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［摘要］在“数字逻辑电路”课程教学中应用EWB，既可提高学生对相关理论的理解，又能充分激发学生的学习兴趣，提高教学效果，使学生真正学有所用。文章详细论述了在“数字逻辑电路”课程教学中如何应用EWB，阐明了其意义和效果，并用教学中的典型實例对此作了进一步说明。
［关键词］EWB 仿真分析 数字逻辑电路 交互
［作者简介］魏志军（1971- ），女，河北冀州人，河北经贸大学讲师，硕士，研究方向为数字信号处理；高位肖（1971- ），女，河北元氏人，河北经贸大学讲师，硕士，研究方向为计算机接口技术。（河北 石家庄 050061）
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2008）11-0158-02
一、引言
计算机技术的发展为教学提供了大量的现代化教学手段，教学课件和电子教案的广泛应用正在影响着我们的教学方法和教学效果。“数字逻辑电路”课程含有大量逻辑性非常强的理论，而传统的教学方法存在着以下弊端：一是大多数教师只着重于理论知识的传授，无法使学生真实地感受到电路的可实现性，也难以判断理论分析方案的正确性。二是理论分析通常都是对一些繁琐公式的推导及孤立数据的计算，很难形成电路的特性曲线，缺乏直观性，更难以对电路的参数进行分析和优化设计。三是学生听课时由于理论与实际联系不上，对理论难以理解，甚至完全不能理解，使他们认为“数字逻辑电路”难学、抽象，对学习失去兴趣，学习效果不理想。
针对这些难题，采用现代化的教学手段，将教学课件和板书推导相结合，引入EWB仿真技术辅助教学软件，既可演示复杂系统的未知结果，又可改变系统参数，演示系统随参数变化的结果或趋势。这样使理论讲授与实际应用相结合，大大调动了学生学习的主动性和积极性，增加了课堂上的良性互动，加深了学生对抽象理论的理解，提高了学生的学习兴趣，也弥补了实验手段的不足。经过笔者近两年的实践验证，这种做法的确能取得一定的效果。文章首先探讨了在“数字逻辑电路”课程的实际教学过程中应用EWB的意义，并且总结了在实际应用中取得的一些经验，以期与大家共享。
二、EWB软件介绍
EWB是Electronics Work Bench的简称，中文名称为“电子工程师仿真工作室”，是一种虚拟的电子工作平台。EWB仿真电子软件是加拿大交换图像技术有限公司于20世纪90年代初推出的EDA软件，其仿真功能十分强大，能接近100%地仿真出实际电路的结果。它就像实验室桌面那样，提供示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器、万用表等实验室必备仪器、仪表等。EWB软件具有以下特点：（1）采用直观的图形界面创建电路。它在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件和电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。（3）带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。（4）可同其他流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。（5）是一个优秀的电子技术训练工具。利用EWB软件提供的虚拟仪器，可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，可以仿真电路的实际运行情况，有助于使用者熟悉常用的电子仪器测量方法。
EWB软件具有诸多优点：首先，各元器件选择范围广，参数修改方便。使用EWB软件不会像实际操作那样，因多次把元件焊下而损坏元器件和印刷电路板，使电路调试变得快捷方便。其次，EWB软件元件库可为我们提供丰富多样的分立元件和集成电路等元器件。再次，作为一个全开放性的仿真实验和课件制作平台，EWB软件能为我们创设一个实验器具完备的综合性电子技术实验室，可以在任意组合的实验环境中搭建实验，通过元件复制或单级电路的复制来完成整个电路的组装。因此，EWB软件也适用于大型的设计性实验。
