利用EWB仿現(xiàn)數(shù)字電路實驗

1、利用EWB仿真實現(xiàn)數(shù)字電路實驗農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息)2007年第10期交流園地利用EWB仿真實現(xiàn)數(shù)字電路實驗蔡飛(福建農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院信息技術(shù)系,福建福州350303)摘要:隨著計算機技術(shù)的普及,目前EDA(ElectronicDesignAutomation)技術(shù)得到很廣泛應(yīng)用.在數(shù)字電路課程教學中,教師可以利用EDA軟件進行仿真,演示,使學生消除”抽象感”,增加學習的興趣,使數(shù)字電路課程中一些基本理論和基本概念更加容易理解.作者以組合邏輯電路分析一章中半加器的分析為例來說明EDA軟件之一EWB(ElectronicsWorkbench)在數(shù)字電路課程教學中的應(yīng)用.關(guān)鍵詞:虛擬;仿真;軟件;數(shù)字電路

2、;實驗中圖分類號:TP399文獻標識碼:B文章編號:1672-6251(200710-0191_03ApplicationofEWBtorealizethedigitalcircuitexperimentCAIFei(FujianVocationalCollegeofAgriculture,Fuzhou350303,China)Abstract:Withthepopularizationofcomputer,theEDAtechnologyisappliedverybroadlyatpresent.Indigitalcircuitcourseteaching,theteachercalltak

3、eadvantageoftheEDAsoftwaretoremove”abstractfeeling”,increasethestudyinginterest,andthusmakethefundamentaltheoryandthebasicconcepteasytounderstand.Inthispaper,theauthortakestheexampleofcombininglogiccircuitanalysistoexplaintheapplicationofEWBtorealizethedigitalcircuitexperiment.Keywords:Virtuality;Em

4、ulation;Software;Digitalcircuit;ExperimentEWB的英文全名是ElectronicsWorkbenchf電子工作臺),它虛擬了一個可以對模擬電子電路和數(shù)字電子電路進行模擬仿真的工作臺,具有較完善的各種元器件模型庫和幾種常用的分析儀器.可以將不同類型的電路組合成混合電路,尤其是對數(shù)字電路進行仿真.它不僅可以完成電路瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析,時域和頻域分析,器件的線性和非線性分析,電路的噪聲分析和直流分析等常規(guī)電路的分析,而且還提供了離散傅里葉分析,電路零極點分析,交直流靈敏度分析和電路容差分析等共計14種電路分析方法,并具有故障模擬和數(shù)據(jù)儲存等功能.以及能將設(shè)計

5、好的電路文件直接輸出到常用的一些電子電路排版軟件,如Protel等,排出印刷電路板圖,為實現(xiàn)電子電路的設(shè)計提供了很大的方便.目前最高版本達到EWB10.0,常用的有EWB5.0版本.主要運行于windows98環(huán)境下.EWB不但是一個非常優(yōu)秀的電子設(shè)計軟件,而且也是一個非常優(yōu)秀的電子技術(shù)模擬實際訓練軟件,它幾乎可以完成在實驗室進行的所有電子技術(shù)的實驗,并且和實際實驗情況非常貼切,選用的元器件和儀器也和實際收稿日期:20070521作者簡介:蔡飛(1979一),男,講師,研究方向:局域網(wǎng)組建與維護.情況非常相近,一般會正確使用常規(guī)儀器的讀者,都能較快地掌握軟件所提供的虛擬儀器的使用方法.另外在實

6、驗設(shè)備和儀器不能滿足某些實驗課要求的情況下,用EWB進行仿真實驗不失為一種有效的補充方法.由于EWB軟件是基于Windows操作系統(tǒng)上的,所以它的操作方法的其它基于Windows環(huán)境下的軟件操作方法一樣,所見即所得.要用的元器件,儀器等,只要用鼠標點擊,隨時可以取來,完成參數(shù)設(shè)置,連接成電路,就可以啟動運行,進行分析和測試等.因此EWB軟件具有入門容易,學習輕松,結(jié)合實際,富有趣味的特點.數(shù)字電路是計算機專業(yè)的一門骨干課程,其教學效果的好壞,學生接受的程度,將直接影響后續(xù)各類相關(guān)專業(yè)課程的教學效果.目前,在數(shù)字電路課程教學中,教師一般采用的教學方法是:先在課堂上給學生介紹理論知識,再引用例題加

