EWB在數(shù)字電子電路綜合課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用楊金華
(浙江師范大學(xué) 浙江金華）

1.引言

長(zhǎng)期以來(lái)，綜合課程設(shè)計(jì)是以理論課教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成的。我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐的過(guò)程中，結(jié)合理論教學(xué)的進(jìn)程，利用計(jì)算機(jī)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件ElectronicsWorkbench(虛擬電子工作臺(tái)，EWB)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行基礎(chǔ)驗(yàn)證模擬仿真實(shí)驗(yàn)，作為教學(xué)的補(bǔ)充。使學(xué)生增強(qiáng)對(duì)電路的感性認(rèn)識(shí)，掌握各種儀器的基本使用、電路參數(shù)的測(cè)試方法。我們采用工作在Windows2000平臺(tái)上的EWB 5．12(虛擬電子工作臺(tái))軟件。實(shí)驗(yàn)可由教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容通過(guò)多媒體教學(xué)平臺(tái)演示完成，也可由學(xué)生在課外利用計(jì)算機(jī)參照有關(guān)習(xí)題完成。通過(guò)人機(jī)對(duì)話(huà)的方式，能使每個(gè)人都能親自動(dòng)手搭接電路，進(jìn)行元件接線(xiàn)，參數(shù)設(shè)定。邊連線(xiàn)，邊測(cè)試，邊修改，邊分析，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)照。通過(guò)EWB軟件的"componentProperties"(元件屬性)可隨時(shí)調(diào)整和修改元器件參數(shù)，分析各元件參數(shù)對(duì)電路的作用與影響。調(diào)試和測(cè)量過(guò)程就是最好的學(xué)習(xí)過(guò)程。在這樣的實(shí)驗(yàn)中，把實(shí)驗(yàn)與理論有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，加深了學(xué)生對(duì)理論的認(rèn)識(shí)。我們可以通過(guò)一個(gè)實(shí)際的設(shè)計(jì)例子來(lái)體現(xiàn)EWB仿真軟件的優(yōu)越性。

2. 基于EWB平臺(tái)的交通燈電路設(shè)計(jì)

2．1 設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)一個(gè)主要街道和次要街道十字路口的交通燈控制器。主要街道綠燈亮6s，黃燈亮2s；次要街道綠燈亮3s，黃燈亮1 s。依次循環(huán)。

2．2 分析任務(wù)

當(dāng)主要街道亮綠燈和黃燈時(shí)，次要街道亮紅燈(8s)，當(dāng)次要街道亮綠燈和黃燈時(shí)，主要街道亮紅燈(4 s)。用MG，MY，MR，CG，CY，CR分別表示主要街道的綠燈、黃燈、紅燈，次要街道的綠燈、黃燈、紅燈。

2．3 設(shè)計(jì)步驟

2．3．1 課程設(shè)計(jì)的常規(guī)步驟

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求列出交通燈控制器的真值表如表1所示。

(2)利用卡諾圖化簡(jiǎn)法或公式化簡(jiǎn)法獲得最簡(jiǎn)的邏輯表達(dá)式。
(3)根據(jù)公式直接設(shè)計(jì)總體電路；
(4)在電路板上搭接實(shí)際電路，測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，按設(shè)計(jì)要求修改實(shí)際電路直至符合設(shè)計(jì)要求。

2．3．2 應(yīng)用EWB仿真軟件之后的設(shè)計(jì)步驟

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求列出交通燈控制器的真值表如表l所示。

(2)利用邏輯轉(zhuǎn)換儀獲得最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式，逐一設(shè)計(jì)完成各單元電路并從(EWB)所提供的器件庫(kù)中選擇元器件。
(3)進(jìn)行總體連接完成總體設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行仿真，測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，按設(shè)計(jì)要求修改仿真電路直至符合設(shè)計(jì)要求。
(4)在電路板上搭接實(shí)際電路。
2．4 電路設(shè)計(jì)

從元器件庫(kù)中拖出邏輯轉(zhuǎn)換儀，根據(jù)交通燈控制器的真值表，獲得MG的最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式如圖1所示。同理，求出MY，MR，CG，CY，CR的最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式。根據(jù)最簡(jiǎn)表達(dá)式設(shè)計(jì)出總體電路，再?gòu)脑骷?kù)中選出元器件，從儀器庫(kù)中選出邏輯分析儀，根據(jù)預(yù)設(shè)計(jì)的電路連接和設(shè)置儀器。其電路圖如圖2所示，邏輯分析儀設(shè)置為內(nèi)觸發(fā)方式。

2．5 電路的仿真實(shí)驗(yàn)

按下"啟動(dòng)／停止"，運(yùn)行模擬程序，從指示燈上觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。仿真的另一特點(diǎn)是有邏輯分析儀，雙擊邏輯分析儀圖標(biāo)即可觀察到各點(diǎn)的時(shí)序波形如圖3所示。其輸入信號(hào)的通道順序?yàn)椋?Hz信號(hào)(CLK)，主要街道綠燈信號(hào)MG，主要街道黃燈信號(hào)MY，主要街道紅燈信號(hào)MR，次要街道綠燈信號(hào)CG，次要街道黃燈信號(hào)CY，次要街道紅燈信號(hào)CR。從波形圖上可清楚地看到電路中各點(diǎn)之間的時(shí)序關(guān)系。對(duì)設(shè)計(jì)中模糊不清的問(wèn)題，如計(jì)數(shù)器的同步置數(shù)，異步置數(shù)，同步清零，異步清零的問(wèn)題，用時(shí)序圖可以得到很好的解釋。這是實(shí)際實(shí)驗(yàn)無(wú)法比擬的，

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上設(shè)計(jì)可見(jiàn)，運(yùn)用EWB軟件，可方便地在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)電路，并進(jìn)行仿真。通過(guò)改變電路參數(shù)，可以觀察不同電路參數(shù)對(duì)電路性能的影響，用虛擬儀器可以觀察各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的波形及整個(gè)電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，一個(gè)方案不成功可刷新重來(lái)，反復(fù)多次后選擇出最佳的設(shè)計(jì)方案。由于該軟件具有豐富的元件庫(kù)和儀器庫(kù)，可以充分發(fā)揮每個(gè)設(shè)計(jì)者的想象力和創(chuàng)造力，大膽進(jìn)行設(shè)計(jì)嘗試，不必?fù)?dān)心元器件會(huì)損壞，這樣的設(shè)計(jì)可以隨心所欲、花樣疊出。若電路設(shè)計(jì)有誤，通過(guò)仿真，軟件會(huì)做出警告或提示，當(dāng)設(shè)計(jì)方案正確無(wú)誤后，再按此方案搭接實(shí)際電路。用EWB軟件設(shè)計(jì)電子電路改變了傳統(tǒng)的基于電路板的設(shè)計(jì)方法，從而可以大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，節(jié)約開(kāi)發(fā)費(fèi)用，提高效率。實(shí)踐證明EWB軟件是人們?cè)O(shè)計(jì)電子電路的有效工具。