數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課堂教學(xué)中引入proteus虛擬仿真技術(shù)的研究

譚偉付

摘要：《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是一門應(yīng)用型本科電氣信息類及其重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，而傳統(tǒng)的教學(xué)方法是比較枯燥無(wú)味的，且教師在教學(xué)過(guò)程中生搬硬套。本文結(jié)合自身的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)過(guò)程中引入proteus虛擬仿真技術(shù)。并且通過(guò)案例分析， 表明在課堂教學(xué)中proteus技術(shù)具有非常好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：proteus；數(shù)字電子技術(shù)；同步加計(jì)數(shù)器

1傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的問(wèn)題

1.1課堂教學(xué)中過(guò)多重視理論課

數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)作為一門應(yīng)用型本科電氣信息類專業(yè)及其重要的基礎(chǔ)課，而多數(shù)教師選用的教材是重視理論性和系統(tǒng)性，在講解過(guò)程中過(guò)分強(qiáng)調(diào)基本原理和定律，這樣會(huì)使得學(xué)生感到枯燥無(wú)味，對(duì)課程失去學(xué)習(xí)的興趣。而且，在教學(xué)過(guò)程中也是填鴨式給同學(xué)們灌輸課本上的理論知識(shí)，理論講得太多也就顯得無(wú)趣。

1.2 理論課和實(shí)驗(yàn)課不能很好的聯(lián)系

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過(guò)程中，教師習(xí)慣把理論課和實(shí)驗(yàn)課分開(kāi)上，而學(xué)生總會(huì)是上完理論課再去上實(shí)驗(yàn)課，而這個(gè)間隔時(shí)間會(huì)很久，這就導(dǎo)致學(xué)生忘記大部分的理論知識(shí)，在他們做實(shí)驗(yàn)時(shí)就會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)器材束手無(wú)策，也就不能很好的驗(yàn)證理論所學(xué)， 起不到理論與實(shí)踐相結(jié)合的作用，學(xué)習(xí)效果就會(huì)大大降低。

另外，在傳統(tǒng)的數(shù)字電路實(shí)踐講授過(guò)程當(dāng)中，主要利用實(shí)驗(yàn)箱來(lái)搭接各種小、中規(guī)模數(shù)字集成電路，來(lái)完成教師指定的某一功能電路，但是實(shí)驗(yàn)室提供的元器件種類畢竟有限，因此電路實(shí)踐方案不夠靈活。由于元器件重復(fù)的使用，連線的可靠性就會(huì)變差，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中就容易產(chǎn)生接觸不良，而元器件、線之間相互干擾而難以調(diào)試等問(wèn)題。

2 Proteus融入數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)

Proteus軟件是英國(guó)LabCenter公司推出的虛擬仿真技術(shù)的EDA工具軟件， 其很好地解決了數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的電路仿真問(wèn)題，可以在沒(méi)有實(shí)際硬件的條件下，利用個(gè)人電腦實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)的仿真，仿真結(jié)果可以直接應(yīng)用于真實(shí)的設(shè)計(jì)，大大地提高了數(shù)字電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率，同時(shí)也使得數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程變得容易和便捷。

2.1引入Proteus的教學(xué)內(nèi)容更加形象直觀

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是一門理論性極強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)過(guò)程中會(huì)經(jīng)常遇到一些難以用語(yǔ)言和板書描述的過(guò)程。教學(xué)過(guò)程中引入Proteus虛擬仿真技術(shù)，在教室里面就可以演示電路的動(dòng)態(tài)過(guò)程，Proteus虛擬仿真技術(shù)不僅可將許多數(shù)字電子技術(shù)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化，也可將許多例子功能圖像圖形形象化。