7、以論證,然后由學生通過做作業(yè)和實驗加深對理論的理解.這種傳統(tǒng)的教學方式,存在著以下的問題:一是大多數(shù)教師只著重于傳授理論知識,無法使學生真實地感受到電路的可實現(xiàn)性,也無法判斷理論分析方案的正確性.二是理論分析通常都是一些繁瑣的公式191農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息2007年第10期交流園地推導及一些孤立的計算數(shù)據(jù),很難形成電路的特性曲線,缺乏直觀性,更難對電路的參數(shù)進行分析及優(yōu)化設(shè)計.三是學生在聽理論課時,由于跟實際聯(lián)系不上,對理論難以理解,甚至于不能理解,造成對數(shù)字電路”難學,抽象”的思想障礙,從而對學習失去興趣.將WEB引入數(shù)字電路教學,可以使教師在講解理論的同時,利用WEB軟件進行仿真,演示,使學生消除

8、”抽象感”,增加學習興趣.使課堂教學更加生動,直觀,使數(shù)字電路課程中一些基本理論和基本概念更加容易理解.下面以EWB5.0版本為例通過組合邏輯電路一章的組合邏輯分析為例,說明EWB軟件在數(shù)字電路課程教學中的應(yīng)用效果.例如分析圖1所示電路的邏輯功能:圖1按常規(guī)的分析方法是:寫出邏輯表達式并化簡,再列出真值表,最后分析其邏輯功能.利用EWB進行仿真分析,方法有以下兩種:方法1:用開關(guān)送入邏輯電平,用指示燈顯示輸出結(jié)果.l根據(jù)圖l所示邏輯圖.在EWB工作區(qū)編輯仿真電路圖(1)雙擊桌面上EWB啟動圖標,進入EWB主窗口.(2)從庫中調(diào)出全部電路部件:單擊邏輯門電路庫圖標,用鼠標將5個與非門拖到工作區(qū),

9、并放置在適當?shù)奈恢?單擊基本器件庫圖標,用鼠標將開關(guān)拖到工作區(qū)的適當位置,并將其反轉(zhuǎn)180度,以便于接線;單擊電源庫圖標,用鼠標將其+VCC和接地符號拖到工作區(qū)適當位置;單擊指示器件圖標,用鼠標將紅色指示燈拖到工作區(qū)適當位置;(3)設(shè)置器件參數(shù)和定義開關(guān)控制鍵:門電路參數(shù)默認系統(tǒng)設(shè)定值,不必重新設(shè)置;電源+VCC默認系統(tǒng)設(shè)置為+5v:定義開關(guān)控制鍵:系統(tǒng)默認的開關(guān)鍵為空格鍵,按動鍵盤上的空格鍵,可以看到二個開關(guān)同時動作.若要分別對開關(guān)進行控制,則要重新定義開關(guān)控制鍵,方法是用鼠標雙擊某個開關(guān),打開參數(shù)對話框,在Key文本框中鍵入控制鍵名,如A,然后確定關(guān)閉對話框即可.此時,可以看到開關(guān)的上方S

10、pace變成【A,表明該開關(guān)由字母A控制.用同樣的方法,將其余一個開關(guān)的控制鍵定義為【B.按圖1原理圖連接電路.標記輸入,輸出標號A,B,s和C,得出仿真電路.2仿真測試電路的邏輯功能按動開關(guān)控制鍵【A和【B,依次輸入邏輯變量為00,01,10,11,觀察輸出指示燈的狀態(tài),便可得到如表1所示的結(jié)果.可見,這是一個半加器.從仿真的結(jié)果顯示邏輯功能正確.表1半加器仿真記錄表方法2:用字信號發(fā)生器作輸入信號,用邏輯分析儀顯示輸入,輸出波形,根據(jù)波形分析驗證電路邏輯功能.(1)把仿真電路中的開關(guān),+VCC和接點符號刪除.(2)調(diào)用字信號發(fā)生器和邏輯分析儀;單擊儀器庫圖標,用鼠標把字信號發(fā)生器和邏輯分析

11、儀拖到工作區(qū),放置在適當?shù)奈恢?(3)將儀器與仿真電路連接好.把邏輯電路的輸入信號A,B和輸出信號s和C都送到邏輯分析儀的輸入端,同時顯示5個波形,以便于分析.(4)儀器設(shè)置.設(shè)置字信號發(fā)生器:雙擊字信號發(fā)生器圖標,顯示字信號發(fā)生器面板,再進行以下的編輯.編輯字信號,從0號地址開始,分別輸入0000H,0001H,0004H,0005H.均是16進制數(shù),其最低位分別對應(yīng)二進制數(shù)為0000,0001,0100,0101.它們對應(yīng)輸入信號A,B為00,01,10,11.編輯字信號輸出地址范圍為00000003,在Initial文件框中輸入0000,在Final文本框中輸入0003;選擇輸出方式:單

