談“數(shù)字電子技術(shù)”設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中仿真軟件的應(yīng)用

1、談“數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中仿真軟件的應(yīng)用摘要介紹了仿真軟件EB的功能及特點(diǎn)，結(jié)合電子電路實(shí)例闡述了該軟件在數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中的詳細(xì)應(yīng)用，及EB仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出虛實(shí)結(jié)合的數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的最正確教學(xué)形式之一的觀點(diǎn)。關(guān)鍵詞EB仿真軟件；數(shù)字電子技術(shù)；設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)Abstrat：ThisartileintrduedfuntinsandhrateristisfthesiulatinsftareEB.Itexpundedtheappliatinfthissftareinnuerialeletrnitehnlgydesignexperient

2、sithexaplesfeletrniiruit，andthestrngandeakpintsfEBsiulatinexperientandrealfieldexperient，andputfrardtheteahingfeletrniiruitexperientithintegratinfsiulatin-realfieldisthebestdelindernexperientteahinginnuerialeletrnitehnlgy.Keyrds：EBsiulatinsftare；digitaleletrnitehnlgy；design-rientedexperient1引言數(shù)字電子技術(shù)

3、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)是數(shù)字電子技術(shù)課程重要的理論性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)的綜合性訓(xùn)練，其重點(diǎn)是要求學(xué)生綜合所學(xué)的理論知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能，設(shè)計(jì)制作功能較為復(fù)雜的電路，研究解決具有一定深度和工作量的小課題。其目的是穩(wěn)固和拓展學(xué)生所學(xué)的根本理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用、獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的才能，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)才能和創(chuàng)新型思維才能。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中，一方面受實(shí)驗(yàn)室元器件及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的品種、規(guī)格和數(shù)量上缺乏的限制，不能滿(mǎn)足各種新電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試的要求，使得實(shí)驗(yàn)工程開(kāi)設(shè)數(shù)量有限，且內(nèi)容更新緩慢，學(xué)生只能在規(guī)定的時(shí)間和空間完成教師指定的設(shè)計(jì)工程，而且受元器件品種和數(shù)量的限制，學(xué)生的設(shè)計(jì)方案只能“量體裁衣

4、，有些獨(dú)特的想法和設(shè)計(jì)思路難以實(shí)現(xiàn)。另一方面設(shè)計(jì)過(guò)程中電路的安裝、調(diào)試、測(cè)量過(guò)程是在實(shí)驗(yàn)箱和面包板上進(jìn)展，往往需要反復(fù)進(jìn)展屢次，這就難免出現(xiàn)錯(cuò)誤連線和器件損壞的現(xiàn)象，不僅使電路調(diào)試費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還可能造成錯(cuò)誤的性能評(píng)價(jià)，易導(dǎo)致學(xué)消費(fèi)生厭煩情緒和對(duì)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的畏懼心理，致使設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)不能到達(dá)預(yù)期效果。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式在某種程度上制約了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，阻礙了學(xué)生主動(dòng)探究的積極性，對(duì)高職教育培養(yǎng)技能型人才極為不利。假如把Eletrnisrkbenh(EB)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件應(yīng)用到數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)展輔助分析與設(shè)計(jì)，不僅有助于解決上述傳統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)

5、教學(xué)中存在的問(wèn)題，使學(xué)生學(xué)到新的電子設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)步設(shè)計(jì)程度和實(shí)驗(yàn)效率，而且還會(huì)拓展學(xué)生所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用范圍，進(jìn)一步進(jìn)步學(xué)生的職業(yè)綜合素質(zhì)。2EB軟件的特點(diǎn)與應(yīng)用EB軟件是專(zhuān)門(mén)用于電子電路設(shè)計(jì)與仿真的“虛擬電子工作臺(tái)軟件，其功能強(qiáng)大，可以提供電阻、電容、三極管、集成電路等十幾個(gè)大類(lèi)幾千種元件；可以提供示波器、萬(wàn)用表等十幾種常用的電子儀器；具有強(qiáng)大的電路圖繪制功能及波形顯示功能。用該軟件對(duì)電路進(jìn)展設(shè)計(jì)、分析非常方便。將EB軟件引入到數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)型教學(xué)中，為學(xué)生提供了一個(gè)大膽思維、充分發(fā)揮創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。EB軟件的設(shè)計(jì)試驗(yàn)區(qū)好似一塊“面包板，在上面可以建立各種電路進(jìn)展仿真實(shí)驗(yàn)。與其他電路仿真軟件

