基于Proteus在中职“数字电子技术基础”教学中的探索

张箭

【摘要】随着我国工业以及智能化领域的发展与进步，数字电子技术得到了广泛的应用。“数字电子技术基础”是中职电工电子类专业的重要基础课程，在教学中具有较大的难度。如何根据该课程的特点以及学生的接受能力，解析教材选择方法，针对传统教学中存在内容抽象、理论无法联系实践、复杂难学等诸多问题，提出了用Proteus软件来进行数字电路仿真教学的思路，使学生能够理解掌握数字电路的知识，提升学习效果。

【关键词】数字电子技术；Proteus；仿真教学

一、Proteus仿真软件的应用价值

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件，已有近20年的历史，在全球得到了广泛应用。它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还是目前比较好的仿真外围器件的工具，并且可以从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。

Proteus仿真软件的智能原理图输入系统（ISIS）是原理图设计和电路仿真的基本平台，具备交互式仿真和基于图表两类仿真。在整个电路分析、仿真过程中提供了大量的虚拟仪器、曲线图表、激励源和探针引方真工具，包含14种激励源、13种曲线图表、基于圖表的ASF仿真。随着计算机的应用和普及，各校相继建立校园网络系统以及多媒体教室，这一切为利用Pro-teus仿真软件实现数字电子电路的仿真实验，辅助实验教学提供了前提和可能性。Proteus仿真软件虚拟了一个可以对数字电子电路进行模拟仿真的工台，具有较完善的各种元器件模型库和几种常用的分析仪器，能进行电子电路的设计，并能对电子电路进行较详细的分析，它不但是一个非常优秀的电子设计软件，而且也是一个非常优秀的数字电子技术模拟实验训练软件。

二、学情分析

数字电子技术是一门实践性很强的专业基础课程，课程主干是门电路与结合逻辑电路、触发器与时序逻辑电路两大类。根据职业学校学生的知识水平和理解能力，既要保证基本理论的完整性，又要确保“3+2”、自主招生升学考试的需求，还要避免枯燥的理论打消了学生的学习热情，仿真实训的引入，有利于提高学生理论联系实操，促进动手能力，培养创造性思维的能力和解决实际问题的能力。但有时实验课的开设，会受到时间、元器件和仪器等各方面的限制，而且要想通过一两次实验就完全掌握仪器的使用方法、理解实验的步骤是很困难的，利用Proteus仿真软件优势，辅助实验教学，可以提高教学效果。

将Proteus引入数字电子技术课程的教学中，可以使教师在讲述理论的同时，利用Proteus软件进行仿真、演示，增强学生的感性认识，提高学生的学习兴趣，有利于学生正确掌握所学知识，加深学生对数字电路课程以及EDA技术的理解，达到改善课堂教学效果的目的。下面以几个具体实际案例来说明一下如何借助采用Proteus仿真软件进行模电技术基础的演示教学。

三、Proteus仿真在教学中的应用

数字电路的基础部分是各种开关电路的学习，这些电路像门一样依一定的条件“开”或“关”，所以又称为“门”电路。在学习门电路中用Proteus仿真一个输出端，也可以仿真多个输入端，学生可以轻易地观察到输出端的状态，是由输入端状态决定的。把门电路的输入状态“因”、输出端的状态“果”的逻辑关系用仿真的方法观察体会，大大减小了学习难度。

74LSOO是常用的2输入四与非门集成电路，它的作用很简单，顾名思义就是实现一个与非门。我们将74LSOO的验证电路绘制在Proteus仿真软件中的原理与编辑窗口，在两输入端随机输入高电平或低电平，输出结果一目了然地呈现在学生面前。为了巩固学习结果学生可以将门电路以及逻辑函数在Proteus仿真软件中进行仿真、分析计算。74LSOO仿真效果如图1所示。

Proteus仿真在触发器的学习中，也能为学生大大降低学习难度。RS触发器是由集成与非门的输出端和输入端交叉反馈相接S（Set）和R（Reset），得两个输出端：Q和Q。如不考虑输入信号的作用，即S、R都接高电平或悬空（S=R=1），输出端Q和Q有两种可能的稳态：如原态为“0”，不论触发器原为何种状态，当S=1，R=0时，将使触发器置“0”或称为复位。如原态为“1”，不论触发器原来为何种状态，当S=0，R=1时，将使触发器置“1”或称为置位。通过Proteus仿真可以得出下面分析S、R加输入信号时，输出与输入的逻辑关系。

1）S=0，R=0；触发器保持原状态不变。2）S=1，R=0；Q=0、Q=1，即无论触发器的初态为何态，触发器置为“0”态。当脉冲消失后，触发器保持“0”态不变。3）S=0，R=1；Q=1、Q=0，即无论触发器的初态为何态，触发器置为“1”态。当脉冲消失后，触发器保持“1”态不变。4）S=0，R=0，当R端和S端同时加低电平或负脉冲时，两个与非门输出都为1，这不符合Q与Q状态相反的逻辑要求，且当负脉冲消失后，触发器将由各种偶然因素决定其最终状态，因此这是不允许出现的状态，使用时应禁止出现。

四、课堂效果与成效

在数字电路教学中应用Proteus进行辅助教学，将难以理解的知识通过仿真变得更易吸收，同时也缩短了从理论到实践的过程，有效提高了教学质量以及学生的学习兴趣，使学生能从学习实践中体验到学习的乐趣，增强学习自信心。

由此可见Proteus仿真软件可以帮助我们深入认识门电路的特性以及检测方法，消除了以往学习数字电路的困难，又激发了学生的学习兴趣。Proteus仿真软件作为一个学习的辅助工具，能够让学生通过仿真把复杂的逻辑门电路理解清楚，有利于学生学习该科课程。