數(shù)字電子技術(shù)Proteus仿真教學(xué)改革分析

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摘要：針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)中存在內(nèi)容抽象、理論無法聯(lián)系實(shí)踐、復(fù)雜難學(xué)等諸多問題，提出以Proteus仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)三個(gè)方面進(jìn)行了改革實(shí)踐，經(jīng)過幾年的實(shí)踐表明，提高了學(xué)生對(duì)本專業(yè)的學(xué)習(xí)熱情、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，教學(xué)質(zhì)量得到很大改善。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)；proteus仿真；教學(xué)改革

1PROTEUS軟件介紹

PROTEUS軟件是英國LabcenterElectronics公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿制及印制電路板設(shè)計(jì)軟件，是一個(gè)電子設(shè)計(jì)的教學(xué)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和創(chuàng)新平臺(tái)，覆蓋了電工電子實(shí)驗(yàn)室、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，單片機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室等全部功能。它可以對(duì)模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)仿真，并進(jìn)行功能驗(yàn)證，通過動(dòng)態(tài)器件如電機(jī)、LED，LCD開關(guān)等，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器，實(shí)時(shí)觀看運(yùn)行后的輸入輸出的效果。

2理論教學(xué)改革

根據(jù)我校地處偏遠(yuǎn)且為農(nóng)林院校的特殊情況和實(shí)際工程需要，教學(xué)內(nèi)容上舍去復(fù)雜的理論分析，注重理論分析結(jié)果的應(yīng)用，減少有關(guān)器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析過程，著重介紹器件（或集成元器件）的作用、主要參數(shù)、使用方法。全系教師根據(jù)各路反饋信息，確定數(shù)字電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、脈沖波形產(chǎn)生于整形，AD/DA和DA/AD轉(zhuǎn)換電路五大教學(xué)項(xiàng)目，每個(gè)大項(xiàng)目又分為幾個(gè)小的教學(xué)模塊，同時(shí)弱化或忽略掉其它相關(guān)內(nèi)容?！稊?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》是學(xué)生第一次接觸與以往截然不同的邏輯電路，其中涉及到很多電路的原理和繁瑣抽象名詞術(shù)語，這些無論板書或者多媒體課件，都會(huì)使學(xué)生覺得枯燥無味，喪失學(xué)習(xí)激情。如果教學(xué)時(shí)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，在理論教學(xué)過程中利用多媒體講解原理、用法，再穿插Proteus仿真,可使理論知識(shí)直觀、形象、生動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶。例如，剛接觸常用組合邏輯電路8線-3線優(yōu)先編碼器74HC148時(shí)，學(xué)生對(duì)什么是編碼器，選通輸入端、低電平有效等名詞一頭霧水，更難以想象對(duì)輸入的編碼其輸出是怎樣的，如果有幾路信號(hào)同時(shí)輸入，究竟對(duì)哪一路優(yōu)先編碼輸出，怎樣實(shí)現(xiàn)利用功能端實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展編碼？單靠多媒體講解，這些問題在學(xué)生腦海里像一盤漿糊，一片茫然，無疑加大了學(xué)生的理解難度。這時(shí)，教師可以在Proteus界面上形象地演示編碼器74HC148的邏輯功能，如圖1所示，改變各個(gè)輸入端和控制端的輸入，即可用發(fā)光二極管形象的表現(xiàn)出74HC148輸出端的狀態(tài)，結(jié)合仿真現(xiàn)象形象講解，使得原來難以理解的芯片功能表也變得容易，會(huì)起到事半功倍之效，為后面的學(xué)習(xí)打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)踐表明，通過在課堂上現(xiàn)場穿插PROTEUS仿真教學(xué)，學(xué)生很輕松學(xué)習(xí)地譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)比較器等常用組合邏輯電路，各種觸發(fā)器、常用時(shí)序邏輯電路和555定時(shí)器的運(yùn)用，以及AD,DA轉(zhuǎn)換器，對(duì)《數(shù)字電路基礎(chǔ)》的畏難情緒一掃而光。