由此可见，EWB电子工作平台是一种很好的实用工具，它使我们在教学过程中能够随时进行实验、演示和电路分析。教师可以在多媒体教室中，深入浅出地分析各种电路的特性，讲解各种参数的改变对电路的影响；学生可结合学习内容，进行接近于实际电路的调试分析，有利于加深其对理论的理解。
三、在“数字逻辑电路”课程中引入EWB的意义
1.有助于提高课堂教学效果和教学效率。在传统的“数字逻辑电路”课程教学中，教师要经常对电子元器件、电路的特性曲线、输入输出波形等进行分析，而这些分析通常是由教师手工画图来完成的，不仅效率低，而且精度差。如果利用EWB仿真电子软件仿真实际电路，则可解决上述种种问题，将实验室与课堂有机地融为一体。该软件可将一些用语言和文字难以表达或难以理解的变化过程，随时以图、形、表格及曲线显示出来；而且，还可以根据教学需要随时修改电路和参数，让学生即时观察输出效果，促进学生的理解和掌握。这样，既提高了教学效果，又缩短了教学时间，提高了教学效率。引入EWB软件，一方面，教师就有时间将更多的新概念、新方法、新技术等融入教学；另一方面，学生课后也可自行对教学中的电路进行仿真或完成仿真作业，从而更好地掌握课堂教学内容，加深对概念和原理的理解。
2.有助于提高学生的实验能力，以适应市场需求。在“数字逻辑电路”课程中，实验占有非常重要的地位。传统教学由于受时间和实验室条件的限制，实验项目较少，且大多为验证性实验，设计性的实验很少，甚至没有。这对培养学生理论联系实际能力和创新能力极为不利。而EWB本身是一个虚拟电子工作平台，有丰富的元器件库和虚拟设备，一台普通配置的装有EWB软件的计算机相当于一个功能强大、设备齐全、器件丰富的小型电子实验室，可让学生尽情发挥。因此，原本受实验室条件限制而无法开设的实验利用EWB软件，就可进行仿真实验，使学生有更多锻炼与学习的机会，能更快地提高其实验能力。同时，使用EWB软件也可使实验的内容和形式更为丰富多样。在虚拟实验中，学生可提出各种方案进行仿真实验，不受硬件条件的限制，并能很快获得仿真结果，及时发现问题、解决问题，从而大大提高学生的分析问题和理论联系实际的能力，激发他们的求知欲和创新意识。还可在课程实验后期，开设一些设计性实验，如数字频率计等，让学生提出种种设计方案，设计电路并进行仿真实验，在教师的适时指导下，及时发现问题、解决问题。这种教学能大大激发学生学习仿真电子技术的兴趣，使其初步掌握现代电子设计的理念和方法，为进一步学习EDA技术打下良好的基础，以适应市场对这方面人才的需求。
四、EWB在“数字逻辑电路”课程教学中的应用实例
EWB本身是一个功能强大的电子电路仿真软件，但在没有承载具体的教学信息之前，它只是一个电子电路专业设计工具，不是教学软件。因此，为了服务于教学，必须对其资源进行整合。整合是以教学目标为依据，以EWB为平台，并以其内嵌的“Netmeeting白板程序”为工具来陈述教学内容，设计教学步骤。对教学目标、教学内容的陈述，主要以文字、图片（电路图）来表达；而对于教学步骤的设计，主要考虑以何种顺序来呈现教学内容，使教学的逻辑性更强，更易于学生接受。
EWB软件在教学中的开发、运用都是在同一个开放的平台上实现的，所以，它的教学信息（元器件及参数等）是实时可选的，并且完成选择只需轻轻点击鼠标即可，能实现实时交互性的教与学。
下面以任意进制计数器的仿真分析和设计为例，说明EWB在教学中的应用：
利用74160芯片，分别以复位法和置位法接成七进制计数器，并将两者进行比较，以明确复位法与置位法的区别：复位法中清零信号与时钟脉冲无关，而置位法中预置数操作与时钟脉冲有关。
74160芯片具有异步复位和同步置位的功能，如表1：
1.仿真分析利用74160芯片以复位法接成的七进制计数器。当=时，生成清零信号，与时钟脉冲无关，实现七进制计数。根据指示灯的变化，其状态转换为：
2.仿真分析利用74160芯片以置位法接成的七进制计数器。当，且在下一个有效时钟脉冲有效沿到来时，计数器被置成零。根据指示灯的变化，其状态转换为：