12、幀輸出.按BURST鈕即可;設(shè)定輸出頻率:可默認系統(tǒng)設(shè)置為1KHZ.設(shè)置邏輯分析儀,雙擊邏輯分析儀圖標,顯示它的面板.可默認系統(tǒng)設(shè)置.邏輯分析儀可以同步記錄和顯示16路邏輯信號,因此,當把電路的輸入信號和輸出信號都接入邏輯分析儀的輸入端時,可以同步顯示出輸入信號和輸出信號的波形.單擊儀器庫圖標,打開儀器庫,將邏輯分析儀圖標拖到工作區(qū),再雙擊該圖標,顯示其面板.面板上部為波形記錄區(qū),左邊是16路信號輸入端,自上而下依次排列,上面第一路是輸入信號的最低位,下面一192農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息)2007年第1O期交流園地最后一路是輸入信號的最高位.在波形記錄區(qū)的兩邊各有一根讀數(shù)指針,拖動讀數(shù)指針到適當?shù)奈恢?可

13、讀取波形數(shù)據(jù).面板下方為讀數(shù)顯示的控制區(qū).讀數(shù)顯示可讀出指針1和指針2對應(yīng)的時間值,以及兩個指針所在位置的16路信號值(即邏輯值,以16進制數(shù)讀出).控制操作有停止(Stop),復位(Reset),采樣頻率設(shè):(Clockset),水平時間刻度設(shè)置和觸發(fā)模式設(shè)triggerset).復位鈕對邏輯分析儀產(chǎn)生復位控制.在運行中,每按一下復位鈕,記錄區(qū)波形被清除,并重新開始顯示波形;在停止運行后按下復位鈕,則消除波形記錄區(qū)的波形.采樣頻率一般默認系統(tǒng)設(shè)定值即可.調(diào)節(jié)水平時間刻度設(shè)置,可調(diào)整波形的疏密.(5)啟動運行:單擊啟動開關(guān),電路開始運行,此時邏輯分析儀的波形記錄應(yīng)有波形輸出.可調(diào)節(jié)波形顯示區(qū)右

14、下方的時間刻度,使顯示出疏密合適和波形.(6)分析波形:用鼠標拖動讀數(shù)指針到波形的適當位置,讀取A,B,S和C的波形邏輯值,并記錄在表2中,結(jié)果顯示電路邏輯功能正確.邏輯轉(zhuǎn)換儀是Workbench特有的儀器,實際工作中不存在這種對應(yīng)的設(shè)備.邏輯轉(zhuǎn)換儀能夠完成真值表,邏表2邏輯分析儀波形邏輯值記錄表ABS(和)C(位)0000011010101101輯表達式和邏輯電路三者之間的相互轉(zhuǎn)換,這一功能給數(shù)字電路的教學帶來很大的方便.(1)邏輯電路一真值表.邏輯轉(zhuǎn)換儀可以將多路(最多八路)輸入一路輸出的邏輯電路導出它的真值表.首先畫出邏輯電路,并將其輸入端接至邏輯轉(zhuǎn)換儀的輸入端,輸出端通過換接開關(guān)接至邏

15、輯轉(zhuǎn)換儀的輸出端.按下”電路一真值表”按鈕,在邏輯轉(zhuǎn)換儀的顯示窗I:1,即真值表區(qū)出現(xiàn)該電路的真值表.(2)真值表邏輯表達式.按下”真值表邏輯表達式”按鈕,在邏輯表達式欄即可出現(xiàn)相應(yīng)的該真值表的簡化邏輯表達式.注意,在邏輯表達式中的”.是用來表示邏輯變量的”非”.f3)表達式真值表,邏輯電路或邏輯與非門電路.也可以直接在邏輯表達式欄中輸入邏輯表達式(“與一或”式及”或一與”式均可),然后按下”表達式一真值表”按鈕可得到相應(yīng)的真值表;按下”表達式一電路”按鈕可得到相應(yīng)的邏輯電路;按下”表達式一與非門電路”按鈕可得到由與非門構(gòu)成的邏輯電路.邏輯轉(zhuǎn)換儀仿真結(jié)果如圖2所示.可見,在數(shù)字電路課程教學中,應(yīng)用EWB仿真軟件進行圖2理論分析及電路結(jié)構(gòu)的模擬分析時,可以使抽象的理論形象化,復雜的電路實際化,使枯燥的電路特性分析變得生動,形象,真實,可信,讓學生在課堂中就能感受到實驗才具有的測試效果,更好地把理論與實驗聯(lián)系起來.雖然,