利用EWB仿现数字电路实验

1、利用EWB仿真实现数字电路实验农业网络信息)2007年第10期交流园地利用EWB仿真实现数字电路实验蔡飞(福建农业职业技术学院信息技术系,福建福州350303)摘要:随着计算机技术的普及,目前EDA(ElectronicDesignAutomation)技术得到很广泛应用.在数字电路课程教学中,教师可以利用EDA软件进行仿真,演示,使学生消除”抽象感”,增加学习的兴趣,使数字电路课程中一些基本理论和基本概念更加容易理解.作者以组合逻辑电路分析一章中半加器的分析为例来说明EDA软件之一EWB(ElectronicsWorkbench)在数字电路课程教学中的应用.关键词:虚拟;仿真;软件;数字电路

2、;实验中图分类号:TP399文献标识码:B文章编号:1672-6251(200710-0191_03ApplicationofEWBtorealizethedigitalcircuitexperimentCAIFei(FujianVocationalCollegeofAgriculture,Fuzhou350303,China)Abstract:Withthepopularizationofcomputer,theEDAtechnologyisappliedverybroadlyatpresent.Indigitalcircuitcourseteaching,theteachercalltak

3、eadvantageoftheEDAsoftwaretoremove”abstractfeeling”,increasethestudyinginterest,andthusmakethefundamentaltheoryandthebasicconcepteasytounderstand.Inthispaper,theauthortakestheexampleofcombininglogiccircuitanalysistoexplaintheapplicationofEWBtorealizethedigitalcircuitexperiment.Keywords:Virtuality;Em

4、ulation;Software;Digitalcircuit;ExperimentEWB的英文全名是ElectronicsWorkbenchf电子工作台),它虚拟了一个可以对模拟电子电路和数字电子电路进行模拟仿真的工作台,具有较完善的各种元器件模型库和几种常用的分析仪器.可以将不同类型的电路组合成混合电路,尤其是对数字电路进行仿真.它不仅可以完成电路瞬态分析和稳态分析,时域和频域分析,器件的线性和非线性分析,电路的噪声分析和直流分析等常规电路的分析,而且还提供了离散傅里叶分析,电路零极点分析,交直流灵敏度分析和电路容差分析等共计14种电路分析方法,并具有故障模拟和数据储存等功能.以及能将设计

5、好的电路文件直接输出到常用的一些电子电路排版软件,如Protel等,排出印刷电路板图,为实现电子电路的设计提供了很大的方便.目前最高版本达到EWB10.0,常用的有EWB5.0版本.主要运行于windows98环境下.EWB不但是一个非常优秀的电子设计软件,而且也是一个非常优秀的电子技术模拟实际训练软件,它几乎可以完成在实验室进行的所有电子技术的实验,并且和实际实验情况非常贴切,选用的元器件和仪器也和实际收稿日期:20070521作者简介:蔡飞(1979一),男,讲师,研究方向:局域网组建与维护.情况非常相近,一般会正确使用常规仪器的读者,都能较快地掌握软件所提供的虚拟仪器的使用方法.另外在实

6、验设备和仪器不能满足某些实验课要求的情况下,用EWB进行仿真实验不失为一种有效的补充方法.由于EWB软件是基于Windows操作系统上的,所以它的操作方法的其它基于Windows环境下的软件操作方法一样,所见即所得.要用的元器件,仪器等,只要用鼠标点击,随时可以取来,完成参数设置,连接成电路,就可以启动运行,进行分析和测试等.因此EWB软件具有入门容易,学习轻松,结合实际,富有趣味的特点.数字电路是计算机专业的一门骨干课程,其教学效果的好坏,学生接受的程度,将直接影响后续各类相关专业课程的教学效果.目前,在数字电路课程教学中,教师一般采用的教学方法是:先在课堂上给学生介绍理论知识,再引用例题加

7、以论证,然后由学生通过做作业和实验加深对理论的理解.这种传统的教学方式,存在着以下的问题:一是大多数教师只着重于传授理论知识,无法使学生真实地感受到电路的可实现性,也无法判断理论分析方案的正确性.二是理论分析通常都是一些繁琐的公式191农业网络信息2007年第10期交流园地推导及一些孤立的计算数据,很难形成电路的特性曲线,缺乏直观性,更难对电路的参数进行分析及优化设计.三是学生在听理论课时,由于跟实际联系不上,对理论难以理解,甚至于不能理解,造成对数字电路”难学,抽象”的思想障碍,从而对学习失去兴趣.将WEB引入数字电路教学,可以使教师在讲解理论的同时,利用WEB软件进行仿真,演示,使学生消除

8、”抽象感”,增加学习兴趣.使课堂教学更加生动,直观,使数字电路课程中一些基本理论和基本概念更加容易理解.下面以EWB5.0版本为例通过组合逻辑电路一章的组合逻辑分析为例,说明EWB软件在数字电路课程教学中的应用效果.例如分析图1所示电路的逻辑功能:图1按常规的分析方法是:写出逻辑表达式并化简,再列出真值表,最后分析其逻辑功能.利用EWB进行仿真分析,方法有以下两种:方法1:用开关送入逻辑电平,用指示灯显示输出结果.l根据图l所示逻辑图.在EWB工作区编辑仿真电路图(1)双击桌面上EWB启动图标,进入EWB主窗口.(2)从库中调出全部电路部件:单击逻辑门电路库图标,用鼠标将5个与非门拖到工作区,

