基于EWB软件的电子表决器设计与实现

[摘要]EWB软件几乎能对电工电子技术课程的所有实验进行模拟仿真，并且实验的过程和仪器的操作与实际相似。本文结合电工电子的教学与实验经历，联系生活实际设计与实现了三人表决器与四人表决器。通过EWB软件的逻辑转换仪完成整个设计过程，使设计过程得以简化，且方便直观。
[关键词]EWB软件 电子电工实验 表决器

引言
电工电子技术是一门实践性很强的课程，课程内容包含了许多功能电路的分析及设计，有些电路较为复杂。基于电工电子这门课程的自身特征，仅仅靠教师在课堂上讲授理论知识是不够的，无法让学生感受到电路的实际应用，而且理论分析中一些繁琐的公式及有关的特性曲线缺乏直观性，导致学生听课时难以较好地理解理论知识。同时由于内容多课时少，学生没有充分的时间去通过实验来理解课堂中所教学的理论内容，理论和实际难以有机结合，导致理论教学效果受到影响[1]。
为了能够使非电类卓越工程师培养计划班学生有兴趣有信心投入到电工电子技术课程学习中并提高工学素养，在教学过程中引入电子仿真软件EWB，使每个学生能自己动手连接设计电路、设置参数及分析电路，通过虚拟实验理解理论难点，消除了理论的抽象感，激发学生对该课程的学习兴趣，实行了教师主导、学生为主体的教学模式，使得教学互动的效果更加完善[2-4]。本文结合电工电子的教学与实验经历，联系生活实际，通过EWB软件的逻辑转换仪设计与实现了三人表决器与四人表决器。
一、EWB软件
EWB是加拿大交互图像有限公司在20世纪90年代初推出的商用电路仿真软件，EWB元件库不仅提供了数千种电子元件供使用，而且就像是一个“面板包”。与在实际实验过程中一样，它提供了示波器、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、万用表等八种控制面板。EWB还提供了十多种分析功能，几乎能对电工电子技术课程的所有实验进行模拟仿真实验，并且实验的过程和仪器的操作与实际相似，却比实际方便。因此，EWB是一种优秀的电子技术训练工具[3]。
教学与实验由老师结合理论教学内容通过多媒体教学平台演示完成，后由学生在课外利用计算机参照有关要求进一步实现。通过人机对话的方式，每个人都能亲自动手搭接电路，进行元件接线，参数设定。通过EWB软件可随时调整和修改元器件参数，分析各元件参数对电路的作用与影响，以比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况。
二、三人表决器的设计
时下热门的中国达人秀比赛评委通过一个三人表决器为选手表决，图1是达人秀现场。

图1.达人秀实景图
三人表决器功能要求：三个评委各控制A、B、C三个按键中一个，以少数服从多数的原则表决事件，按下表示同意，否则为不同意。若表决通过，发光二极管点亮，否则不亮。设计思路为：

表1是根据逻辑要求列出的工作效果表，相应的逻辑真值表如表2所示。在表2中，评委同意为“1”，不同意为“0”；表决结果通过为“1”，不通过为“0”。根据表2得到逻辑关系的化简结果用与或式表示为：Y=BA+BC+AC；相应的与非门表达式是： 。图2和图3分别是以上两个逻辑表达式对应的逻辑图。

采用EWB进行仿真实验，可以非常直观逼真地反映工作实景。图4是用74LS10和74LS00设计的三人表决器，图5用74138译码器和与非门设计的三人表决器。在EWB实验操作台上，根据A、B、C开关位置的改变，可以即时地发现表决灯的变化，也恰恰体现三人表决的结果。图5中展示了A=B=0，C=1时和A=B=1，C=0时的表决结果。
三、四人表决器的设计
仿真结果的快捷使我们有兴趣创建更多的实际电路，如四人表决器的功能要求：当表决一提案时，多数人同意提案通过；如两人同意，其中一人为董事长时，提案也通过。

设董事长为A，三个人分别为B、C和D，输出为P。首先写出逻辑式，并画出逻辑图。我们可以通过EWB软件的逻辑转换仪完成整个设计过程。首先，在逻辑转换仪的顶部选择想用的输入端A、B、C、D。此时真值表区会自动出现输入信号的所有组合，而右边输出列的初始值全部为零。根据设计的要求，改变真值表的输出值1、0或X，可得真值表如图6所示。

按下“真值表→简化表达式”按钮，相应的逻辑表达式会出现在逻辑转换仪底部的逻辑表达式栏中。然后，按下“表达式→与非电路”按钮，可得到由与非门构成的电路。最后，在输入端接上转换开关，在输出端接一只指示灯。仿真图如图7所示，分别描述当A=D=1，B=C=0和A=D=0，B=C=1时对应的表决结果。

四、结语
调试和测量过程就是最好的学习过程，在虚拟仿真实验中，把实验与理论有机地结合起来，加深了对理论的认识。结合电工电子的教学与实验经历，联系生活实际设计与实现了三人表决器与四人表决器。通过EWB软件的逻辑转换仪完成整个设计过程，简化了设计过程，方便快捷。
基金资助：上海市教委重点课程项目和东华大学“卓越工程师课程项目”的资助。

[参考文献]
[1]任立红,李晓丽,刘浩.卓越工程师计划下“电工电子技术”课程创新教学初探,中国电力教育,2012年第4期.
[2]尹明.EWB仿真软件在电工电子教学中的应用,广东工业大学学报,2007年07期.
[3]周沛锋,董峰.EWB在电工电子实验中的应用，中国科技信息,2007年15期.
[4]朱清智,袁铸,胡应占.EWB在电子电工教学中的应用,电气电子教学学报,2010年218期.
（作者单位：1.东华大学信息科学与技术学院 上海,2.东华大学纺织学院 上海）