3實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

在我校人才培養(yǎng)方案中該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)10學(xué)時(shí)，因受到實(shí)驗(yàn)場所、時(shí)間、設(shè)備和管理等多方面因素的限制，幾乎不可能提供學(xué)生太多的實(shí)踐機(jī)會(huì)。而且，傳統(tǒng)的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)往往以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生機(jī)械第按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書連線，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完全沒有獨(dú)立思考和動(dòng)手設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力被嚴(yán)重制約。自從在教學(xué)中引進(jìn)PROTEUS仿真后，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也進(jìn)行了大刀闊斧的改革。首先，在講解相關(guān)理論內(nèi)容時(shí)，提前給大家布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求學(xué)生利用課余時(shí)間先進(jìn)行PROTEUS仿真，并把仿真文件傳給教師，進(jìn)行檢查指導(dǎo)，然后實(shí)驗(yàn)課上再完成硬件連接。再次，加大設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)力度。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不再以驗(yàn)證性試驗(yàn)為主，加大設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，重點(diǎn)放在各種芯片的應(yīng)用設(shè)計(jì)上。增加用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)測試輸血和受血血型匹配的電路實(shí)驗(yàn)，74LS138譯碼器和與非門設(shè)計(jì)控制發(fā)電機(jī)工作的邏輯電路、電子秒表實(shí)驗(yàn)等設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。例如，圖2就是實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生利用74LS153芯片設(shè)計(jì)的血型匹配電路。圖中，A、B代表輸血者，C、D代表受血者（她們的取值00代表O型血，01代表A型血，10代表B型血，11代表AB型血），根據(jù)四個(gè)變量的取值，在輸出端用發(fā)光二極管表示是否匹配，二極管亮表示血型匹配，二極管熄滅表示血型不匹配。最后，加大實(shí)驗(yàn)考核力度。為了促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的熱情，試驗(yàn)成績?cè)谡n程考核成績中所占比重加大，由過去的15%，加大30%。另外，不再完全根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和考勤給實(shí)驗(yàn)成績，而是組織專門考試。學(xué)生現(xiàn)場抽取預(yù)先準(zhǔn)備好的題目，當(dāng)場做實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和學(xué)生講解，教師現(xiàn)場給成績。

4課程設(shè)計(jì)改革

課程設(shè)計(jì)是教學(xué)中非常重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生獲取實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)和能力，走向就業(yè)的重要途徑。但是，對(duì)于沒有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來說，設(shè)計(jì)電路的合理、正確與否沒有判斷經(jīng)驗(yàn)，容易造成器件和儀器的損壞，有時(shí)辛苦焊接好后，預(yù)期的設(shè)計(jì)結(jié)果也出不來，往往需要重新設(shè)計(jì)，造成大量的人力和資金浪費(fèi)。但采用Proteus軟件后，每個(gè)學(xué)生相當(dāng)于擁有了一個(gè)完整的虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可在ProteusISIS窗口大膽進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、測量、調(diào)試，修改，且在安裝實(shí)物作品前就可看到結(jié)果。仿真成功后，只要安裝正確無誤、焊接可靠、布線合理，實(shí)際作品都會(huì)得到與Proteus仿真設(shè)計(jì)一致的結(jié)果。自從在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)引入Proteus仿真環(huán)節(jié)，學(xué)生設(shè)計(jì)的電子秒表、數(shù)字頻率計(jì)、拔河游戲機(jī)等作品成功率大大提高，節(jié)省了硬件投入，使學(xué)生獨(dú)立操作能力和創(chuàng)造力都得到了極致發(fā)揮。

5結(jié)束語

把Proteus仿真應(yīng)用到《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)中，克服了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，使得枯燥無味的理論知識(shí)變得生動(dòng)起來，為數(shù)電教學(xué)質(zhì)量的提高和創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)提供了一種新的思路和方法。并且，該仿真軟件也可應(yīng)用到后續(xù)課程的單片機(jī)教學(xué)中來，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

王玉忠.面向全面工程教育的CDIO教育探討[J].中國電力教育，2009(6):11-12.

作者：孫少杰 裴玖玲 周丹 單位：塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院