9、并放置在适当的位置;单击基本器件库图标,用鼠标将开关拖到工作区的适当位置,并将其反转180度,以便于接线;单击电源库图标,用鼠标将其+VCC和接地符号拖到工作区适当位置;单击指示器件图标,用鼠标将红色指示灯拖到工作区适当位置;(3)设置器件参数和定义开关控制键:门电路参数默认系统设定值,不必重新设置;电源+VCC默认系统设置为+5v:定义开关控制键:系统默认的开关键为空格键,按动键盘上的空格键,可以看到二个开关同时动作.若要分别对开关进行控制,则要重新定义开关控制键,方法是用鼠标双击某个开关,打开参数对话框,在Key文本框中键入控制键名,如A,然后确定关闭对话框即可.此时,可以看到开关的上方S

10、pace变成【A,表明该开关由字母A控制.用同样的方法,将其余一个开关的控制键定义为【B.按图1原理图连接电路.标记输入,输出标号A,B,s和C,得出仿真电路.2仿真测试电路的逻辑功能按动开关控制键【A和【B,依次输入逻辑变量为00,01,10,11,观察输出指示灯的状态,便可得到如表1所示的结果.可见,这是一个半加器.从仿真的结果显示逻辑功能正确.表1半加器仿真记录表方法2:用字信号发生器作输入信号,用逻辑分析仪显示输入,输出波形,根据波形分析验证电路逻辑功能.(1)把仿真电路中的开关,+VCC和接点符号删除.(2)调用字信号发生器和逻辑分析仪;单击仪器库图标,用鼠标把字信号发生器和逻辑分析

11、仪拖到工作区,放置在适当的位置.(3)将仪器与仿真电路连接好.把逻辑电路的输入信号A,B和输出信号s和C都送到逻辑分析仪的输入端,同时显示5个波形,以便于分析.(4)仪器设置.设置字信号发生器:双击字信号发生器图标,显示字信号发生器面板,再进行以下的编辑.编辑字信号,从0号地址开始,分别输入0000H,0001H,0004H,0005H.均是16进制数,其最低位分别对应二进制数为0000,0001,0100,0101.它们对应输入信号A,B为00,01,10,11.编辑字信号输出地址范围为00000003,在Initial文件框中输入0000,在Final文本框中输入0003;选择输出方式:单

12、帧输出.按BURST钮即可;设定输出频率:可默认系统设置为1KHZ.设置逻辑分析仪,双击逻辑分析仪图标,显示它的面板.可默认系统设置.逻辑分析仪可以同步记录和显示16路逻辑信号,因此,当把电路的输入信号和输出信号都接入逻辑分析仪的输入端时,可以同步显示出输入信号和输出信号的波形.单击仪器库图标,打开仪器库,将逻辑分析仪图标拖到工作区,再双击该图标,显示其面板.面板上部为波形记录区,左边是16路信号输入端,自上而下依次排列,上面第一路是输入信号的最低位,下面一192农业网络信息)2007年第1O期交流园地最后一路是输入信号的最高位.在波形记录区的两边各有一根读数指针,拖动读数指针到适当的位置,可

13、读取波形数据.面板下方为读数显示的控制区.读数显示可读出指针1和指针2对应的时间值,以及两个指针所在位置的16路信号值(即逻辑值,以16进制数读出).控制操作有停止(Stop),复位(Reset),采样频率设:(Clockset),水平时间刻度设置和触发模式设triggerset).复位钮对逻辑分析仪产生复位控制.在运行中,每按一下复位钮,记录区波形被清除,并重新开始显示波形;在停止运行后按下复位钮,则消除波形记录区的波形.采样频率一般默认系统设定值即可.调节水平时间刻度设置,可调整波形的疏密.(5)启动运行:单击启动开关,电路开始运行,此时逻辑分析仪的波形记录应有波形输出.可调节波形显示区右

14、下方的时间刻度,使显示出疏密合适和波形.(6)分析波形:用鼠标拖动读数指针到波形的适当位置,读取A,B,S和C的波形逻辑值,并记录在表2中,结果显示电路逻辑功能正确.逻辑转换仪是Workbench特有的仪器,实际工作中不存在这种对应的设备.逻辑转换仪能够完成真值表,逻表2逻辑分析仪波形逻辑值记录表ABS(和)C(位)0000011010101101辑表达式和逻辑电路三者之间的相互转换,这一功能给数字电路的教学带来很大的方便.(1)逻辑电路一真值表.逻辑转换仪可以将多路(最多八路)输入一路输出的逻辑电路导出它的真值表.首先画出逻辑电路,并将其输入端接至逻辑转换仪的输入端,输出端通过换接开关接至逻

15、辑转换仪的输出端.按下”电路一真值表”按钮,在逻辑转换仪的显示窗I:1,即真值表区出现该电路的真值表.(2)真值表逻辑表达式.按下”真值表逻辑表达式”按钮,在逻辑表达式栏即可出现相应的该真值表的简化逻辑表达式.注意,在逻辑表达式中的”.是用来表示逻辑变量的”非”.f3)表达式真值表,逻辑电路或逻辑与非门电路.也可以直接在逻辑表达式栏中输入逻辑表达式(“与一或”式及”或一与”式均可),然后按下”表达式一真值表”按钮可得到相应的真值表;按下”表达式一电路”按钮可得到相应的逻辑电路;按下”表达式一与非门电路”按钮可得到由与非门构成的逻辑电路.逻辑转换仪仿真结果如图2所示.可见,在数字电路课程教学中,应用EWB仿真软件进行图2理论分析及电路结构的模拟分析时,可以使抽象的理论形象化,复杂的电路实际化,使枯燥的电路特性分析变得生动,形象,真实,可信,让学生在课堂中就能感受到实验才具有的测试效果,更好地把理论与实验联系起来.虽然,