基于Proteus在中職“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教學(xué)中的探索

張箭

【摘要】隨著我國(guó)工業(yè)以及智能化領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步，數(shù)字電子技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用?！皵?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”是中職電工電子類(lèi)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，在教學(xué)中具有較大的難度。如何根據(jù)該課程的特點(diǎn)以及學(xué)生的接受能力，解析教材選擇方法，針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)中存在內(nèi)容抽象、理論無(wú)法聯(lián)系實(shí)踐、復(fù)雜難學(xué)等諸多問(wèn)題，提出了用Proteus軟件來(lái)進(jìn)行數(shù)字電路仿真教學(xué)的思路，使學(xué)生能夠理解掌握數(shù)字電路的知識(shí)，提升學(xué)習(xí)效果。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電子技術(shù)；Proteus；仿真教學(xué)

一、Proteus仿真軟件的應(yīng)用價(jià)值

Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，已有近20年的歷史，在全球得到了廣泛應(yīng)用。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還是目前比較好的仿真外圍器件的工具，并且可以從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)，是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。

Proteus仿真軟件的智能原理圖輸入系統(tǒng)（ISIS）是原理圖設(shè)計(jì)和電路仿真的基本平臺(tái)，具備交互式仿真和基于圖表兩類(lèi)仿真。在整個(gè)電路分析、仿真過(guò)程中提供了大量的虛擬儀器、曲線圖表、激勵(lì)源和探針引方真工具，包含14種激勵(lì)源、13種曲線圖表、基于圖表的ASF仿真。隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和普及，各校相繼建立校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及多媒體教室，這一切為利用Pro-teus仿真軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子電路的仿真實(shí)驗(yàn)，輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了前提和可能性。Proteus仿真軟件虛擬了一個(gè)可以對(duì)數(shù)字電子電路進(jìn)行模擬仿真的工臺(tái)，具有較完善的各種元器件模型庫(kù)和幾種常用的分析儀器，能進(jìn)行電子電路的設(shè)計(jì)，并能對(duì)電子電路進(jìn)行較詳細(xì)的分析，它不但是一個(gè)非常優(yōu)秀的電子設(shè)計(jì)軟件，而且也是一個(gè)非常優(yōu)秀的數(shù)字電子技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練軟件。

二、學(xué)情分析

數(shù)字電子技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程主干是門(mén)電路與結(jié)合邏輯電路、觸發(fā)器與時(shí)序邏輯電路兩大類(lèi)。根據(jù)職業(yè)學(xué)校學(xué)生的知識(shí)水平和理解能力，既要保證基本理論的完整性，又要確?！?+2”、自主招生升學(xué)考試的需求，還要避免枯燥的理論打消了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，仿真實(shí)訓(xùn)的引入，有利于提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)操，促進(jìn)動(dòng)手能力，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。但有時(shí)實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)設(shè)，會(huì)受到時(shí)間、元器件和儀器等各方面的限制，而且要想通過(guò)一兩次實(shí)驗(yàn)就完全掌握儀器的使用方法、理解實(shí)驗(yàn)的步驟是很困難的，利用Proteus仿真軟件優(yōu)勢(shì)，輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以提高教學(xué)效果。

將Proteus引入數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)中，可以使教師在講述理論的同時(shí)，利用Proteus軟件進(jìn)行仿真、演示，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生正確掌握所學(xué)知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)數(shù)字電路課程以及EDA技術(shù)的理解，達(dá)到改善課堂教學(xué)效果的目的。下面以幾個(gè)具體實(shí)際案例來(lái)說(shuō)明一下如何借助采用Proteus仿真軟件進(jìn)行模電技術(shù)基礎(chǔ)的演示教學(xué)。

