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[摘 要] 介绍了仿真软件EWB的功能及特点，结合电子电路实例阐述了该软件在数字电子技术设计型实验中的具体应用，及EWB仿真实验与实际操作实验的优缺点，提出虚—实结合的数字电子技术设计型实验教学是现代数字电子技术设计型实验的最佳教学模式之一的观点。
[关键词] EWB仿真软件；数字电子技术；设计型实验
Abstract：This article introduced functions and chracteristics of the simulation software EWB. It expounded the application of this software in numerical electronic technology design experiments with examples of electronic circuit，and the strong and weak points of EWB simulation experiment and real field experiment，and put forward the teaching of electronic circuit experiment with integration of simulation-real field is the best model in modern experiment teaching in numerical electronic technology.
Key words：EWB simulation software；digital electronic technology；design-oriented experiment
1 引言
数字电子技术设计型实验是数字电子技术课程重要的实践性教学环节，是对学生学习数字电子技术的综合性训练，其重点是要求学生综合所学的理论知识和专业技能，设计制作功能较为复杂的电路，研究解决具有一定深度和工作量的小课题。其目的是巩固和拓展学生所学的基本理论和专业知识，培养学生综合应用、独立分析和解决实际问题的能力，培养学生设计能力和创新型思维能力。
在传统设计型实验中，一方面受实验室元器件及实验设备的品种、规格和数量上不足的限制，不能满足各种新电路的设计和调试的要求，使得实验项目开设数量有限，且内容更新缓慢，学生只能在规定的时间和空间完成老师指定的设计项目，而且受元器件品种和数量的限制，学生的设计方案只能“量体裁衣”，有些独特的想法和设计思路难以实现。另一方面设计过程中电路的安装、调试、测量过程是在实验箱和面包板上进行，往往需要反复进行多次，这就难免出现错误连线和器件损坏的现象，不仅使电路调试费时费力，还可能造成错误的性能评价，易导致学生产生厌烦情绪和对设计型实验的畏惧心理，致使设计型实验不能达到预期效果。论文论文参考网由此可见，传统设计型实验教学方式在某种程度上制约了学生创新意识的培养，阻碍了学生主动探索的积极性，对高职教育培养技能型人才极为不利。
如果把Electronics Workbench(EWB )电子设计自动化软件应用到数字电子技术设计型实验教学中去，应用计算机进行辅助分析与设计，不仅有助于解决上述传统数字电子技术设计型实验教学中存在的问题，使学生学到新的电子设计技术，提高设计水平和实验效率，而且还会拓展学生所学知识的应用范围，进一步提高学生的职业综合素质。
2 EWB软件的特点与应用
EWB软件是专门用于电子电路设计与仿真的“虚拟电子工作台”软件，其功能强大，能够提供电阻、电容、三极管、集成电路等十几个大类几千种元件；能够提供示波器、万用表等十几种常用的电子仪器；具有强大的电路图绘制功能及波形显示功能。用该软件对电路进行设计、分析非常方便。将EWB软件引入到数字电子技术设计型教学中，为学生提供了一个大胆思维、充分发挥创造性的实验环境。EWB软件的设计试验区好像一块“面包板”，在上面可以建立各种电路进行仿真实验。与其他电路仿真软件相比，具有界面直观、操作方便等优点。它改变了一般电路仿真软件输入电路必须采用文本方式的不便，创建电路的元器件和测试仪器等均可直接从屏幕上器件库和仪器库中直接选取。EWB 中的元器件库不仅提供了数千种电路元器件供选用，而且还提供了各种元器件的理想值。 因此，仿真的结果就是该电路的理论值，这对于验证电路原理，开发、设计新电路极为方便[1]，同时具有很大的灵活性。数字电路的分析、设计与仿真工作实现于轻点鼠标之中，由于使用了虚拟仪器技术，仿真电路就像在实验
验室实际操作一样，元器件可随便调用，参数可随意修改，一个方案不成功可抹掉重来，不怕元件损坏，不怕仪器出现故障，而且不受时间、地点、人数的限制，实验器件品种、型号齐全。学生不受规定实验项目的限制，能充分发挥其主观能动性和创造性，实验过程不仅充满无尽的乐趣，而且大大提高了电子设计工作的质量和效率。
在设计型实验教学中，首先要求学生对自己所设计的电路通过EWB 软件平台进行仿真模拟(虚拟仿真实验) ，其次要求学生用硬件来实现该电路(实物实验) ，并将虚拟仿真实验的结果与硬件实验的结果进行对照分析。这样不仅培养了学生对数字电路进行仿真实验的能力和在软件平台上进行电路设计的能力，而且便于学生随时改变电路结构、元器件参数来调整(修改) 电路，使之更好地满足设计所提出的性能指标的具体要求，得到较为理想的设计电路。
3 数字电子技术设计型实验举例
3.1 设计任务和要求
设计一个汽车尾灯控制电路。其设计要求为：假设汽车尾部左右两侧各有三个指示灯(用发光二极管模拟)。(1) 汽车正常运行时指示灯全灭；(2)右转弯时，右侧三个指示灯按右循环顺序点亮；(3)左转弯时，左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；(4) 临时刹车时，所有指示灯同时闪烁[2]。用三个开关控制指示灯的点亮状态。其中两个是转向控制开关：[1]用于左转；[2]用于右转；还有一个是模拟脚踏制动(刹车)开关[3]。
