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摘要：将传统教学和仿真技术有机结合起来，把多媒体和虚拟技术运用到培养应用型人才的教学中，将是课程改革的必然趋势。以EWB软件为平台，阐述了其电路模拟仿真功能和特点。针对数字电路教学中出现的逻辑函数化简、组合逻辑电路分析与设计等问题，介绍了如何应用EWB进行仿真的实例。实践证明，在数字电路教学中应用EWB，能达到事半功倍的效果。
关键词：EWB；数字电路；应用；虚拟技术
作者简介：季丽琴（1980-），女，江苏太仓人，健雄职业技术学院电气工程系，讲师。（江苏 太仓 215411）
中图分类号：G642.41 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0177-02
随着计算机和多媒体技术的广泛应用，计算机仿真教学已成为培养学生工程实践能力的主要内容。20世纪90年代初加拿大Interactive Image Technologies公司推出了专门用于电子电路仿真的虚拟“电子工作台”EWB。[1-2]它可以仿真模拟电路、数字电路和混合电路，具有和真实环境相一致的可视化界面，目前已在电子工程设计、电子类课程教学等领域得到广泛应用。
一、EWB软件的特点
EWB5.0版软件仿真的手段切合实际，选用的元器件和仪器与实际情况非常接近。绘制电路图所需的元器件仪表均可以屏幕上直接选取，其元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，如对分析精度有特殊的要求，可以选择具有具体型号的器件模型，而且仪器的操作开关、按钮如同真实仪器，既容易学习又使人特别感兴趣。作为虚拟的电子工作台，该软件提供了较为详细的电路分析手段，不仅可以完成电路的瞬态分析、稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路和噪声分析和失真分析等常规电路的分析方法，而且还提供了离散傅立叶分析、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24种电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。此外它还可以对被仿真电路中的元件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察到在不同故障情况下的电路工作状态。在进行仿真的同时，还可以存储测试点的所有数据，列出所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和测量数据。该软件的仪器库存放有多种仪器可供使用。它们分别是数字多用表、函数发生器、示波器、波特图仪、扫频仪、逻辑分析仪和逻辑转换仪等。在连接电路时，仪器以图标方式存在。此外该软件创建电路图所需的元器件库与目前常见的电子电路分析软件如“SPICE”的元器件库完全兼容，两者之间可以互相转换。同时在该软件下完成的电路文件，可以直接输出至常见的印制电路板排版软件，如PROTEL、ORCAD和TANGO等印制电路板PCB设计软件，从而大大加快了电子产品的开发速度，提高了设计人员的工作效率。[4]
二、EWB在数字电路教学中的应用
组合逻辑电路的分析、设计涉及函数的化简和转换，常规用公式法、卡诺图法，[3]但求解过程比较烦琐。而利用逻辑转换仪这一虚拟仪器就会变得很方便。逻辑转换仪是EWB特有的虚拟仪器，它能完成真值表、逻辑表达式和逻辑电路之间的快速转换，给数字逻辑电路的设计与仿真带来了很大的方便。下面介绍几个应用实例。
1.逻辑函数的快速化简
将函数化简为最简的与或表达式。传统的方法是利用公式法进行化简，其过程如下：
可以看出，利用公式法化简逻辑函数的求解过程比较复杂，而且在化简时，学生要看出应用哪个公式还是有一定难度的。我们再看看应用EWB化简的过程：步骤1 从EWB元器件库栏仪器库中把逻辑转换仪拖出，双击逻辑转换仪图标，在显示的面板图底部最后一行的空白位置中输入需转换的逻辑函数表达。注意，在逻辑函数表达式中逻辑变量右上方的“‘”表示逻辑“非”，点击转化符号得到原函数式所对应真值表（见图1）。步骤2 点击转换符号得到原函数式的最简表达式（见图2）。
可以看出，应用EWB中的逻辑转换仪进行函数式的化简只需两步就可方便、快速地得到函数最简式，要远比公式法简洁，而且正确率高。
2.组合逻辑电路的快速分析
分析如图3所示电路图的逻辑功能。
（1）在实验工作区搭建实验电路，将逻辑电路的输入端接入逻辑转换仪的输入端，将逻辑电路的输出端接至逻辑转换仪的输出端，如图4所示。
（2）打开转换仪面板，面板的左侧为真值表区，共有8个输入端，右侧为转换方式区，在转换方式区选择电路—真值表转换方式得到真值表，再选择真值表—简化逻辑表达式转换方式，得到简化的逻辑表达式，如图5所示。