6、相比，具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。它改變了一般電路仿真軟件輸入電路必須采用文本方式的不便，創(chuàng)立電路的元器件和測(cè)試儀器等均可直接從屏幕上器件庫(kù)和儀器庫(kù)中直接選齲EB中的元器件庫(kù)不僅提供了數(shù)千種電路元器件供選用，而且還提供了各種元器件的理想值。因此，仿真的結(jié)果就是該電路的理論值，這對(duì)于驗(yàn)證電路原理，開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)新電路極為方便1，同時(shí)具有很大的靈敏性。數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)與仿真工作實(shí)現(xiàn)于輕點(diǎn)鼠標(biāo)之中，由于使用了虛擬儀器技術(shù)，仿真電路就像在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作一樣，元器件可隨意調(diào)用，參數(shù)可隨意修改，一個(gè)方案不成功可抹掉重來(lái)，不怕元件損壞，不怕儀器出現(xiàn)故障，而且不受時(shí)間、地點(diǎn)、人數(shù)的限制，實(shí)驗(yàn)器件品種、型號(hào)齊

7、全。學(xué)生不受規(guī)定實(shí)驗(yàn)工程的限制，能充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，實(shí)驗(yàn)過(guò)程不僅充滿(mǎn)無(wú)盡的樂(lè)趣，而且大大進(jìn)步了電子設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效率。在設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先要求學(xué)生對(duì)自己所設(shè)計(jì)的電路通過(guò)EB軟件平臺(tái)進(jìn)展仿真模擬(虛擬仿真實(shí)驗(yàn))，其次要求學(xué)生用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)該電路(實(shí)物實(shí)驗(yàn))，并將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與硬件實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)展對(duì)照分析。這樣不僅培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)數(shù)字電路進(jìn)展仿真實(shí)驗(yàn)的才能和在軟件平臺(tái)上進(jìn)展電路設(shè)計(jì)的才能，而且便于學(xué)生隨時(shí)改變電路構(gòu)造、元器件參數(shù)來(lái)調(diào)整(修改)電路，使之更好地滿(mǎn)足設(shè)計(jì)所提出的性能指標(biāo)的詳細(xì)要求，得到較為理想的設(shè)計(jì)電路。3數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)舉例3.1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個(gè)汽車(chē)尾燈控

8、制電路。其設(shè)計(jì)要求為：假設(shè)汽車(chē)尾部左右兩側(cè)各有三個(gè)指示燈(用發(fā)光二極管模擬)。(1)汽車(chē)正常運(yùn)行時(shí)指示燈全滅；(2)右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)三個(gè)指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮；(3)左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左側(cè)三個(gè)指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮；(4)臨時(shí)剎車(chē)時(shí)，所有指示燈同時(shí)閃爍2。用三個(gè)開(kāi)關(guān)控制指示燈的點(diǎn)亮狀態(tài)。其中兩個(gè)是轉(zhuǎn)向控制開(kāi)關(guān)：1用于左轉(zhuǎn)；2用于右轉(zhuǎn)；還有一個(gè)是模擬腳踏制動(dòng)(剎車(chē))開(kāi)關(guān)3。3.2設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求，畫(huà)出汽車(chē)尾燈控制電路原理框圖，如圖1所示。3.3根本原理及單元電路設(shè)計(jì)3.3.1工作原理汽車(chē)尾燈控制電路是由振蕩電路、三進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)控制電路等電路組成。由于汽車(chē)左右轉(zhuǎn)彎時(shí)，三個(gè)指示

