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的學習熱情、工程實踐能力和創新能力，教學質量得到很大改善。
1PROTEUS軟件介紹
PROTEUS軟件是英國LabcenterElectronics公司開發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，即可用發光二極管形象的表現出74HC148輸出端的狀態，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節，是學生獲取實際工程經驗和能力，走向就業的重要途徑。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。自從在課程設計環節引入Proteus仿真環節，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，節省了硬件投入，使學生獨立操作能力和創造力都得到了極致發揮。
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新性人才的培養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課程的單片機教學中來，為后續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
