EWB在數(shù)字電子電路綜合課程設計中的應用楊金華
(浙江師范大學 浙江金華）

1.引言

長期以來，綜合課程設計是以理論課教學、課程實驗和課程設計等教學環(huán)節(jié)構(gòu)成的。我們在教學實踐的過程中，結(jié)合理論教學的進程，利用計算機的電子設計自動化軟件ElectronicsWorkbench(虛擬電子工作臺，EWB)在計算機上進行基礎驗證模擬仿真實驗，作為教學的補充。使學生增強對電路的感性認識，掌握各種儀器的基本使用、電路參數(shù)的測試方法。我們采用工作在Windows2000平臺上的EWB 5．12(虛擬電子工作臺)軟件。實驗可由教師結(jié)合教學內(nèi)容通過多媒體教學平臺演示完成，也可由學生在課外利用計算機參照有關習題完成。通過人機對話的方式，能使每個人都能親自動手搭接電路，進行元件接線，參數(shù)設定。邊連線，邊測試，邊修改，邊分析，并與理論計算結(jié)果進行對照。通過EWB軟件的"componentProperties"(元件屬性)可隨時調(diào)整和修改元器件參數(shù)，分析各元件參數(shù)對電路的作用與影響。調(diào)試和測量過程就是最好的學習過程。在這樣的實驗中，把實驗與理論有機的結(jié)合起來，加深了學生對理論的認識。我們可以通過一個實際的設計例子來體現(xiàn)EWB仿真軟件的優(yōu)越性。

2. 基于EWB平臺的交通燈電路設計

2．1 設計任務

設計一個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

當主要街道亮綠燈和黃燈時，次要街道亮紅燈(8s)，當次要街道亮綠燈和黃燈時，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 設計步驟

2．3．1 課程設計的常規(guī)步驟

(1)根據(jù)設計要求列出交通燈控制器的真值表如表1所示。

(2)利用卡諾圖化簡法或公式化簡法獲得最簡的邏輯表達式。
(3)根據(jù)公式直接設計總體電路；
(4)在電路板上搭接實際電路，測量相關數(shù)據(jù)，按設計要求修改實際電路直至符合設計要求。

2．3．2 應用EWB仿真軟件之后的設計步驟

(1)根據(jù)設計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)換儀獲得最簡邏輯表達式，逐一設計完成各單元電路并從(EWB)所提供的器件庫中選擇元器件。
(3)進行總體連接完成總體設計，然后進行仿真，測量相關數(shù)據(jù)，按設計要求修改仿真電路直至符合設計要求。
(4)在電路板上搭接實際電路。
2．4 電路設計

從元器件庫中拖出邏輯轉(zhuǎn)換儀，根據(jù)交通燈控制器的真值表，獲得MG的最簡邏輯表達式如圖1所示。同理，求出MY，MR，CG，CY，CR的最簡邏輯表達式。根據(jù)最簡表達式設計出總體電路，再從元器件庫中選出元器件，從儀器庫中選出邏輯分析儀，根據(jù)預設計的電路連接和設置儀器。其電路圖如圖2所示，邏輯分析儀設置為內(nèi)觸發(fā)方式。

2．5 電路的仿真實驗

按下"啟動／停止"，運行模擬程序，從指示燈上觀察實驗結(jié)果。仿真的另一特點是有邏輯分析儀，雙擊邏輯分析儀圖標即可觀察到各點的時序波形如圖3所示。其輸入信號的通道順序為：5Hz信號(CLK)，主要街道綠燈信號MG，主要街道黃燈信號MY，主要街道紅燈信號MR，次要街道綠燈信號CG，次要街道黃燈信號CY，次要街道紅燈信號CR。從波形圖上可清楚地看到電路中各點之間的時序關系。對設計中模糊不清的問題，如計數(shù)器的同步置數(shù)，異步置數(shù)，同步清零，異步清零的問題，用時序圖可以得到很好的解釋。這是實際實驗無法比擬的，

3.結(jié)語

通過以上設計可見，運用EWB軟件，可方便地在計算機上設計電路，并進行仿真。通過改變電路參數(shù)，可以觀察不同電路參數(shù)對電路性能的影響，用虛擬儀器可以觀察各實驗點的波形及整個電路的實驗結(jié)果，一個方案不成功可刷新重來，反復多次后選擇出最佳的設計方案。由于該軟件具有豐富的元件庫和儀器庫，可以充分發(fā)揮每個設計者的想象力和創(chuàng)造力，大膽進行設計嘗試，不必擔心元器件會損壞，這樣的設計可以隨心所欲、花樣疊出。若電路設計有誤，通過仿真，軟件會做出警告或提示，當設計方案正確無誤后，再按此方案搭接實際電路。用EWB軟件設計電子電路改變了傳統(tǒng)的基于電路板的設計方法，從而可以大大縮短設計時間，節(jié)約開發(fā)費用，提高效率。實踐證明EWB軟件是人們設計電子電路的有效工具。