将仿真结果作理论分析，其结果与平台所显示的仿真结果吻合，也较好地演示了置位法设计计数器与时钟脉冲的关系。
3.用两片74160芯片设计68进制计数器实验。为了容易看清数字显示器的变化情况，用1赫兹的方波信号作为时钟脉冲，左边是低位片，右边是高位片。为了实现68进制计数，将高位片输出为0110时的两个1端，将低位片输出为1000时的一个1端，把这3个1端和三输入与非门的输入端相连，構成清零逻辑电路。这样，当计数到68的时候，与非门的输出信号使两个计数器同时清零，从而实现68进制计数。其电路图如图2：
五、结语
在基于EWB虚拟电子技术的课堂教学中，师生可借助计算机自然高效地与EWB上的元器件、电子仪器、分析工具进行交互作用，产生相互影响。因此，可根据课堂教学需要，实时地改变教学信息，对教学中的问题进行仿真模拟，即时了解学生学习过程中的疑难困惑和奇思妙想，真正实现“所想即所学”的教学。这样，不仅增强了教学的直观性、形象性和生动性，极大地激发了学生的学习兴趣，而且实现了理论教学与实践应用的紧密结合，使学生学以致用。
计算机辅助教学是当今教育领域的重要内容，也是实现教育现代化的重要手段。而将计算机仿真技术引入教学领域，能够丰富计算机辅助教学的内容，是教育技术发展的一个飞跃。基于计算机仿真技术的“数字逻辑电路”课程教学以其开放性、灵活性、丰富性、生动性、实时交互性和高效性等功能特征，极大地改进了“数字逻辑电路”课程的教学方法，拓展了教学的广度和深度，为学生创造了更多的动脑、动手和动口机会，为提高电子电路教学质量提供了又一有效手段。“数字逻辑电路”课程的计算机仿真教学必将受到人们越来越多的关注。
［参考文献］
［1］李忠波，袁宏.电子设计与仿真技术［M］.北京：机械工业出版社，2004.
［2］蒋卓勤，邓玉元.Multisim 2001及其在电子设计中的应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2003.
［3］赵丽梅.数字电路仿真实验及其设计示例［J］.中国远程教育，2002（6）：59-62.
［4］时述有，张昕，毕娟.EWB在电工电子实验教学中的应用［J］.丹东纺专学报，2004（4）.
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［关键词］EWB 仿真分析 数字逻辑电路 交互
［作者简介］魏志军（1971- ），女，河北冀州人，河北经贸大学讲师，硕士，研究方向为数字信号处理；高位肖（1971- ），女，河北元氏人，河北经贸大学讲师，硕士，研究方向为计算机接口技术。（河北 石家庄 050061）
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2008）11-0158-02
一、引言
计算机技术的发展为教学提供了大量的现代化教学手段，教学课件和电子教案的广泛应用正在影响着我们的教学方法和教学效果。“数字逻辑电路”课程含有大量逻辑性非常强的理论，而传统的教学方法存在着以下弊端：一是大多数教师只着重于理论知识的传授，无法使学生真实地感受到电路的可实现性，也难以判断理论分析方案的正确性。二是理论分析通常都是对一些繁琐公式的推导及孤立数据的计算，很难形成电路的特性曲线，缺乏直观性，更难以对电路的参数进行分析和优化设计。三是学生听课时由于理论与实际联系不上，对理论难以理解，甚至完全不能理解，使他们认为“数字逻辑电路”难学、抽象，对学习失去兴趣，学习效果不理想。
针对这些难题，采用现代化的教学手段，将教学课件和板书推导相结合，引入EWB仿真技术辅助教学软件，既可演示复杂系统的未知结果，又可改变系统参数，演示系统随参数变化的结果或趋势。这样使理论讲授与实际应用相结合，大大调动了学生学习的主动性和积极性，增加了课堂上的良性互动，加深了学生对抽象理论的理解，提高了学生的学习兴趣，也弥补了实验手段的不足。经过笔者近两年的实践验证，这种做法的确能取得一定的效果。文章首先探讨了在“数字逻辑电路”课程的实际教学过程中应用EWB的意义，并且总结了在实际应用中取得的一些经验，以期与大家共享。
二、EWB软件介绍
