Ewb電子工作平臺(tái)在數(shù)電教學(xué)中應(yīng)用

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展，EDA技術(shù)也不斷發(fā)展并被廣泛應(yīng)用到教學(xué)過(guò)程中，EDA技術(shù)給缺乏實(shí)踐教學(xué)條件的電子類(lèi)課程帶來(lái)了曙光，在大力推廣實(shí)踐教學(xué)的職業(yè)院校，EDA技術(shù)給學(xué)生帶來(lái)實(shí)踐操作的機(jī)會(huì)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以更好的了解教學(xué)內(nèi)容，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和認(rèn)知能力，而且可以大量的節(jié)約教學(xué)資源，減少實(shí)驗(yàn)耗材消耗，很大程度上減少了教育教學(xué)成本。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；EWB；仿真教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007—9599 （2012） 14—0000—02

一、EWB簡(jiǎn)介

目前，電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)已與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密相連，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程日益實(shí)現(xiàn)智能化，電子線路的集成度越來(lái)越高，電子產(chǎn)品的更新周期隨著電子技術(shù)的發(fā)展而越來(lái)越短。電子線路設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)方便快捷的完成復(fù)雜的電子線路邏輯功能設(shè)計(jì)、電路性能分析、時(shí)序測(cè)試、功能測(cè)試、印刷電路板設(shè)計(jì)等工作。軟件開(kāi)發(fā)人員在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)的基礎(chǔ)上研究開(kāi)發(fā)了EDA設(shè)計(jì)軟件。比起早起的CAD軟件，EDA軟件具有自動(dòng)化程度高、功能更完善、運(yùn)行速度更快的特點(diǎn)。

電子工作平臺(tái)Electronics Workbench（EWB）（現(xiàn)稱為MultiSim）軟件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺(tái)軟件，它具有這樣一些特點(diǎn)：

1.使用EWB軟件可以很直觀的創(chuàng)建電路，電路設(shè)計(jì)人員可以把計(jì)算機(jī)屏幕作為自己的工作平臺(tái)，繪制電路圖、設(shè)置電路參數(shù)、使用模擬儀器儀表進(jìn)行電路測(cè)試，設(shè)計(jì)者根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行電路分析。

2.EWB軟件包含電子測(cè)量很多儀器儀表如常用的示波器、電壓表、電流表、萬(wàn)用表等，軟件所帶儀器儀表的控制面板以及操作方法都和實(shí)物非常相似，并且還能夠?qū)崟r(shí)顯示測(cè)試數(shù)據(jù)。

3.EWB軟件本身自帶了非常豐富的電子電路中所用到得各種各樣的元器件。

4.EWB作為一種電路設(shè)計(jì)軟件，我們可以利用它與其他流行的電路設(shè)計(jì)分析軟件、電路板設(shè)計(jì)制作軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

5.EWB同時(shí)還是一個(gè)特別好的電子類(lèi)課程驗(yàn)證性試驗(yàn)工具，它可以靈活的完成實(shí)驗(yàn)室中所能完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，以及電路故障情況，學(xué)生可以利用它來(lái)了解電路原理，學(xué)會(huì)電子儀器儀表的使用方法。

因此非常適合電子類(lèi)課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)。這里，我以“火車(chē)進(jìn)站電路的設(shè)計(jì)”為例向大家介紹使用EWB軟件仿真實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路中組合邏輯電路的初步知識(shí)，基本操作方法。

二、組合邏輯電路仿真實(shí)現(xiàn)

首先我們先了解一下組合邏輯電路的設(shè)計(jì)過(guò)程

1.根據(jù)電路功能的文字描述，將其輸入與輸出的邏輯關(guān)系用真值表的形式列出。

2.通過(guò)邏輯化簡(jiǎn)，將真值表寫(xiě)出最簡(jiǎn)的邏輯函數(shù)表達(dá)式。

3.選擇合適的門(mén)器件，把最簡(jiǎn)的表達(dá)式轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的表達(dá)式。

