谈“数字电子技术”设计型实验中仿真软件的应用

1、谈“数字电子技术设计型实验中仿真软件的应用摘要介绍了仿真软件EB的功能及特点，结合电子电路实例阐述了该软件在数字电子技术设计型实验中的详细应用，及EB仿真实验与实际操作实验的优缺点，提出虚实结合的数字电子技术设计型实验教学是现代数字电子技术设计型实验的最正确教学形式之一的观点。关键词EB仿真软件；数字电子技术；设计型实验Abstrat：ThisartileintrduedfuntinsandhrateristisfthesiulatinsftareEB.Itexpundedtheappliatinfthissftareinnuerialeletrnitehnlgydesignexperient

2、sithexaplesfeletrniiruit，andthestrngandeakpintsfEBsiulatinexperientandrealfieldexperient，andputfrardtheteahingfeletrniiruitexperientithintegratinfsiulatin-realfieldisthebestdelindernexperientteahinginnuerialeletrnitehnlgy.Keyrds：EBsiulatinsftare；digitaleletrnitehnlgy；design-rientedexperient1引言数字电子技术

3、设计型实验是数字电子技术课程重要的理论性教学环节，是对学生学习数字电子技术的综合性训练，其重点是要求学生综合所学的理论知识和专业技能，设计制作功能较为复杂的电路，研究解决具有一定深度和工作量的小课题。其目的是稳固和拓展学生所学的根本理论和专业知识，培养学生综合应用、独立分析和解决实际问题的才能，培养学生设计才能和创新型思维才能。在传统设计型实验中，一方面受实验室元器件及实验设备的品种、规格和数量上缺乏的限制，不能满足各种新电路的设计和调试的要求，使得实验工程开设数量有限，且内容更新缓慢，学生只能在规定的时间和空间完成教师指定的设计工程，而且受元器件品种和数量的限制，学生的设计方案只能“量体裁衣

4、，有些独特的想法和设计思路难以实现。另一方面设计过程中电路的安装、调试、测量过程是在实验箱和面包板上进展，往往需要反复进展屡次，这就难免出现错误连线和器件损坏的现象，不仅使电路调试费时费力，还可能造成错误的性能评价，易导致学消费生厌烦情绪和对设计型实验的畏惧心理，致使设计型实验不能到达预期效果。由此可见，传统设计型实验教学方式在某种程度上制约了学生创新意识的培养，阻碍了学生主动探究的积极性，对高职教育培养技能型人才极为不利。假如把Eletrnisrkbenh(EB)电子设计自动化软件应用到数字电子技术设计型实验教学中去，应用计算机进展辅助分析与设计，不仅有助于解决上述传统数字电子技术设计型实验

5、教学中存在的问题，使学生学到新的电子设计技术，进步设计程度和实验效率，而且还会拓展学生所学知识的应用范围，进一步进步学生的职业综合素质。2EB软件的特点与应用EB软件是专门用于电子电路设计与仿真的“虚拟电子工作台软件，其功能强大，可以提供电阻、电容、三极管、集成电路等十几个大类几千种元件；可以提供示波器、万用表等十几种常用的电子仪器；具有强大的电路图绘制功能及波形显示功能。用该软件对电路进展设计、分析非常方便。将EB软件引入到数字电子技术设计型教学中，为学生提供了一个大胆思维、充分发挥创造性的实验环境。EB软件的设计试验区好似一块“面包板，在上面可以建立各种电路进展仿真实验。与其他电路仿真软件

6、相比，具有界面直观、操作方便等优点。它改变了一般电路仿真软件输入电路必须采用文本方式的不便，创立电路的元器件和测试仪器等均可直接从屏幕上器件库和仪器库中直接选龋EB中的元器件库不仅提供了数千种电路元器件供选用，而且还提供了各种元器件的理想值。因此，仿真的结果就是该电路的理论值，这对于验证电路原理，开发、设计新电路极为方便1，同时具有很大的灵敏性。数字电路的分析、设计与仿真工作实现于轻点鼠标之中，由于使用了虚拟仪器技术，仿真电路就像在实验室实际操作一样，元器件可随意调用，参数可随意修改，一个方案不成功可抹掉重来，不怕元件损坏，不怕仪器出现故障，而且不受时间、地点、人数的限制，实验器件品种、型号齐

7、全。学生不受规定实验工程的限制，能充分发挥其主观能动性和创造性，实验过程不仅充满无尽的乐趣，而且大大进步了电子设计工作的质量和效率。在设计型实验教学中，首先要求学生对自己所设计的电路通过EB软件平台进展仿真模拟(虚拟仿真实验)，其次要求学生用硬件来实现该电路(实物实验)，并将虚拟仿真实验的结果与硬件实验的结果进展对照分析。这样不仅培养了学生对数字电路进展仿真实验的才能和在软件平台上进展电路设计的才能，而且便于学生随时改变电路构造、元器件参数来调整(修改)电路，使之更好地满足设计所提出的性能指标的详细要求，得到较为理想的设计电路。3数字电子技术设计型实验举例3.1设计任务和要求设计一个汽车尾灯控