9、燈循環(huán)點(diǎn)亮，所以用三進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點(diǎn)亮。3.3.2三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路的仿真設(shè)計(jì)三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路可由雙JK觸發(fā)器7476構(gòu)成。如圖2所示。使用EB軟件平臺(tái)中的元器件創(chuàng)立電路，其中輸出1Q、2Q均連接到顯示器件探測(cè)器(指示燈)上，可以通過(guò)探測(cè)器發(fā)光與否來(lái)直接觀察電路的輸出狀態(tài)(該探測(cè)器假設(shè)發(fā)光那么表示為高電平“1；假設(shè)不發(fā)光那么表示為低電平“0)。時(shí)鐘脈沖控制信號(hào)P(為了突出設(shè)計(jì)電路的簡(jiǎn)捷，省略了該局部電路的設(shè)計(jì))直接采用EB軟件平臺(tái)中的脈沖信號(hào)源(其頻率7Hz、幅值5V、占空比50%)來(lái)替代。創(chuàng)立電路圖完畢，進(jìn)展仿真分析實(shí)驗(yàn)，即按下“啟動(dòng)/停頓開(kāi)關(guān)，運(yùn)行

10、EB模擬程序?qū)λO(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)展模擬分析，從探測(cè)器指示燈上的狀態(tài)可以直接觀察出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。還可以用虛擬邏輯分析儀來(lái)觀P、1Q、2Q的輸出時(shí)序波形圖。如圖3所示：轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3.3.3汽車(chē)尾燈電路的仿真設(shè)計(jì)汽車(chē)尾燈電路由譯碼電路和顯示驅(qū)動(dòng)電路組成。其顯示驅(qū)動(dòng)電路由6個(gè)發(fā)光二極管和6個(gè)反相器(7404)構(gòu)成；譯碼電路由38線譯碼器74138和6個(gè)與非門(mén)(7400)構(gòu)成。74138的三個(gè)輸入端A、B、分別接三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端1Q、2Q和轉(zhuǎn)向控制開(kāi)關(guān)2。當(dāng)2=0，使能端信號(hào)G=0(譯碼器工作)、S=1，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00、01、10時(shí)，74138對(duì)應(yīng)的輸出端Y0、Y1、Y2依次為“0有效，

11、即反相器G1G3的輸出端也依次為0，故指示燈按D3D2D1順序點(diǎn)亮。假設(shè)上述條件不變，而2=1時(shí)，那么74138對(duì)應(yīng)的輸出端Y4、Y5、Y6依次為0有效，即反相器G4G6的輸出依次為0，故指示燈按D4D5D6順序點(diǎn)亮。當(dāng)G=1(譯碼器制止譯碼)、S=1時(shí)，74138的輸出全為1，G1G6的輸出也全為1，指示燈全滅；G=1、S=P時(shí)，指示燈隨P的頻率閃爍。(“1表示高電平，“0表示低電平)，電路中限流電阻取值為0.2k。電路如圖4所示。3.3.4開(kāi)關(guān)控制電路仿真設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)控制電路用異或門(mén)(7486)和與非門(mén)構(gòu)成。設(shè)74138和顯示驅(qū)動(dòng)電路的使能端信號(hào)分別為G和S。當(dāng)3=0時(shí)：1=1、2=0表示汽車(chē)