4.根據(jù)表達(dá)式畫(huà)出該電路的邏輯電路圖；并使用EWB驗(yàn)證電路的正確性。

現(xiàn)以數(shù)字電路的組合邏輯電路“火車(chē)進(jìn)站電路的設(shè)計(jì)”為例說(shuō)明如何使用EWB實(shí)現(xiàn)電路仿真。項(xiàng)目描述：火車(chē)站有三種車(chē)分別是特快、普快、慢車(chē)，只要特快申請(qǐng)進(jìn)站，優(yōu)先考慮，普快和慢車(chē)同時(shí)申請(qǐng)優(yōu)先考慮普快進(jìn)站。若只有慢車(chē)申請(qǐng)進(jìn)站其他兩列不申請(qǐng)考慮慢車(chē)進(jìn)站。假設(shè)申請(qǐng)進(jìn)站為高電平“1”有效，低電平“0”無(wú)效。A、B、C分別表示特快、普快、慢車(chē)，L1等亮特快進(jìn)站，B燈亮普快進(jìn)站，C等亮慢車(chē)進(jìn)站。

1.根據(jù)電路功能的文字描述，將其輸入與輸出的邏輯關(guān)系用真值表的形式列出；

2.通過(guò)邏輯化簡(jiǎn)，將真值表寫(xiě)出最簡(jiǎn)的邏輯函數(shù)表達(dá)式

3.選擇合適的門(mén)器件，把最簡(jiǎn)的表達(dá)式轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的表達(dá)式；

此項(xiàng)目中主要利用與非門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的邏輯功能，在此無(wú)需轉(zhuǎn)換三個(gè)表達(dá)式已是最簡(jiǎn)。

4.根據(jù)表達(dá)式畫(huà)出該電路的邏輯電路圖；并使用EWB驗(yàn)證電路邏輯功能的正確性；

過(guò)程分析：在EWB中使用vcc給電路提供電源，使用開(kāi)關(guān)來(lái)控制電路的通斷，開(kāi)關(guān)的故障（Fault）選項(xiàng)可供人為設(shè)置元器件的隱含故障，包括開(kāi)路（Open）、短路（Short）、漏電（Leakage）、無(wú)故障（None）等設(shè)置。當(dāng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)1，3連接并選擇無(wú)故障（None），說(shuō)明電路為高電平1有效狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)1，2連接并選擇開(kāi)路（Open）此時(shí)電路處于斷開(kāi)狀態(tài)說(shuō)明電路為低電平無(wú)效狀態(tài)。此外電路使用了兩個(gè)非門(mén)和三個(gè)與門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的功能，使用指示燈指示三種車(chē)進(jìn)站，紅色表示燈亮可以進(jìn)站，白色表示燈滅不容許進(jìn)站。通過(guò)設(shè)置A，B，C的狀態(tài)來(lái)驗(yàn)證電路的正確性，我們可以用幾種典型的狀態(tài)來(lái)檢測(cè)，第一種設(shè)置A為通路，B，C為開(kāi)路，即輸入狀態(tài)為100時(shí)，打開(kāi)電路測(cè)試開(kāi)關(guān)L1燈亮，L2、L3燈滅即輸出狀態(tài)為100，此時(shí)表示特快列車(chē)可以進(jìn)站。第二種設(shè)置A、B為通路，C為開(kāi)路，即輸入狀態(tài)為110時(shí)，打開(kāi)電路測(cè)試開(kāi)關(guān)L1燈亮，L2、L3燈滅即輸出狀態(tài)為100，此時(shí)表示特快列車(chē)可以進(jìn)站，此時(shí)雖然B也為高電平有效但是A優(yōu)先權(quán)比B高所以先考慮A進(jìn)站。第三種設(shè)置B、C為通路，A為開(kāi)路，即輸入狀態(tài)為011時(shí)，打開(kāi)電路測(cè)試開(kāi)關(guān)L2燈亮，L1、L3燈滅即輸出狀態(tài)為010，此時(shí)表示普特快列車(chē)可以進(jìn)站，此時(shí)雖然C也為高電平有效但是B優(yōu)先權(quán)比C高所以先考慮B進(jìn)站。這樣這個(gè)組合邏輯電路就很明晰了，學(xué)生也很好理解電路原理?？梢院苤庇^的了解電路的輸入輸出狀態(tài)。

