將虛擬技術應用到數(shù)字電子技術教學中，是目前高校電子技術改革的一個熱點。

2 電路仿真的一般流程

采用Quartus II進行仿真的設計流程如下：首先是建立工程，輸入程序源或者設計原理圖，并進行全程綜合與編譯。接下來打開波形編輯器設置端口節(jié)點，設置激勵信號波形，啟動仿真器，分析仿真結果。

3 電路仿真在教學中應用舉例

計數(shù)器是時序邏輯電路中的基礎電路，也是學生在設計中經(jīng)常出錯的電路之一。若已有N進制計數(shù)器（如74LS160），現(xiàn)在要實現(xiàn)M進制計數(shù)器，只能用已有的計數(shù)器經(jīng)過外電路的不同連接方式實現(xiàn)。在M>N的情況，必須用多片N進制計數(shù)器組合起來，才能構成M進制計數(shù)器。[3]連接方式有串行進位方式、并行進位方式、本文以串行進位方式的方式構成100進制計數(shù)器。

3.1 采用圖形輸入法（見圖1）

3.2 對電路進行仿真（見圖2）

很明顯仿真結果顯示計數(shù)出現(xiàn)了錯誤，“08”之后應該是“09”，而仿真圖變成“19”，不符合100進制計數(shù)器的計數(shù)規(guī)律。

3.3 根據(jù)這個實例，可以引導學生找出錯誤原因

由于74LS160是上升沿觸發(fā)，且“1001”與進位輸出“1”是同時出現(xiàn)的，如果直接用低位進位信號去觸發(fā)高位計數(shù)，當?shù)臀粡摹?000”變?yōu)椤?001”的時候，低位的進位輸出從“0”變?yōu)椤?”，正好有個跳變，這個跳變將觸發(fā)高位計數(shù)，就會出現(xiàn)“08”之后變成“19”的錯誤。所以低位的進位輸出必須通過一個非門接入高位的時鐘信號端。[4]

3.4 修改后電路重新仿真（見圖3）

從改正后的電路仿真圖可以看出，低位的進位輸出通過一個非門接入高位的時鐘信號端后，“08”之后為是“09”， “09”之后為“10”，完全符合100進制計數(shù)器的計數(shù)規(guī)律。

4 結語

Quartus II 是一種較理想的數(shù)字電子技術實訓工具，其界面直觀、操作方便，輸入方式靈活，在多媒體教室，教師采用計算機虛擬技術對所講部分電路進行仿真，使學生對每一堂課的內容有個感性認識，既節(jié)約了實驗成本，又提高了教學效率，能進一步激發(fā)學生的學習積極性與主動性，較好地培養(yǎng)他們的自主創(chuàng)新能力。

參考文獻

[1] 潘松，黃繼業(yè).EDA技術與VHDL[M].第四版.北京：清華大學出版社，2014.

[2] 宋萬杰等.CPLD技術及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2012.

[3] 盧毅，賴杰.VHDL與數(shù)字電路設計[M].北京：科學出版社，2013.

[4] 閻石.數(shù)字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2015.