分析真值表或简化的逻辑表达式可知，当输入变量A、B、C完全相同时Y=0。所以这个逻辑电路的功能是判断输入信号是否一致。
3.组合逻辑电路的快速设计
有红、绿、黄3个信号灯，正常工作时必须有且只能有1个信号灯亮，如果不满足这个条件，就要发出报警信号，设计该报警电路。
第一步，逻辑赋值。设红灯信号为逻辑变量A、绿灯信号为逻辑变量B、黄灯信号为逻辑变量C，信號灯亮为1，不亮为0；F为报警信号，F=0时系统工作正常，F=1时系统出现故障报警。
第二步，列真值表。打开仪器库，拖出逻辑转换仪，双击图标，打开面板，在面板顶部选中A、B、C3个输入信号，将真值表区出现的输入信号的所有组合右边列出的对应的输出初始值，依设计要求赋值（1、0或X）。如图6所示。
第三步，根据真值表求出逻辑函数表达式并化简。按下逻辑转换仪面板上的“由真值表转换到最简逻辑函数表达式”的按钮，相应的化简的逻辑函数表达式就会出现在逻辑转换仪底部最后一行的逻辑函数表达式栏内。
第四步，由逻辑函数表达式求出逻辑电路图。按下逻辑转换仪面板上的“由表达式转换到逻辑电路图”的按钮，就会得到所要设计的逻辑电路图。如图7所示。
三、结束语
数字电路是电子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。[5-6]目前，在数字电路课程的教学中，教师往往只注重传授理论知识，无法让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。学生在听课时，由于对理论难以理解，甚至于不能理解，造成对数字电路“难学、抽象”的思想障碍，从而失去了学习兴趣。将EWB引入数字电路教学，可以使教师在讲解理论的同时，利用EWB软件进行仿真、演示，使学生消除“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。
参考文献：
[1]周凯,等.EWB虚拟电子实验室——Multisim7&Ultiboard7电子电路设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2]路而红.虚拟电子实验室[M].北京:人民邮电出版社,2001.
[3]陈先荣.电子技术实验基础[M].北京:国防工业出版社,2004.
[4]熊旭军,张颜萍.基于EWB的电子电路仿真与设计[J].甘肃科技,2008,24(18).
[5]陈立香.“数字电子技术”课程教法新探[J].中国职业技术教育,
2004,(36).
[6]韦禄民.高职数字电子技术课程“双教一体化”教学改革与实践[J].教育与职业,2009,(23).
（责任责任：麻剑飞）
关键词：EWB；数字电路；应用；虚拟技术
作者简介：季丽琴（1980-），女，江苏太仓人，健雄职业技术学院电气工程系，讲师。（江苏 太仓 215411）
中图分类号：G642.41 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0177-02
随着计算机和多媒体技术的广泛应用，计算机仿真教学已成为培养学生工程实践能力的主要内容。20世纪90年代初加拿大Interactive Image Technologies公司推出了专门用于电子电路仿真的虚拟“电子工作台”EWB。[1-2]它可以仿真模拟电路、数字电路和混合电路，具有和真实环境相一致的可视化界面，目前已在电子工程设计、电子类课程教学等领域得到广泛应用。
一、EWB软件的特点
EWB5.0版软件仿真的手段切合实际，选用的元器件和仪器与实际情况非常接近。绘制电路图所需的元器件仪表均可以屏幕上直接选取，其元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，如对分析精度有特殊的要求，可以选择具有具体型号的器件模型，而且仪器的操作开关、按钮如同真实仪器，既容易学习又使人特别感兴趣。作为虚拟的电子工作台，该软件提供了较为详细的电路分析手段，不仅可以完成电路的瞬态分析、稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路和噪声分析和失真分析等常规电路的分析方法，而且还提供了离散傅立叶分析、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24种电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。此外它还可以对被仿真电路中的元件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察到在不同故障情况下的电路工作状态。在进行仿真的同时，还可以存储测试点的所有数据，列出所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和测量数据。该软件的仪器库存放有多种仪器可供使用。它们分别是数字多用表、函数发生器、示波器、波特图仪、扫频仪、逻辑分析仪和逻辑转换仪等。在连接电路时，仪器以图标方式存在。此外该软件创建电路图所需的元器件库与目前常见的电子电路分析软件如“SPICE”的元器件库完全兼容，两者之间可以互相转换。同时在该软件下完成的电路文件，可以直接输出至常见的印制电路板排版软件，如PROTEL、ORCAD和TANGO等印制电路板PCB设计软件，从而大大加快了电子产品的开发速度，提高了设计人员的工作效率。[4]