三、在教學(xué)中使用EWB的優(yōu)點(diǎn)

（一）實(shí)驗(yàn)安全

無(wú)論是在強(qiáng)調(diào)職業(yè)教育提高學(xué)生操作技能水平的職業(yè)院校還是在大中專院校，電子類(lèi)課程授課過(guò)程中，要帶學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，那我們首先要考慮的是學(xué)生以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的安全問(wèn)題。因?yàn)殡娮宇?lèi)課程在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的主要對(duì)象時(shí)對(duì)象是電流電壓以及電子元器件，如果學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程誤操作將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確從而失去了實(shí)驗(yàn)的本來(lái)意義，有的嚴(yán)重的可能會(huì)造成實(shí)驗(yàn)設(shè)備、元器件等教學(xué)設(shè)施的損壞，甚至造成人員傷亡。在教學(xué)中利用EWB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生不必接觸真正的元器件或者設(shè)備，即使誤操作也只是看不到實(shí)驗(yàn)效果或者會(huì)出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)信息。

（二）工作效率高

在實(shí)物實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)前期要準(zhǔn)備試驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)耗材、還要時(shí)刻提醒學(xué)生注意安全，實(shí)驗(yàn)后清點(diǎn)實(shí)驗(yàn)材料，以及日常維護(hù)實(shí)驗(yàn)器材等工作常常耗費(fèi)了大量的時(shí)間、人力和財(cái)力，由于這些問(wèn)題的存在導(dǎo)致很多老師不愿上實(shí)驗(yàn)課，而現(xiàn)在只需在電腦上安裝EWB軟件，利用該軟件去進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，就可以方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（三）方便的設(shè)計(jì)電路故障

在以往的實(shí)物實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們常常會(huì)碰到實(shí)驗(yàn)器材出現(xiàn)故障而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，又或者在實(shí)驗(yàn)中我們想人為設(shè)計(jì)電路故障讓學(xué)生知道某元器件出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)電路產(chǎn)生的影響，從理論上我們可以知道故障狀態(tài)和對(duì)電路產(chǎn)生的結(jié)果。比如電路中電阻或電容出現(xiàn)開(kāi)路、短路、漏電時(shí)對(duì)電路可能會(huì)造成什么樣的影響，理論上我們是可以分析出來(lái)，但是實(shí)際上在實(shí)驗(yàn)中這些故障是比較難實(shí)現(xiàn)的。如果我們用EWB去做仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們只要改變一下元器件的參數(shù)就可以模擬出元器件出現(xiàn)故障時(shí)的情況而模擬出這些元器件出現(xiàn)各種故障時(shí)的情況。

（四）豐富的元器件

在普通實(shí)物實(shí)驗(yàn)室不可能購(gòu)買(mǎi)所有電子元器件，它所有的電子元器件的的型號(hào)與數(shù)量是非常有限的，通常只準(zhǔn)備一些常用的元器件，但是還有很多電子元器件的型號(hào)種類(lèi)在實(shí)驗(yàn)室里是沒(méi)有的，而在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程又要用到，這就給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了不便，而使用EWB我們就不必?fù)?dān)心此問(wèn)題，EWB本身自帶了很豐富的元件庫(kù)供我們使用，例外我們還可以利用它本身附帶的建庫(kù)功能，按照元器件的各種參數(shù)去創(chuàng)建新器件并保存以供日后使用。這在一定程度上就彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)室里面實(shí)驗(yàn)元器件不足的缺點(diǎn)。

綜上所述，EWB模擬仿真技術(shù)在數(shù)電的教學(xué)過(guò)程的應(yīng)用，可以提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，使枯燥的理論知識(shí)變得鮮活起來(lái)，對(duì)于教師來(lái)說(shuō)純理論講解的難也比較大，借助EWB可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，從而有效改善了教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

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