仿真软件在数字电路教学中的应用

摘 要:EWB是专门用于电子线路仿真的虚拟电子工作平台,该软件可以对各种数字逻辑电路、模拟电路和混合电路进行仿真,可以减少实际电路调试中器件损耗,使学生对实训内容及过程更了解,更明确;缩短了实际电路的调试时间,提高了效率,增强了实训效果,同时也使学生对所学的理论知识能更好地掌握。

关键词:仿真软件数字电路教学应用

中图分类号:G420文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)08(a)-0158-01

EWB(Electronic Workbench)是加拿大InterauctiveImage-Technologies公司于20世纪80年代末、90年代初推出的一种基于Windows操作系统的专门用于电子线路仿真的虚拟电子工作平台。该软件可以对各种数字逻辑电路、模拟电路和混合电路进行仿真,其特点是操作界面简单方便,从原理图的输人到电路的测试都可以很方便的完成,而且虚拟的测试仪器与实物外形相似。因此EWB软件在数字电路教学中的作用尤为突出。

在数字电路教学中,我校采用边教边练的教学模式,就是一次合班课讲授理论方面的内容,一次分班课进行实训教学,来对所学的理论方面的内容消化吸收,并且扩展到应用层面,以这种方式增加学生学习的兴趣,减少学习的枯燥感。分班实训教学时,主要用两种方式:一是在机房用计算机通过EWB软件进行仿真实验。这种方式不仅可以弥补课堂教学的仪器缺乏问题,还解决了材料损耗、损坏等不利因素。二是在仿真实训的基础上,在实验室进行实际电路操作。毕竟仿真代替不了实际操作,但仿真确实能提高实际操作的训练效果。下面以寄存器和移位寄存器为例,介绍仿真实验与实际操作是如何结合在一起,来提高教学效果的。

1 寄存器电路设计和仿真

1.1 电路设计基本原理

将移位寄存器首尾相连,构成环形计数器。环形计数器的特点是:有效循环中的每个状态只包含一个1(或一个0),表示不同状态时不需要译码,但状态利用率低。

若令D0=Qn-1,就构成扭环形计数器。扭环形计数器的特点是:电路在每次转换时,只有一个触发器改变状态,因而电路在译码时不会出现竞争冒险现象,而且状态利用率比较高。

以上两种接法的移位寄存器计数器均不能自启动,工作前需要对电路进行置数。为使计数器能够自启动,需要在计数器输入、输出间加上适当的反馈电路。

1.2 EWB操作步骤与仿真

1)在四位移位寄存器(74LS175)的基础上,令D0=Q3,就构成四位环形计数器,时钟信号有时钟信号源提供,频率取1Hz。电路输出接逻辑探针,Space开关为电路启动时置数。2)在连续脉冲的作用下,观察输出状态的变化。再对F0触发器置1,然后消除置1信号,在连续脉冲的作用下,观察输出状态的变化。3)将计数器改为能够自启动的环形计数器。电路中D0=Q2Q1Q0。4)打开仿真开关,直接在连续脉冲的作用下,观察环形计数器输出状态的变化。5)在四位环形计数器的基础上,令D0=Q3,就构成四位扭环形计数器。6)打开仿真开关,直接在连续脉冲的作用下,观察输出状态的变化。该计数器是不能够自启动的。如果计数器进入某种无效状态,将不会再进入有效循环。

1.3 实验结论

1)环形计数器状态的变化规律是1000,0100,0010,0001,再返回1000循环。能够自启动的环形计数器在工作前不需要对计数器置数。2)扭环形计数器状态的变化规律是0000,1000,1100,1110,1111,0111,0011,0001,再返回0000循环。

2 硬件电路实验调试

2.1 环形计数器

使用74LS194四位双向移位寄存器,按图1接线,由CP端加入连续的时钟脉冲,观察并记录Q0～Q3的循环状态,并验证该电路能否自启动。

2.2 扭环形计数器

使用74LS194四位双向移位寄存器,按图2接线,由CP端加入连续的时钟脉冲,观察并记录Q0～Q3的循环状态,并验证该电路能否自启动。

根据上面的仿真结果与硬件调试的结果对比,证明结果是与实验结果相符合的。

通过仿真实验,学生了解了整个实验的过程,认清了难点和重点,也减少了由于线路接错而造成的器件损耗,减少了实际硬件调试所用的时间。操作人员头脑更清晰,目的更明确,大大提高了数字电路教学的效率,从而提高学生的综合分析能力、排除故障能力和开发创新能力。

参考文献

[1] 杨松华,等．数字电子技术基础[M]．西安:西安电子科技大学出版社,2000．

[2] 朱力恒．电子技术仿真实验教程[M]．北京:人民邮电出版社,1987．

[3]朱单．Multisim2001电路设计及仿真[M]．北京:电子工业出版社,2002．

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