二、EWB在数字电路教学中的应用
组合逻辑电路的分析、设计涉及函数的化简和转换，常规用公式法、卡诺图法，[3]但求解过程比较烦琐。而利用逻辑转换仪这一虚拟仪器就会变得很方便。逻辑转换仪是EWB特有的虚拟仪器，它能完成真值表、逻辑表达式和逻辑电路之间的快速转换，给数字逻辑电路的设计与仿真带来了很大的方便。下面介绍几个应用实例。
1.逻辑函数的快速化简
将函数化简为最简的与或表达式。传统的方法是利用公式法进行化简，其过程如下：
可以看出，利用公式法化简逻辑函数的求解过程比较复杂，而且在化简时，学生要看出应用哪个公式还是有一定难度的。我们再看看应用EWB化简的过程：步骤1 从EWB元器件库栏仪器库中把逻辑转换仪拖出，双击逻辑转换仪图标，在显示的面板图底部最后一行的空白位置中输入需转换的逻辑函数表达。注意，在逻辑函数表达式中逻辑变量右上方的“‘”表示逻辑“非”，点击转化符号得到原函数式所对应真值表（见图1）。步骤2 点击转换符号得到原函数式的最简表达式（见图2）。
可以看出，应用EWB中的逻辑转换仪进行函数式的化简只需两步就可方便、快速地得到函数最简式，要远比公式法简洁，而且正确率高。
2.组合逻辑电路的快速分析
分析如图3所示电路图的逻辑功能。
（1）在实验工作区搭建实验电路，将逻辑电路的输入端接入逻辑转换仪的输入端，将逻辑电路的输出端接至逻辑转换仪的输出端，如图4所示。
（2）打开转换仪面板，面板的左侧为真值表区，共有8个输入端，右侧为转换方式区，在转换方式区选择电路—真值表转换方式得到真值表，再选择真值表—简化逻辑表达式转换方式，得到简化的逻辑表达式，如图5所示。
分析真值表或简化的逻辑表达式可知，当输入变量A、B、C完全相同时Y=0。所以这个逻辑电路的功能是判断输入信号是否一致。
3.组合逻辑电路的快速设计
有红、绿、黄3个信号灯，正常工作时必须有且只能有1个信号灯亮，如果不满足这个条件，就要发出报警信号，设计该报警电路。
第一步，逻辑赋值。设红灯信号为逻辑变量A、绿灯信号为逻辑变量B、黄灯信号为逻辑变量C，信號灯亮为1，不亮为0；F为报警信号，F=0时系统工作正常，F=1时系统出现故障报警。
第二步，列真值表。打开仪器库，拖出逻辑转换仪，双击图标，打开面板，在面板顶部选中A、B、C3个输入信号，将真值表区出现的输入信号的所有组合右边列出的对应的输出初始值，依设计要求赋值（1、0或X）。如图6所示。
第三步，根据真值表求出逻辑函数表达式并化简。按下逻辑转换仪面板上的“由真值表转换到最简逻辑函数表达式”的按钮，相应的化简的逻辑函数表达式就会出现在逻辑转换仪底部最后一行的逻辑函数表达式栏内。
第四步，由逻辑函数表达式求出逻辑电路图。按下逻辑转换仪面板上的“由表达式转换到逻辑电路图”的按钮，就会得到所要设计的逻辑电路图。如图7所示。
三、结束语
数字电路是电子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。[5-6]目前，在数字电路课程的教学中，教师往往只注重传授理论知识，无法让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。学生在听课时，由于对理论难以理解，甚至于不能理解，造成对数字电路“难学、抽象”的思想障碍，从而失去了学习兴趣。将EWB引入数字电路教学，可以使教师在讲解理论的同时，利用EWB软件进行仿真、演示，使学生消除“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。
参考文献：
[1]周凯,等.EWB虚拟电子实验室——Multisim7&Ultiboard7电子电路设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2]路而红.虚拟电子实验室[M].北京:人民邮电出版社,2001.
[3]陈先荣.电子技术实验基础[M].北京:国防工业出版社,2004.
[4]熊旭军,张颜萍.基于EWB的电子电路仿真与设计[J].甘肃科技,2008,24(18).
[5]陈立香.“数字电子技术”课程教法新探[J].中国职业技术教育,
2004,(36).
[6]韦禄民.高职数字电子技术课程“双教一体化”教学改革与实践[J].教育与职业,2009,(23).
（责任责任：麻剑飞）