EWB是Electronics Work Bench的简称，中文名称为“电子工程师仿真工作室”，是一种虚拟的电子工作平台。EWB仿真电子软件是加拿大交换图像技术有限公司于20世纪90年代初推出的EDA软件，其仿真功能十分强大，能接近100%地仿真出实际电路的结果。它就像实验室桌面那样，提供示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器、万用表等实验室必备仪器、仪表等。EWB软件具有以下特点：（1）采用直观的图形界面创建电路。它在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件和电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。（3）带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。（4）可同其他流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。（5）是一个优秀的电子技术训练工具。利用EWB软件提供的虚拟仪器，可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，可以仿真电路的实际运行情况，有助于使用者熟悉常用的电子仪器测量方法。
EWB软件具有诸多优点：首先，各元器件选择范围广，参数修改方便。使用EWB软件不会像实际操作那样，因多次把元件焊下而损坏元器件和印刷电路板，使电路调试变得快捷方便。其次，EWB软件元件库可为我们提供丰富多样的分立元件和集成电路等元器件。再次，作为一个全开放性的仿真实验和课件制作平台，EWB软件能为我们创设一个实验器具完备的综合性电子技术实验室，可以在任意组合的实验环境中搭建实验，通过元件复制或单级电路的复制来完成整个电路的组装。因此，EWB软件也适用于大型的设计性实验。
由此可见，EWB电子工作平台是一种很好的实用工具，它使我们在教学过程中能够随时进行实验、演示和电路分析。教师可以在多媒体教室中，深入浅出地分析各种电路的特性，讲解各种参数的改变对电路的影响；学生可结合学习内容，进行接近于实际电路的调试分析，有利于加深其对理论的理解。
三、在“数字逻辑电路”课程中引入EWB的意义
1.有助于提高课堂教学效果和教学效率。在传统的“数字逻辑电路”课程教学中，教师要经常对电子元器件、电路的特性曲线、输入输出波形等进行分析，而这些分析通常是由教师手工画图来完成的，不仅效率低，而且精度差。如果利用EWB仿真电子软件仿真实际电路，则可解决上述种种问题，将实验室与课堂有机地融为一体。该软件可将一些用语言和文字难以表达或难以理解的变化过程，随时以图、形、表格及曲线显示出来；而且，还可以根据教学需要随时修改电路和参数，让学生即时观察输出效果，促进学生的理解和掌握。这样，既提高了教学效果，又缩短了教学时间，提高了教学效率。引入EWB软件，一方面，教师就有时间将更多的新概念、新方法、新技术等融入教学；另一方面，学生课后也可自行对教学中的电路进行仿真或完成仿真作业，从而更好地掌握课堂教学内容，加深对概念和原理的理解。
2.有助于提高学生的实验能力，以适应市场需求。在“数字逻辑电路”课程中，实验占有非常重要的地位。传统教学由于受时间和实验室条件的限制，实验项目较少，且大多为验证性实验，设计性的实验很少，甚至没有。这对培养学生理论联系实际能力和创新能力极为不利。而EWB本身是一个虚拟电子工作平台，有丰富的元器件库和虚拟设备，一台普通配置的装有EWB软件的计算机相当于一个功能强大、设备齐全、器件丰富的小型电子实验室，可让学生尽情发挥。因此，原本受实验室条件限制而无法开设的实验利用EWB软件，就可进行仿真实验，使学生有更多锻炼与学习的机会，能更快地提高其实验能力。同时，使用EWB软件也可使实验的内容和形式更为丰富多样。在虚拟实验中，学生可提出各种方案进行仿真实验，不受硬件条件的限制，并能很快获得仿真结果，及时发现问题、解决问题，从而大大提高学生的分析问题和理论联系实际的能力，激发他们的求知欲和创新意识。还可在课程实验后期，开设一些设计性实验，如数字频率计等，让学生提出种种设计方案，设计电路并进行仿真实验，在教师的适时指导下，及时发现问题、解决问题。这种教学能大大激发学生学习仿真电子技术的兴趣，使其初步掌握现代电子设计的理念和方法，为进一步学习EDA技术打下良好的基础，以适应市场对这方面人才的需求。