8、制电路。其设计要求为：假设汽车尾部左右两侧各有三个指示灯(用发光二极管模拟)。(1)汽车正常运行时指示灯全灭；(2)右转弯时，右侧三个指示灯按右循环顺序点亮；(3)左转弯时，左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；(4)临时刹车时，所有指示灯同时闪烁2。用三个开关控制指示灯的点亮状态。其中两个是转向控制开关：1用于左转；2用于右转；还有一个是模拟脚踏制动(刹车)开关3。3.2设计方案根据设计要求，画出汽车尾灯控制电路原理框图，如图1所示。3.3根本原理及单元电路设计3.3.1工作原理汽车尾灯控制电路是由振荡电路、三进制计数器、译码电路、显示驱动电路和开关控制电路等电路组成。由于汽车左右转弯时，三个指示

9、灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。3.3.2三进制计数器电路的仿真设计三进制计数器电路可由双JK触发器7476构成。如图2所示。使用EB软件平台中的元器件创立电路，其中输出1Q、2Q均连接到显示器件探测器(指示灯)上，可以通过探测器发光与否来直接观察电路的输出状态(该探测器假设发光那么表示为高电平“1；假设不发光那么表示为低电平“0)。时钟脉冲控制信号P(为了突出设计电路的简捷，省略了该局部电路的设计)直接采用EB软件平台中的脉冲信号源(其频率7Hz、幅值5V、占空比50%)来替代。创立电路图完毕，进展仿真分析实验，即按下“启动/停顿开关，运行

10、EB模拟程序对所设计的实验电路进展模拟分析，从探测器指示灯上的状态可以直接观察出实验结果。还可以用虚拟逻辑分析仪来观P、1Q、2Q的输出时序波形图。如图3所示：转贴于论文联盟.ll.3.3.3汽车尾灯电路的仿真设计汽车尾灯电路由译码电路和显示驱动电路组成。其显示驱动电路由6个发光二极管和6个反相器(7404)构成；译码电路由38线译码器74138和6个与非门(7400)构成。74138的三个输入端A、B、分别接三进制计数器的输出端1Q、2Q和转向控制开关2。当2=0，使能端信号G=0(译码器工作)、S=1，计数器的状态为00、01、10时，74138对应的输出端Y0、Y1、Y2依次为“0有效，

11、即反相器G1G3的输出端也依次为0，故指示灯按D3D2D1顺序点亮。假设上述条件不变，而2=1时，那么74138对应的输出端Y4、Y5、Y6依次为0有效，即反相器G4G6的输出依次为0，故指示灯按D4D5D6顺序点亮。当G=1(译码器制止译码)、S=1时，74138的输出全为1，G1G6的输出也全为1，指示灯全灭；G=1、S=P时，指示灯随P的频率闪烁。(“1表示高电平，“0表示低电平)，电路中限流电阻取值为0.2k。电路如图4所示。3.3.4开关控制电路仿真设计开关控制电路用异或门(7486)和与非门构成。设74138和显示驱动电路的使能端信号分别为G和S。当3=0时：1=1、2=0表示汽车

12、左转；1=0、2=1表示汽车右转；1、2全为1或全为0表示汽车正常行驶，3=1表示汽车临时刹车。汽车正常运行时G=S=1；汽车转向时G=0、S=1；汽车临时刹车时G=1、S=P。可以通过探测器发光与否来直接观察G、S的输出状态。其电路如图5所示：3.4汽车尾灯控制电路的仿真分析将各模块电路连接成完好的仿真电路，时钟脉冲控制信号P直接采用EB软件平台中的脉冲信号源。如图6所示：接通仿真开关，进展电路仿真分析实验。按数字键3，使刹车控制开关3接低电平，接着按数字键1和2，使转向控制开关1=1、2=0，此时发光二极管按D3D2D1顺序循环点亮，示意汽车左转；使1=0、2=1，此时发光二极管按D4D5

13、D6顺序循环点亮，示意汽车右转；使1=2=0或1=2=1，发光二极管全灭，示意汽车正常行驶。再按数字键3，使刹车控制开关3=1，此时无论转向控制开关1和2取何值，都将看到发光二极管D1D6均随时钟脉冲控制信号P频率闪烁，示意汽车临时刹车。由仿真分析可知，通过EB软件平台仿真设计的汽车尾灯控制电路满足课题的设计要求，而且仿真过程方便、直观，效果生动、形象。4EB仿真实验与实际硬件实验的有机结合从实例分析可见，EB软件平台本身含有强大的元器件库，从而不受经费和数量的限制，可以随时改变电路元器件参数来调整电路，使之更好地接近设计要求。但仿真实验也有它自身的局限性，利用EB软件设计的电路仅仅是一个虚拟

14、的电路，与实际电路有着本质的区别，由于EB是通过计算机仿真来实现的，在对培养学生实际操作才能与元器件、仪器设备的使用才能方面存在着不可防止的缺点，假如学生只在EB技术软件平台上进展仿真分析与设计实验，而不经过实际实验的验证，那么电路设计也只是“纸上谈兵。因此在数字电子技术设计型教学中要注意“虚与“实的有机结合，充分发挥仿真实验“虚与硬件实验“实的各自优势，通过仿真实验加深对理论的理解，建立动态、形象、直观的感性认识；而通过实际硬件实验增强实际动手才能，积累设计、调试、革新等方面的理论经历。电路的仿真实验和电路的硬件实验之间的关系是相辅相成的，二者缺一不可3。所以，对于设计型实验应要求学生在设计好电路之后，必须使用EB软件平台进展电路仿真、调试，优化电路构造和参数，以得出最正确、最优的电路设计方案。最后，再用硬件电路来实现，这才是现代数字电路设计型实验最正确的实验教学形式。将EB软件平台的仿真实验和实际