3.2 设计方案
根据设计要求，画出汽车尾灯控制电路原理框图，如图1所示。
3.3 基本原理及单元电路设计
3.3.1 工作原理
汽车尾灯控制电路是由振荡电路、三进制计数器、译码电路、显示驱动电路和开关控制电路等电路组成。由于汽车左右转弯时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。
3.3.2 三进制计数器电路的仿真设计
三进制计数器电路可由双JK触发器7476构成。如图2所示。使用EWB 软件平台中的元器件创建电路，其中输出1Q、2Q均连接到显示器件探测器(指示灯)上，可以通过探测器发光与否来直接观察电路的输出状态(该探测器若发光则表示为高电平“1”；若不发光则表示为低电平“0”)。时钟脉冲控制信号CP(为了突出设计电路的简捷，省略了该部分电路的设计)直接采用EWB软件平台中的脉冲信号源(其频率7 Hz、幅值5 V、占空比50% )来替代。创建电路图完毕，进行仿真分析实验，即按下“启动/停止”开关，运行EWB模拟程序对所设计的实验电路进行模拟分析，从探测器指示灯上的状态可以直接观察出实验结果。还可以用虚拟逻辑分析仪来观CP、1Q、2Q的输出时序波形图。如图3所示：
论文论文参考网 3.3.3 汽车尾灯电路的仿真设计
汽车尾灯电路由译码电路和显示驱动电路组成。其显示驱动电路由6个发光二极管和6个反相器(7404)构成；译码电路由3—8线译码器74138和6个与非门(7400)构成。74138的三个输入端A、B、C分别接三进制计数器的输出端1Q、2Q和转向控制开关[2]。当[2]=0，使能端信号G=0(译码器工作)、S=1，计数器的状态为00、01、10时，74138对应的输出端Y0、Y1、Y2依次为“0”有效，即反相器G1～G3的输出端也依次为0，故指示灯按D3←D2← D1顺序点亮。若上述条件不变，而[2]=1时，则74138对应的输出端Y4、Y5、Y6依次为0有效，即反相器G4～G6的输出依次为0，故指示灯按D4→ D5→ D6顺序点亮。当G=1(译码器禁止译码)、S=1时，74138的输出全为1，G1～G6的输出也全为1，指示灯全灭；G =1、S=CP时，指示灯随CP的频率闪烁。(“1”表示高电平，“0”表示低电平)，电路中限流电阻取值为0.2 kΩ。电路如图4所示。
3.3.4 开关控制电路仿真设计
开关控制电路用异或门(7486)和与非门构成。设74138和显示驱动电路的使能端信号分别为G和S。当[3]=0时：[1]=1、[2]=0表示汽车左转；[1]=0、[2]=1表示汽车右转；[1]、[2]全为1或全为0表示汽车正常行驶，[3]=1表示汽车临时刹车。汽车正常运行时G=S=1；汽车转向时G=0、S=1；汽车临时刹车时G=1、S=CP。可以通过探测器发光与否来直接观察G、S的输出状态。其电路如图5所示：
3.4 汽车尾灯控制电路的仿真分析
将各模块电路连接成完整的仿真电路，时钟脉冲控制信号CP直接采用EWB软件平台中的脉冲信号源。如图6
所示：
接通仿真开关，进行电路仿真分析实验。按数字键3，使刹车控制开关[3] 接低电平，接着按数字键1和2，使转向控制开关[1]=1、[2]=0，此时发光二极管按D3←D2←D1顺序循环点亮，示意汽车左转；使[1]=0、[2]=1，此时发光二极管按D4→D5→D6顺序循环点亮，示意汽车右转；使[1]=[2]=0或[1]=[2]=1，发光二极管全灭，示意汽车正常行驶。
再按数字键3，使刹车控制开关[3]=1，此时无论转向控制开关[1]和[2]取何值，都将看到发光二极管D1～D6均随时钟脉冲控制信号CP频率闪烁，示意汽车临时刹车。由仿真分析可知，通过EWB软件平台仿真设计的汽车尾灯控制电路满足课题的设计要求，而且仿真过程方便、直观，效果生动、形象。
4 EWB仿真实验与实际硬件实验的有机结合
从实例分析可见，EWB软件平台本身含有强大的元器件库，从而不受经费和数量的限制，可以随时改变电路元器件参数来调整电路，使之更好地接近设计要求。但仿真实验也有它自身的局限性，利用EWB软件设计的电路仅仅是一个虚拟的电路，与实际电路有着本质的区别，由于EWB是通过计算机仿真来实现的，在对培养学生实际操作能力与元器件、仪器设备的使用能力方面存在着不可避免的缺点，如果学生只在EWB技术软件平台上进行仿真分析与设计实验，而不经过实际实验的验证，那么电路设计也只是“纸上谈兵”。因此在数字电子技术设计型教学中要注意“虚”与“实”的有机结合，充分发挥仿真实验——“虚”与硬件实验——“实”的各自优势，通过仿真实验加深对理论的理解，建立动态、形象、直观的感性认识；而通过实际硬件实验增强实际动手能力，积累设计、调试、革新等方面的实践经验。电路的仿真实验和电路的硬件实验之间的关系是相辅相成的，二者缺一不可[3]。所以，对于设计型实验应要求学生在设计好电路之后，必须使用EWB软件平台进行电路仿真、调试，优化电路结构和参数，以得出最佳、最优的电路设计方案。最后，再用硬件电路来实现，这才是现代数字电路设计型实验最佳的实验教学模式。将EWB软件平台的仿真实验和实际动手操作的硬件实验两者有机地结合起来，可使综合设计性实验的实验教学方法更加充实、更加完善，而且通过“虚”——“实”结合、相互补充的实践教学方式强化了学生工程实践能力，增强了实验教学的效果。
[参考文献]
[1] 路而红.虚拟电子实验室 [M].北京：人民邮电出版社，2001：1-3.
[2] 谢自美.电子线路设计?实验?测试：第二版[M].武汉：华中理工大学出版社，2001：217-218.
[3] 郑富龙.仿真实验与传统实验的教学探索[J].实验室研究与探索，2005，(9)：85.