数字电子技术基础课堂教学中引入proteus虚拟仿真技术的研究

谭伟付

摘要：《数字电子技术基础》是一门应用型本科电气信息类及其重要的专业技术基础课程，而传统的教学方法是比较枯燥无味的，且教师在教学过程中生搬硬套。本文结合自身的实践教学经验，在教学过程中引入proteus虚拟仿真技术。并且通过案例分析， 表明在课堂教学中proteus技术具有非常好的教学效果。

关键词：proteus；数字电子技术；同步加计数器

1传统教学方式存在的问题

1.1课堂教学中过多重视理论课

数字电子技术基础作为一门应用型本科电气信息类专业及其重要的基础课，而多数教师选用的教材是重视理论性和系统性，在讲解过程中过分强调基本原理和定律，这样会使得学生感到枯燥无味，对课程失去学习的兴趣。而且，在教学过程中也是填鸭式给同学们灌输课本上的理论知识，理论讲得太多也就显得无趣。

1.2 理论课和实验课不能很好的联系

在传统的课堂教学过程中，教师习惯把理论课和实验课分开上，而学生总会是上完理论课再去上实验课，而这个间隔时间会很久，这就导致学生忘记大部分的理论知识，在他们做实验时就会对实验器材束手无策，也就不能很好的验证理论所学， 起不到理论与实践相结合的作用，学习效果就会大大降低。

另外，在传统的数字电路实践讲授过程当中，主要利用实验箱来搭接各种小、中规模数字集成电路，来完成教师指定的某一功能电路，但是实验室提供的元器件种类毕竟有限，因此电路实践方案不够灵活。由于元器件重复的使用，连线的可靠性就会变差，在实验过程中就容易产生接触不良，而元器件、线之间相互干扰而难以调试等问题。

2 Proteus融入数字电子技术基础教学

Proteus软件是英国LabCenter公司推出的虚拟仿真技术的EDA工具软件， 其很好地解决了数字电子技术基础的电路仿真问题，可以在没有实际硬件的条件下，利用个人电脑实现数字电子技术的仿真，仿真结果可以直接应用于真实的设计，大大地提高了数字电子系统的设计效率，同时也使得数字电子技术的学习和应用开发过程变得容易和便捷。

2.1引入Proteus的教学内容更加形象直观

《数字电子技术基础》是一门理论性极强的专业基础课，在教学过程中会经常遇到一些难以用语言和板书描述的过程。教学过程中引入Proteus虚拟仿真技术，在教室里面就可以演示电路的动态过程，Proteus虚拟仿真技术不仅可将许多数字电子技术实例运行过程形象化，也可将许多例子功能图像圖形形象化。

2.2 Proteus给实施实践教学提供了便利

传统实验室多数是电子元器件等实物，而利用 Proteus 虚拟仿真技术组建的虚拟仿真实验室，就不受实验设备、检测仪器、元器件材料等传统实验条件的限制，教师在组织与管理实践教学过程中就更加便利。利用 Proteus原理图设计模块可完成数字电路中原理图的电路设计和模拟仿真。模拟真实电路板在通电后工作状况，也可加入虚拟仪器检测电路的各个信号。Proteus具有齐全的元件库，经常使用的数字电路元件库有TTL74 系列、CMOS4000 系列、D/A和A/D转换器、嵌入式可编程逻辑器件、 显示器件等。与此同时，Proteus虚拟仿真软件还提供各种虚拟仪器，例如各种电流电压测量仪表、信号发生器、示波器、逻辑分析仪等。

2.3 Proteus数字电路仿真增加了设计性实验

传统的数字电子技术实验多数在实验箱上操作，其制约因素是实验时间、实验室设备配置、元器件准备等，这就导致了往往一个班的学生只能做相同的验证性实验。但是利用Proteus仿真软件构建的虚拟实验室，学生可以尝试做更多的设计性虚拟仿真实验。可以针对同一个项目可以采用更多的实现方法，以此来培养学生学习力、创造力。

3 Proteus仿真技术融入《数字电子技术基础》课程应用举例

以教学项目“利用74HC161设计十进制的同步加计算器”为例。

3.1 电路模型分析

该教学项目的目标是“设计一个十进制的同步加计算器”。该电路模型主要由计数器、显示驱动及显示电路等部分构成。用到的元器件主要有 74LS161、74LS400、电阻及发光二极管LED等。

3.2元件的选取

双击打开Proteus 虚拟仿真软件，在其环境窗口中直接单击左侧模型选择工具栏中的图标“ComponentMode”，再单击器件工具列表窗口中的“P”按钮，打开相应的“Pick Devices”对话框，选择出所需器件，双击将其放入元件列表中。

3.3绘制原理图

在DEVICES窗口中单击选择需要的元件，把鼠标移回原理图编辑窗中，该元器件就会出现在编辑窗中，同理也可以放置其它各元件。接着采用直接连线或者网络标记的方式完成元器件之间的连线。原理图如图1所示。

3.4电路仿真与调试

按下仿真启动按钮，观察电路各个部分的信号以及电路功能，器件端口红色表示高电平、蓝色表示低电平。从LED可以看到，系统从0000开始记数，当记满10个脉冲后又变成了0000，这样就完成了一个十进制的同步加记数器的设计。如果需要设计其它进制的同步加计算器，只需要修改Q0、Q1、Q2、Q3的输出端就可以了。

4 小结

Protuse虚拟仿真技术作为一种辅助教学手段，其融入《数字电子技术基础》教学和实践过程中，使得整个教学过程更加生动、易懂，也提高学生的学习兴趣。为学生更好地完成数字电路的设计与分析创造了条件，也有助于培养学生的创新性思维、实践应用能力。

参考文献：

[1]邬书跃.数字电子技术基础[M].清华大学出版社，2016.

[2]张雪娟，宣乐飞.Protues软件在实践教学中的应用[J].计算机时代，2010endprint