数字电子技术是什么【基于Proteus的数字电子技术课程教学方法研究】

　　【摘要】为了进一步提高数字电子技术课程教学效果，将Proteus仿真软件应用在数字电子技术教学中。根据Proteus特点，分别从课堂教学，实验教学，生产实践3部分论述了Proteus在数字电子技术课程教学中的作用。通过对授课学生抽样调查结果分析，将Proteus应用在数字电子技术教学中可以提高学生的学习兴趣。
　　【关键词】Proteus 数字电子技术 仿真
　　【中图分类号】O4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）05-0023-02
　　伴随着电子、计算机等行业飞速发展，使得数字电子技术的教学工作必须融入新的内容来适应这些发展。数字电子技术是一门非常重要的专业基础课，该课程既有很强的理论性、实践性，与实际工程紧密联系。然而在数字电子技术课程的教学中，过去一直存在着教学方法呆板、教学手段单一、实验资源不足等问题，达不到预期的教学效果。为解决教学中存在的问题，在教学中引入proteus仿真。
　　1.Proteus仿真软件介绍
　　Proteus软件是一个电子设计的教学平台、实验平台和创新平台。该软件可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路、单片机及外围元器件进行系统仿真。Proteus提供了三十多个元器件库、数千种元器件仿真模型。提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形方式实时显示出来[1]。鉴于Proteus软件的强大功能，将该软件引入数字电子技术教学中。
　　2.Proteus在数字电子技术教学中的应用
　　2.1 课堂教学
　　以往课堂教学实物演示存在很多困难。比如：实物电路在搬运过程中很容易损坏，而且由于实物电路上的器件较小，学生很难看清电路运行情况；同时教师只能对静止电路图进行分析，会使学生感到枯燥，难理解，教学效果不佳[2]。在课堂教学中引入Proteus仿真后，使抽象问题变得形象化，使重点、难点易于理解。激发了学生兴趣、提高了学习积极性。例如，在讲解由十进制集成计数器160的同步置数、异步置零功能，两种不同方案构成七进制计数器时，可先对“同步”与“异步”原理进行讲解后，再用如下方案：
　　方案1：利用异步置零。
　　①取D3D2D1D0 = 0000；②状态函数二进制代码S7=0111；③反馈置零函数■= ■。如图1 (a)所示。
　　方案2：利用同步置数。
　　①取D3D2D1D0 = 0000；②状态函数二进制代码S7-1=0110；③反馈置数函数■= ■。如图1 (b)所示。
　　图1 集成计数器160构成七进制计数器
　　利用proteus进行生动和直观的实例，从图1中可以清楚的看到，在同一个项目中可以同时运行上述两种不同的方法，并且直接得到相同的计数状态为0～6共7个状态。
　　教师还可以利用Proteus的单步调试功能，分析电路的运行过程，同时Proteus在运行过程中，每个元器件的引脚端，分别用红色、蓝色指示出高、低电平的变化，直观的显示出系统的运行情况，有助于增强学生对知识点的理解。
　　2.2 实验教学
　　数字电子技术是一门应用实践性很强的基础课，理论与实践密切结合。以往的实验教学只是侧重于验证性，忽略了设计性、创造性。此外，设计过程中很容易造成仪器仪表设备和元器件的损坏，需要学校提供大量的资金支持。应用Proteus仿真软件可以弥补硬件环境下实验教学的不足，提高实验教学的效果。
　　例如：讲解10线-4线优先编码器74LS147，逻辑功能如图2所示。可以将10个低电平输入信号转换成BCD码的反码输出，允许同时输入多个编码信号，并只对其中优先权最高的信号进行编码输出的逻辑电路。被编信号优先级别从高到低依次为：I9、I8、I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0。当I9=0时，不论其他Ii为高电平1，还是低电平0，电路只对 I9 进行编码，输出Y3Y2Y1Y0 =0110，为反码，其原码为1001。因为七段译码器74LS47的输入是以高电平为有效输入信号的BCD码，因此用反相器74LS04连接二者，通过数码管输出显示。仿真效果如图3所示。实验教学中使用仿真与实际电路演示相结合的方法，提高了实验教学效果。
　　2.3 生产实习环节
　　Proteus不仅可以实现高级原理图设计、混合模式SPICE仿真，其中的ARES部分还可以进行PCB(Printed Circuit Board)系统特性设计。例如：以利用555集成定时器制作模拟救护车铃声系统为例，学生对老师布置的设计要求，先进行理论研究、仿真调试，如图4所示；再按照印制电路板(PCB)流程设计，以此来实现一个完整的电子系统设计。3D效果图及PCB版图分别如图5(a)、(b)所示。通过原理图设计阶段优化整个电路性能，这样就无须多次购买元器件焊接测试，节省了设计时间与经费，提高了设计效果和质量。通过完整的设计过程，使学生对电子系统的产品化过程有更深刻的理解，也对以后的就业起到积极作用。
　　3.proteus仿真教学方法效果分析
　　为了推进和深化数字电子技术课程的教学改革，培养适应社会需求的高素质的人才；完善教学内容、方法、手段、以及提高教师的教学及专业水平，统计对本校电子信息工程学院三、四年级学习过数字电子技术课程的学生进行了一次教学情况抽样调查。其中四年级学生采用传统教学方法，三年级学生采用Proteus仿真辅助教学方法。
　　从本次抽样调查的学生总体中，两个年级各回收有效问卷220份。此次调查，主要针对学生对数字电子技术课程的学习兴趣，分析结果如图6所示。经分析，三年级与四年级相比：很喜欢、喜欢的人数分别高出10%和8.2%。数据显示，通过采用proteus仿真辅助教学方法可以提高学生的学习兴趣。这给数字电子技术的教学改革提供了方向。
　　4.结束语
　　数字电子技术课程中引入Proteus仿真的教学方法可以使学生在学习过程中具有明确的目标，激发学生的学习兴趣，通过仿真可实现比较复杂的设计任务，有效的提高学习的主动性和创造性。但是引入Proteus仿真教学只是提高教学质量的一种辅助方法，同时还要求任课教师加强业务学习，提倡互动式教学，活跃课堂气氛，加强教学管理，树立良好的学风。
　　参考文献:
　　[1]周润景，张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社，2006.
　　[2]张兴初.浅谈基于Protues实例的模拟电子技术教学设计[J] 中国现代教育装备.2010，(7):96-97.
　　[3]周灵彬，张靖武.proteus的单片机教学与应用仿真[J].单片机与嵌入式系统应用.2008，(1):76-79.
　　[4]杨志忠.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2010.