三、Proteus仿真在教學(xué)中的應(yīng)用

數(shù)字電路的基礎(chǔ)部分是各種開(kāi)關(guān)電路的學(xué)習(xí)，這些電路像門(mén)一樣依一定的條件“開(kāi)”或“關(guān)”，所以又稱為“門(mén)”電路。在學(xué)習(xí)門(mén)電路中用Proteus仿真一個(gè)輸出端，也可以仿真多個(gè)輸入端，學(xué)生可以輕易地觀察到輸出端的狀態(tài)，是由輸入端狀態(tài)決定的。把門(mén)電路的輸入狀態(tài)“因”、輸出端的狀態(tài)“果”的邏輯關(guān)系用仿真的方法觀察體會(huì)，大大減小了學(xué)習(xí)難度。

74LSOO是常用的2輸入四與非門(mén)集成電路，它的作用很簡(jiǎn)單，顧名思義就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)與非門(mén)。我們將74LSOO的驗(yàn)證電路繪制在Proteus仿真軟件中的原理與編輯窗口，在兩輸入端隨機(jī)輸入高電平或低電平，輸出結(jié)果一目了然地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。為了鞏固學(xué)習(xí)結(jié)果學(xué)生可以將門(mén)電路以及邏輯函數(shù)在Proteus仿真軟件中進(jìn)行仿真、分析計(jì)算。74LSOO仿真效果如圖1所示。

Proteus仿真在觸發(fā)器的學(xué)習(xí)中，也能為學(xué)生大大降低學(xué)習(xí)難度。RS觸發(fā)器是由集成與非門(mén)的輸出端和輸入端交叉反饋相接S（Set）和R（Reset），得兩個(gè)輸出端：Q和Q。如不考慮輸入信號(hào)的作用，即S、R都接高電平或懸空（S=R=1），輸出端Q和Q有兩種可能的穩(wěn)態(tài)：如原態(tài)為“0”，不論觸發(fā)器原為何種狀態(tài)，當(dāng)S=1，R=0時(shí)，將使觸發(fā)器置“0”或稱為復(fù)位。如原態(tài)為“1”，不論觸發(fā)器原來(lái)為何種狀態(tài)，當(dāng)S=0，R=1時(shí)，將使觸發(fā)器置“1”或稱為置位。通過(guò)Proteus仿真可以得出下面分析S、R加輸入信號(hào)時(shí)，輸出與輸入的邏輯關(guān)系。

1）S=0，R=0；觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。2）S=1，R=0；Q=0、Q=1，即無(wú)論觸發(fā)器的初態(tài)為何態(tài)，觸發(fā)器置為“0”態(tài)。當(dāng)脈沖消失后，觸發(fā)器保持“0”態(tài)不變。3）S=0，R=1；Q=1、Q=0，即無(wú)論觸發(fā)器的初態(tài)為何態(tài)，觸發(fā)器置為“1”態(tài)。當(dāng)脈沖消失后，觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變。4）S=0，R=0，當(dāng)R端和S端同時(shí)加低電平或負(fù)脈沖時(shí)，兩個(gè)與非門(mén)輸出都為1，這不符合Q與Q狀態(tài)相反的邏輯要求，且當(dāng)負(fù)脈沖消失后，觸發(fā)器將由各種偶然因素決定其最終狀態(tài)，因此這是不允許出現(xiàn)的狀態(tài)，使用時(shí)應(yīng)禁止出現(xiàn)。

四、課堂效果與成效

在數(shù)字電路教學(xué)中應(yīng)用Proteus進(jìn)行輔助教學(xué)，將難以理解的知識(shí)通過(guò)仿真變得更易吸收，同時(shí)也縮短了從理論到實(shí)踐的過(guò)程，有效提高了教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能從學(xué)習(xí)實(shí)踐中體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信心。

由此可見(jiàn)Proteus仿真軟件可以幫助我們深入認(rèn)識(shí)門(mén)電路的特性以及檢測(cè)方法，消除了以往學(xué)習(xí)數(shù)字電路的困難，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。Proteus仿真軟件作為一個(gè)學(xué)習(xí)的輔助工具，能夠讓學(xué)生通過(guò)仿真把復(fù)雜的邏輯門(mén)電路理解清楚，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)該科課程。