12、左轉(zhuǎn)；1=0、2=1表示汽車(chē)右轉(zhuǎn)；1、2全為1或全為0表示汽車(chē)正常行駛，3=1表示汽車(chē)臨時(shí)剎車(chē)。汽車(chē)正常運(yùn)行時(shí)G=S=1；汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)G=0、S=1；汽車(chē)臨時(shí)剎車(chē)時(shí)G=1、S=P?？梢酝ㄟ^(guò)探測(cè)器發(fā)光與否來(lái)直接觀察G、S的輸出狀態(tài)。其電路如圖5所示：3.4汽車(chē)尾燈控制電路的仿真分析將各模塊電路連接成完好的仿真電路，時(shí)鐘脈沖控制信號(hào)P直接采用EB軟件平臺(tái)中的脈沖信號(hào)源。如圖6所示：接通仿真開(kāi)關(guān)，進(jìn)展電路仿真分析實(shí)驗(yàn)。按數(shù)字鍵3，使剎車(chē)控制開(kāi)關(guān)3接低電平，接著按數(shù)字鍵1和2，使轉(zhuǎn)向控制開(kāi)關(guān)1=1、2=0，此時(shí)發(fā)光二極管按D3D2D1順序循環(huán)點(diǎn)亮，示意汽車(chē)左轉(zhuǎn)；使1=0、2=1，此時(shí)發(fā)光二極管按D4D5

13、D6順序循環(huán)點(diǎn)亮，示意汽車(chē)右轉(zhuǎn)；使1=2=0或1=2=1，發(fā)光二極管全滅，示意汽車(chē)正常行駛。再按數(shù)字鍵3，使剎車(chē)控制開(kāi)關(guān)3=1，此時(shí)無(wú)論轉(zhuǎn)向控制開(kāi)關(guān)1和2取何值，都將看到發(fā)光二極管D1D6均隨時(shí)鐘脈沖控制信號(hào)P頻率閃爍，示意汽車(chē)臨時(shí)剎車(chē)。由仿真分析可知，通過(guò)EB軟件平臺(tái)仿真設(shè)計(jì)的汽車(chē)尾燈控制電路滿(mǎn)足課題的設(shè)計(jì)要求，而且仿真過(guò)程方便、直觀，效果生動(dòng)、形象。4EB仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際硬件實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合從實(shí)例分析可見(jiàn)，EB軟件平臺(tái)本身含有強(qiáng)大的元器件庫(kù)，從而不受經(jīng)費(fèi)和數(shù)量的限制，可以隨時(shí)改變電路元器件參數(shù)來(lái)調(diào)整電路，使之更好地接近設(shè)計(jì)要求。但仿真實(shí)驗(yàn)也有它自身的局限性，利用EB軟件設(shè)計(jì)的電路僅僅是一個(gè)虛擬

14、的電路，與實(shí)際電路有著本質(zhì)的區(qū)別，由于EB是通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作才能與元器件、儀器設(shè)備的使用才能方面存在著不可防止的缺點(diǎn)，假如學(xué)生只在EB技術(shù)軟件平臺(tái)上進(jìn)展仿真分析與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，而不經(jīng)過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，那么電路設(shè)計(jì)也只是“紙上談兵。因此在數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)型教學(xué)中要注意“虛與“實(shí)的有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮仿真實(shí)驗(yàn)“虛與硬件實(shí)驗(yàn)“實(shí)的各自?xún)?yōu)勢(shì)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)加深對(duì)理論的理解，建立動(dòng)態(tài)、形象、直觀的感性認(rèn)識(shí)；而通過(guò)實(shí)際硬件實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手才能，積累設(shè)計(jì)、調(diào)試、革新等方面的理論經(jīng)歷。電路的仿真實(shí)驗(yàn)和電路的硬件實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系是相輔相成的，二者缺一不可3。所以，對(duì)于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)應(yīng)要求學(xué)生在設(shè)計(jì)好電路之后，必須使用EB軟件平臺(tái)進(jìn)展電路仿真、調(diào)試，優(yōu)化電路構(gòu)造和參數(shù)，以得出最正確、最優(yōu)的電路設(shè)計(jì)方案。最后，再用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這才是現(xiàn)代數(shù)字電路設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)最正確的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。將EB軟件平臺(tái)的仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際