2.2 Proteus給實(shí)施實(shí)踐教學(xué)提供了便利

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室多數(shù)是電子元器件等實(shí)物，而利用 Proteus 虛擬仿真技術(shù)組建的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，就不受實(shí)驗(yàn)設(shè)備、檢測(cè)儀器、元器件材料等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)條件的限制，教師在組織與管理實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中就更加便利。利用 Proteus原理圖設(shè)計(jì)模塊可完成數(shù)字電路中原理圖的電路設(shè)計(jì)和模擬仿真。模擬真實(shí)電路板在通電后工作狀況，也可加入虛擬儀器檢測(cè)電路的各個(gè)信號(hào)。Proteus具有齊全的元件庫(kù)，經(jīng)常使用的數(shù)字電路元件庫(kù)有TTL74 系列、CMOS4000 系列、D/A和A/D轉(zhuǎn)換器、嵌入式可編程邏輯器件、 顯示器件等。與此同時(shí)，Proteus虛擬仿真軟件還提供各種虛擬儀器，例如各種電流電壓測(cè)量?jī)x表、信號(hào)發(fā)生器、示波器、邏輯分析儀等。

2.3 Proteus數(shù)字電路仿真增加了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)多數(shù)在實(shí)驗(yàn)箱上操作，其制約因素是實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備配置、元器件準(zhǔn)備等，這就導(dǎo)致了往往一個(gè)班的學(xué)生只能做相同的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。但是利用Proteus仿真軟件構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以嘗試做更多的設(shè)計(jì)性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?？梢葬槍?duì)同一個(gè)項(xiàng)目可以采用更多的實(shí)現(xiàn)方法，以此來(lái)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)力、創(chuàng)造力。

3 Proteus仿真技術(shù)融入《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程應(yīng)用舉例

以教學(xué)項(xiàng)目“利用74HC161設(shè)計(jì)十進(jìn)制的同步加計(jì)算器”為例。

3.1 電路模型分析

該教學(xué)項(xiàng)目的目標(biāo)是“設(shè)計(jì)一個(gè)十進(jìn)制的同步加計(jì)算器”。該電路模型主要由計(jì)數(shù)器、顯示驅(qū)動(dòng)及顯示電路等部分構(gòu)成。用到的元器件主要有 74LS161、74LS400、電阻及發(fā)光二極管LED等。

3.2元件的選取

雙擊打開(kāi)Proteus 虛擬仿真軟件，在其環(huán)境窗口中直接單擊左側(cè)模型選擇工具欄中的圖標(biāo)“ComponentMode”，再單擊器件工具列表窗口中的“P”按鈕，打開(kāi)相應(yīng)的“Pick Devices”對(duì)話框，選擇出所需器件，雙擊將其放入元件列表中。

3.3繪制原理圖

在DEVICES窗口中單擊選擇需要的元件，把鼠標(biāo)移回原理圖編輯窗中，該元器件就會(huì)出現(xiàn)在編輯窗中，同理也可以放置其它各元件。接著采用直接連線或者網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記的方式完成元器件之間的連線。原理圖如圖1所示。

3.4電路仿真與調(diào)試

按下仿真啟動(dòng)按鈕，觀察電路各個(gè)部分的信號(hào)以及電路功能，器件端口紅色表示高電平、藍(lán)色表示低電平。從LED可以看到，系統(tǒng)從0000開(kāi)始記數(shù)，當(dāng)記滿10個(gè)脈沖后又變成了0000，這樣就完成了一個(gè)十進(jìn)制的同步加記數(shù)器的設(shè)計(jì)。如果需要設(shè)計(jì)其它進(jìn)制的同步加計(jì)算器，只需要修改Q0、Q1、Q2、Q3的輸出端就可以了。

4 小結(jié)

Protuse虛擬仿真技術(shù)作為一種輔助教學(xué)手段，其融入《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)和實(shí)踐過(guò)程中，使得整個(gè)教學(xué)過(guò)程更加生動(dòng)、易懂，也提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為學(xué)生更好地完成數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與分析創(chuàng)造了條件，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維、實(shí)踐應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄔書躍.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社，2016.

[2]張雪娟，宣樂(lè)飛.Protues軟件在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2010endprint