四、EWB在“数字逻辑电路”课程教学中的应用实例
EWB本身是一个功能强大的电子电路仿真软件，但在没有承载具体的教学信息之前，它只是一个电子电路专业设计工具，不是教学软件。因此，为了服务于教学，必须对其资源进行整合。整合是以教学目标为依据，以EWB为平台，并以其内嵌的“Netmeeting白板程序”为工具来陈述教学内容，设计教学步骤。对教学目标、教学内容的陈述，主要以文字、图片（电路图）来表达；而对于教学步骤的设计，主要考虑以何种顺序来呈现教学内容，使教学的逻辑性更强，更易于学生接受。
EWB软件在教学中的开发、运用都是在同一个开放的平台上实现的，所以，它的教学信息（元器件及参数等）是实时可选的，并且完成选择只需轻轻点击鼠标即可，能实现实时交互性的教与学。
下面以任意进制计数器的仿真分析和设计为例，说明EWB在教学中的应用：
利用74160芯片，分别以复位法和置位法接成七进制计数器，并将两者进行比较，以明确复位法与置位法的区别：复位法中清零信号与时钟脉冲无关，而置位法中预置数操作与时钟脉冲有关。
74160芯片具有异步复位和同步置位的功能，如表1：
1.仿真分析利用74160芯片以复位法接成的七进制计数器。当=时，生成清零信号，与时钟脉冲无关，实现七进制计数。根据指示灯的变化，其状态转换为：
2.仿真分析利用74160芯片以置位法接成的七进制计数器。当，且在下一个有效时钟脉冲有效沿到来时，计数器被置成零。根据指示灯的变化，其状态转换为：
将仿真结果作理论分析，其结果与平台所显示的仿真结果吻合，也较好地演示了置位法设计计数器与时钟脉冲的关系。
3.用两片74160芯片设计68进制计数器实验。为了容易看清数字显示器的变化情况，用1赫兹的方波信号作为时钟脉冲，左边是低位片，右边是高位片。为了实现68进制计数，将高位片输出为0110时的两个1端，将低位片输出为1000时的一个1端，把这3个1端和三输入与非门的输入端相连，構成清零逻辑电路。这样，当计数到68的时候，与非门的输出信号使两个计数器同时清零，从而实现68进制计数。其电路图如图2：
五、结语
在基于EWB虚拟电子技术的课堂教学中，师生可借助计算机自然高效地与EWB上的元器件、电子仪器、分析工具进行交互作用，产生相互影响。因此，可根据课堂教学需要，实时地改变教学信息，对教学中的问题进行仿真模拟，即时了解学生学习过程中的疑难困惑和奇思妙想，真正实现“所想即所学”的教学。这样，不仅增强了教学的直观性、形象性和生动性，极大地激发了学生的学习兴趣，而且实现了理论教学与实践应用的紧密结合，使学生学以致用。
计算机辅助教学是当今教育领域的重要内容，也是实现教育现代化的重要手段。而将计算机仿真技术引入教学领域，能够丰富计算机辅助教学的内容，是教育技术发展的一个飞跃。基于计算机仿真技术的“数字逻辑电路”课程教学以其开放性、灵活性、丰富性、生动性、实时交互性和高效性等功能特征，极大地改进了“数字逻辑电路”课程的教学方法，拓展了教学的广度和深度，为学生创造了更多的动脑、动手和动口机会，为提高电子电路教学质量提供了又一有效手段。“数字逻辑电路”课程的计算机仿真教学必将受到人们越来越多的关注。
［参考文献］
［1］李忠波，袁宏.电子设计与仿真技术［M］.北京：机械工业出版社，2004.
［2］蒋卓勤，邓玉元.Multisim 2001及其在电子设计中的应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2003.
［3］赵丽梅.数字电路仿真实验及其设计示例［J］.中国远程教育，2002（6）：59-62.
［4］时述有，张昕，毕娟.EWB在电工电子实验教学中的应用［J］.丹东纺专学报，2004（4）.
“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”