淺談proteus在電子技術教學中的應用與實踐

貴州省電子信息高級技工學校 何小偉

實踐中可以看到，Proteus軟件有很多種數字、模擬器件模型，同時還提供了一系列的元器件，比如虛擬示波器、信號發(fā)生器、電壓表、邏輯分析儀、計數器以及電流表和虛擬終端等工具。在Proteus軟件技術應用環(huán)境下，如同形成了一個元器件、實驗儀器等，都非常完備的綜合性電子技術實驗室。

1.proteus軟件及功能概述

Proteus軟件，最早是由英國一家公司（Labcenter electronics）研發(fā)出來的，是一種多功能非常全面的EDA軟件，具有包括ISIS原理圖布圖、SPICE混合模型仿真以及ARES PCB方面的設計功能。從效果上來看，該軟件可有效實現數字電路、微控制器以及模擬電路和外置混合電路軟件的仿真、PCB設計以及綜合系統的協調仿真等。Proteus軟件提供的模擬、數字元器件以及相關的外部設備，電壓表、示波器以及電流表等虛擬元件，對單片機、外圍電路綜合系統等，具有非常強大的交互、仿真功能；除具有和EDA工具基本相同的原理布圖、人工布線以及PCB自動和電路仿真功能外，還具有電路仿真過程中的互動性特點。針對當前微處理器的實際應用情況，還可直接在原理圖虛擬原型基礎上進行編程操作，對軟件源碼級進行有效的調試。Proteus軟件技術，實際上就是一款集單片機、SPIC研究于一體的仿真軟件技術，其功能非常的強大。在安裝完仿真軟件后，還有兩個主要程序，即ARES與ISIS。

其中，前者主要是提供PCB自動、人工布線以及電路仿真功能，而后者則采用原理布圖法對電路進行仿真操作。需要說明的是，Proteus仿真軟件技術，對于電子技術教學非常適合，可提高非常豐富的教學資源。

2.Proteus軟件在電子技術理論教學中的作用分析

實踐中，將Proteus軟件技術，有效地應用在模擬電子技術理論教學過程中，相當于是將實驗室完整地搬到了電子技術課程教學課堂上。在此條件下，教師可在課堂上，通過該軟件技術的應用，將模擬電子技術一節(jié)中的基本器件，形象地展示給學生，并將基本電路分析、結果以及電路圖的設計過程，清晰地演示給學生們。這樣一來，就可以從根本上改變傳統的教學模式，不用僅靠語言的形式來描述本節(jié)教學內容，同時也避免了需復雜演算方可得出結論的傳統教學狀態(tài)，對于增強教學內容的直觀性、提高教學內容的生動形象性，具有非常重要的作用。在電子技術課程教學過程中，采用Proteus軟件技術，可省掉傳統枯燥無味的理論推導，不僅可以節(jié)約時間，而且能夠加深學生對理論內容的印象和理解，對于電子技術教學，起到了實質性的影響。在電子技術理論教學實踐中，通過Proteus軟件技術的應用，對解決教學難問題具有非常重要的作用。對于電子技術課程而言，非常的抽象和枯燥，比如放大電路靜態(tài)工作點設置、動態(tài)參數估算等，都是該門課程教學中的重點和難點。在傳統的教學模式下，主要是通過讓學生只了解二極管、場效應管以及雙極結型三極管等器件名字、基本原理的方式，進行教育教學。Proteus軟件技術的應用和實踐，可讓學生有準確、全面地掌握這些元器件的功能和作用。比如，放大電路教學過程中，靜態(tài)工作點非常的重要，通過Proteus軟件技術的應用，不僅可以防范放大電路失真問題，而且對于有效應對電路動態(tài)性能影響具有非常重要的作用。在放大電路設計、調試過程中，為確保其性能的有效發(fā)揮，應當先設置穩(wěn)定、合理的靜態(tài)工作點，如圖1所示。

