數字電子技術Proteus仿真教學改革分析

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摘要：針對傳統教學中存在內容抽象、理論無法聯系實踐、復雜難學等諸多問題，提出以Proteus仿真技術為基礎，從理論教學、實驗教學、實踐教學三個方面進行了改革實踐，經過幾年的實踐表明，提高了學生對本專業(yè)的學習熱情、工程實踐能力和創(chuàng)新能力，教學質量得到很大改善。

關鍵詞：數字電子技術基礎；proteus仿真；教學改革

1PROTEUS軟件介紹

PROTEUS軟件是英國LabcenterElectronics公司開發(fā)的電路分析與實物仿制及印制電路板設計軟件，是一個電子設計的教學平臺、實驗平臺和創(chuàng)新平臺，覆蓋了電工電子實驗室、電子技術實驗室，單片機應用實驗室等全部功能。它可以對模擬電路、數字電路、單片機及其外圍電路組成的系統仿真，并進行功能驗證，通過動態(tài)器件如電機、LED，LCD開關等，配合系統配置的虛擬儀器，實時觀看運行后的輸入輸出的效果。

2理論教學改革

根據我校地處偏遠且為農林院校的特殊情況和實際工程需要，教學內容上舍去復雜的理論分析，注重理論分析結果的應用，減少有關器件內部結構的分析過程，著重介紹器件（或集成元器件）的作用、主要參數、使用方法。全系教師根據各路反饋信息，確定數字電路基礎、組合邏輯電路、時序邏輯電路、脈沖波形產生于整形，AD/DA和DA/AD轉換電路五大教學項目，每個大項目又分為幾個小的教學模塊，同時弱化或忽略掉其它相關內容。《數字電子技術基礎》是學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語，這些無論板書或者多媒體課件，都會使學生覺得枯燥無味，喪失學習激情。如果教學時根據教學內容，在理論教學過程中利用多媒體講解原理、用法，再穿插Proteus仿真,可使理論知識直觀、形象、生動，促進學生對知識的理解和記憶。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，學生對什么是編碼器，選通輸入端、低電平有效等名詞一頭霧水，更難以想象對輸入的編碼其輸出是怎樣的，如果有幾路信號同時輸入，究竟對哪一路優(yōu)先編碼輸出，怎樣實現利用功能端實現擴展編碼？單靠多媒體講解，這些問題在學生腦海里像一盤漿糊，一片茫然，無疑加大了學生的理解難度。這時，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，改變各個輸入端和控制端的輸入，即可用發(fā)光二極管形象的表現出74HC148輸出端的狀態(tài)，結合仿真現象形象講解，使得原來難以理解的芯片功能表也變得容易，會起到事半功倍之效，為后面的學習打下夯實的基礎。實踐表明，通過在課堂上現場穿插PROTEUS仿真教學，學生很輕松學習地譯碼器、數據選擇器、數據比較器等常用組合邏輯電路，各種觸發(fā)器、常用時序邏輯電路和555定時器的運用，以及AD,DA轉換器，對《數字電路基礎》的畏難情緒一掃而光。

3實驗教學改革

在我校人才培養(yǎng)方案中該課程實驗教學10學時，因受到實驗場所、時間、設備和管理等多方面因素的限制，幾乎不可能提供學生太多的實踐機會。而且，傳統的《數字電子技術基礎》實驗往往以驗證性實驗為主，實驗課上學生機械第按照實驗指導書連線，觀察實驗結果，完全沒有獨立思考和動手設計的機會，學生的實踐能力和創(chuàng)新能力被嚴重制約。自從在教學中引進PROTEUS仿真后，實驗教學也進行了大刀闊斧的改革。首先，在講解相關理論內容時，提前給大家布置實驗內容，要求學生利用課余時間先進行PROTEUS仿真，并把仿真文件傳給教師，進行檢查指導，然后實驗課上再完成硬件連接。再次，加大設計實驗力度。為了提高學生的創(chuàng)新能力，實驗內容不再以驗證性試驗為主，加大設計實驗內容，重點放在各種芯片的應用設計上。增加用數據選擇器設計測試輸血和受血血型匹配的電路實驗，74LS138譯碼器和與非門設計控制發(fā)電機工作的邏輯電路、電子秒表實驗等設計型實驗。例如，圖2就是實驗時學生利用74LS153芯片設計的血型匹配電路。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），根據四個變量的取值，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，加大實驗考核力度。為了促進學生動手做實驗的熱情，試驗成績在課程考核成績中所占比重加大，由過去的15%，加大30%。另外，不再完全根據實驗報告和考勤給實驗成績，而是組織專門考試。學生現場抽取預先準備好的題目，當場做實驗，根據實驗結果和學生講解，教師現場給成績。

4課程設計改革

課程設計是教學中非常重要的實踐環(huán)節(jié)，是學生獲取實際工程經驗和能力，走向就業(yè)的重要途徑。但是，對于沒有實踐經驗的學生來說，設計電路的合理、正確與否沒有判斷經驗，容易造成器件和儀器的損壞，有時辛苦焊接好后，預期的設計結果也出不來，往往需要重新設計，造成大量的人力和資金浪費。但采用Proteus軟件后，每個學生相當于擁有了一個完整的虛擬實驗室，學生可在ProteusISIS窗口大膽進行電路設計、測量、調試，修改，且在安裝實物作品前就可看到結果。仿真成功后，只要安裝正確無誤、焊接可靠、布線合理，實際作品都會得到與Proteus仿真設計一致的結果。自從在課程設計環(huán)節(jié)引入Proteus仿真環(huán)節(jié)，學生設計的電子秒表、數字頻率計、拔河游戲機等作品成功率大大提高，節(jié)省了硬件投入，使學生獨立操作能力和創(chuàng)造力都得到了極致發(fā)揮。

5結束語

把Proteus仿真應用到《數字電子技術基礎》教學中，克服了傳統教學的不足，使得枯燥無味的理論知識變得生動起來，為數電教學質量的提高和創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)提供了一種新的思路和方法。并且，該仿真軟件也可應用到后續(xù)課程的單片機教學中來，為后續(xù)課程的學習打下良好基礎。

參考文獻

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：塔里木大學機械電氣化工程學院