EDA软件在《数字电子技术基础》课程教学中的应用

鲁世斌 樊敏 杨金 张量

摘要：本文讨论了Proteus仿真软件在《数字电子技术基础》课程教学中的应用。通过具体案例仿真分析，可以将理论知识与实践结合起来，并对自行开发的《数字电子技术基础》教学案例的功能做了介绍。通过充分运用Proteus仿真软件和自行开发教学案例演示教学，加深了学生对知识的理解，调动了学习的主动性，提高了课堂教学效果。

关键词：EDA;数字电子;仿真;Proteus

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）20-0153-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： This paper discusses the application of Proteus simulation software in the teaching of digital electronic technology foundation. Through detailed case simulation analysis， the theoretical knowledge and practice can be combined， and the function of self-developed teaching case of digital electronic technologyfoundation is introduced. Through the full use of Proteus simulation software and self-development of teaching cases，the knowledge understanding of students is deepened， the learning initiative is mobilized， and the classroom teaching effect is improved.

Key words： EDA; digital electronics; simulation; Proteus

1引言

《数字电子技术基础》是电子信息类、电气信息类和计算机类等专业的基础课程之一，具有较强的理论性和实践性[1]，该课程在人才培养过程中占有重要地位。随着电子技术和计算机技术的发展，数字电子技术的发展和应用日新月异[2]，传统的课程教学方式已经不能够满足当代课堂教学要求。因此，《数字电子技术基础》课程的教学方式亟待改革，需要通过电子设计自动化（Electronic Design Automation，简称 EDA ）软件，如Multisim[3]，Proteus[4]，EWB[5]等对相关数字电路进行仿真测试[6]。利用EDA软件和自行开发的《数字电子技术基础》教学案例，可以将抽象的理论知识与实践结合起来，生动形象地展现电路的工作原理，调动学生的学习积极性，锻炼学生的动手实践能力，培养学生分析问题和解决问题的能力。下面主要从门电路功能测试、教学案例和六十进制计数器三方面来介绍相关软件在《数字电子技术基础》课程中的应用。

2 门电路功能测试

门电路在《数字电子技术基础》课程的学习过程中占据重要地位，然而学生在学习《数字电子技术基础》这门课程中，经常遇到门电路概念混淆不清的现象，导致课程后续内容学习困难，主要原因归结于传统的课堂授课不能形象地体现门电路的具体功能，大部分教师仍然采取纯理论授课形式。因此，门电路的教学内容迫切需要通过仿真软件来演示其相应的功能。表1为与门、或门和异或门的功能表。

图1为二输入与门（74LS08）、二输入或门（74LS32）和异或门（74LS86）的功能测试电路。当AB=00时，二极管D1、D2、D3均不亮，此时门电路输出均为低电平;当AB=01或AB=10时，二极管D1不亮，D2、D3亮，因此与门输出低电平，或门和异或门输出高电平;当AB=11时，二极管D1、D2亮，D3不亮，说明与门和或门输出高电平，异或门输出低电平。通过对图1所示门电路功能测试，可以形象生动地演示与门、或门和异或门三种门电路的逻辑功能，能够使学生轻松掌握门电路基础知识，增加了学生的学习兴趣，提高了《数字电子技术基础》课程的课堂教学效果，为《数字电子技术基础》课程后续内容学习打下坚实的基础。

3数字电子技术基础教学案例

课程组利用VB.net编程软件自行开发了用于《数字电子技术基础》课程教学的案例演示课件，具有手动演示、自动演示等功能，如图2所示。主要包括半加器、全加器、译码器、移位寄存器、计数器[7]等案例内容，学生通过该案例演示软件的学习，可以加深对《数字电子技术基础》课程的理论知识理解，熟悉常规数字集成电路芯片在组合逻辑和时序逻辑电路中的应用，增强学生的逻辑思维能力。

图3为7400芯片构成的半加器电路，通过对开关A、B的控制，可以观察半加和S、进位CO的输出情况。当开关A、B都接地时，S和CO均为低电平;当开关A接地、B接VCC时，S为高电平、CO为低电平;当开关A接VCC、B接地时，S为高电平、CO为低电平;当开关A、B都接VCC时，S为低电平、CO为高电平。通过该案例的演示，学生可以轻松掌握半加器的工作原理，为全加器和逐位进位加法器设计做准备。

4六十进制计数器

由时钟电路（NE555）、计数器（74LS160）、译码器（74HC4511）和七段数码显示器组成的六十进制计数器电路如图4所示。NE555芯片构成占空比[8]为50%的多谐振荡器，产生计数器的时钟信号。两片74LS160芯片首先构成100进制计数器，然后通过反馈置零法构成六十进制计数器，计数器的输出信号经过七段显示译码器74HC4511译码后驱动共阴极数码管。六十进制计数器仿真波形如图5所示。根据该案例设计方法，可以让学生组成数个兴趣小组，以项目驱动方式设计一个数字时钟，培养学生的综合应用能力。

5总结

本文运用EDA软件将《数字电子技术基础》课程中抽象的知识点用直观的方法来展示，列舉了如何用该方法来教授基本门电路这一较难理解的知识点，学生可以清楚地看到相同的输入条件下，与、或、异或三种门电路不同的输出结果，教学效果 良好。另外介绍了VB.net开发的案例演示课件，具有手动演示、自动演示等不同功能，该案例库包含了加法器、译码器、编码器、移位寄存器、计数器等众多案例，涵盖了教学大纲中大部分知识点。通过案例库的建设，知识不再是书本上艰深晦涩的知识点，能增强学生的学生兴趣，学生还能学会中规模集成芯片的应用。最后，本文通过六十进制计数器，将555定时器、组合逻辑电路、时序电路和显示电路结合起来，以项目形式展现书本知识，培养学生的工程应用能力。

参考文献：

[1] 周贵舟.数字电子技术基础“虚实结合”的自主性实验模式研究[J].电脑知识与技术，2019，15（05）：264-265.

[2]廖秋香，郭慧.“数字电子技术基础”课程教学改革探索[J].梧州学院学报，2012，22（1）：90-92.

[3]吕念芝.Multisim在“数字电子技术”课程设计中的应用[J].电气电子教学学报，2018，40（03）：143-146.

[4] 佘新平.Proteus仿真软件在《数字电子技术》课程教学中的应用[J].长江大学学报（自科版），2013，10（28）：124-126.

[5]杨方.在数字电子技术基础教学中应用EWB仿真软件[J].赣南师范学院学报，2012，33（3）：97-98.

[6] 鲁世斌，陈军宁，柯导明.基于OrCAD/PSpice10.5的电子电路仿真[J].电脑知识与技术，2006（08）：108-110.

[7]康华光，秦臻，张林.电子技术基础数字部分（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2014：310-330.

[8]阎石，王红.数字电子技术基础（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2016：375-381.

【通联编辑：王力】