圖1

靜態(tài)工作點的設置，實際上就是利用外圍電路，確保雙極結型三極管（Q1）處于一種放大工作的狀態(tài)。如上圖所示，電源電壓為10伏，Q1靜態(tài)工作時的電流為l毫安，此時只需對電值R進行確定即可。而要想確定R值，應當先知道Ql。實踐中，相同型號的不同雙極結型三極管，其阻值不一定相同，并且該器件數據手冊上只是給出了一個大體的范圍而已。比如，雙極結型三極管值大約為3至300。在這樣的情況下，如何確定雙極結型三極管阻值顯得非常的重要。在傳統教學模式下，多數學生雖然學完了關于模擬電子技術的相關知識，都實際操作過程中卻無計可施。Proteus軟件技術的應用，有效地改變了這一教學尷尬現象，教師可在Proteus仿真環(huán)境中對現場進行有效的演示，從而加深學生的印象，理解的更為深刻。在此過程中，學生通過教師在仿真環(huán)境下的逐步操作、演示，可深刻理解放大電路靜態(tài)工作點布設的重要性，并且可以熟練掌握如何設置放大電路靜態(tài)工作點。電子技術課程教學過程中，尤其是理論教學實踐中，模擬電路及其各關鍵點上的電壓、支路電流、輸入信號以及輸出信號波形等，都可以準確地顯示在屏幕上，從而給學生以直觀感受。該軟件技術的應用，不僅可以使原本比較抽象的理論只是變得清晰、簡單，而且還可以使平面電路立體化、課堂教學生動化，對于激發(fā)學生的學習興趣和熱情，提高教學質量和效率，具有非常重要的作用。

3.Proteus軟件技術在電子技術教學中的應用與實踐

電子技術課程教學過程中，通過采用的是虛擬實驗方法，借助現代多媒體網絡技術，通過網路教室來實現教師機與學生機之間的同步演示操作，從而實現教學目標。電子技術教學中還會用到，虛擬儀器技術，即利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件（比如Proteus軟件）來完成各種測試、測量和自動化的應用。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現實世界的信號相連，分析數據以獲取實用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內提高效率。學生根據電路原理圖，利用Proteus軟件技術在元件庫中找到所需的虛擬元件，可搭建相應的電路和仿真實驗；同時，也可利用Proteus軟件技術所提供的元器件故障設置功能，在元器件上設置故障，在電路仿真操作完成后，可清晰地再現元器件故障發(fā)生時的狀況，并從儀器上獲取所需的相關參數。在仿真時還要改變庫的測試環(huán)境值，才能測出更準確的值，調整好拓撲結構后，千萬別忘了填寫拓撲結構的限制表，限制表里頭才是最終起作用的限制條件，接下來只要將填好限制后的拓撲結構加在同類網線上，然后轉到中進行自動布線PCB，會盡量根據限制自動布線。該軟件具有很強的實用性，對于硬件設計人員來說，是一種不可多得的PCB設計工具，對高速來說尤為如此當然對于這樣一個高智能仿真軟件使用起來也并不那么容易。以電子技術教學實踐中的一個典型電路，即直流穩(wěn)壓電源為例，對Proteus軟件技術在此中的應用實踐進行分析。

圖2 LM317、M337可調雙電源直流穩(wěn)壓電源

圖2是LM317、M337可調雙電源直流穩(wěn)壓電源，在教學過程中學生很容易從元器件庫中找到相應的元器件，然后放置在適當位置，用導線根據電路原理圖將其相互連接在一起，對元器件參數進行適當的調整，并采用交互式仿真技術，直觀地看到電路具體工作情況。導線箭頭表示電流方向，而導線顏色則表示電位高低.D5、D6位置的兩個綠色LED，指示整流后的電路工作狀態(tài)；我們可實時讀出輸出端的電壓數值。對RVl、RV2電阻大小進行適當的調節(jié)，清晰地看到、讀出輸出電壓實際變化情況。圖中的圖表是基于圖表的仿真(ASF)——甩來精確分析電路的穩(wěn)壓性能。輸出0UT l為上面一條曲線，電壓從零伏開始，逐漸上升至15伏左右，用時大約I.8秒，之后OUT l輸出電壓穩(wěn)定在15伏左右。下面曲線為輸出電壓變化規(guī)律，即電壓自零伏開始，逐漸下降至-10伏，用時大約為80ms，之后又穩(wěn)定在-10伏左右。從這一教學實踐來看，在Proteus軟件技術應用模式下，調用電路元件時，可選用一些具有動畫演示功能的器件、仿真模型器件等；在電路有效完成后，運行仿真操作，即可實現現代化教學輔助功能（聲、光、電）效果，使試驗過程更加的逼真，更加的接近實際情況。Proteus在現代電子電路與技術教學中的應用，既僅電路圖演示非常的清晰，又激發(fā)了學生的興趣和學習熱情。

4.結語

總而言之，Proteus軟件技術的應用，使仿真結果的顯示形式，對于學生全面認知電路功能和原理非常有利，是現代電子技術教學良好的輔助手段。恰當地應用，不僅可以幫助學生掌握模擬電子技術教學的基礎船識、基本理論以及基本分析和有效設計方法，并且為學生后續(xù)課程的學習，提供了堅實的理論基礎和實踐技能。較之于傳統的教學和實驗方法，該技術的應用，實際上是一種可突出以學生為主的教學模式，對于培養(yǎng)學生的學習興趣和熱情，顯得非常重要。

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