Proteus在電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

【摘 要】針對(duì)傳統(tǒng)電子技術(shù)專業(yè)教學(xué)中存在的缺點(diǎn)，本文創(chuàng)新的將Proteus軟件引入電子技術(shù)專業(yè)課程的理論、實(shí)踐教學(xué)中，創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，降低教學(xué)成本、提高教學(xué)效率、改善教學(xué)成果，體現(xiàn)了EDA技術(shù)在現(xiàn)代電子技術(shù)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】Proteus 電子 虛擬實(shí)驗(yàn) EDA

一、引言

在電子技術(shù)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常需要設(shè)計(jì)出電路，并連接實(shí)物進(jìn)行原理分析和驗(yàn)證，在電子線路設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅需要考慮各種元器件的參數(shù)、性能、功耗、封裝等多種因素，而且在電路的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中還需要經(jīng)過(guò)大量多次的電路焊接、調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很難適應(yīng)現(xiàn)代電子電路設(shè)計(jì)的規(guī)?；?、低成本、短周期的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)然，也不能很好的適應(yīng)現(xiàn)代化電子技術(shù)的教學(xué)。隨著EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)的發(fā)展，電子線路設(shè)計(jì)過(guò)程可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件，搭建仿真實(shí)驗(yàn)電路，靈活調(diào)整元件參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，進(jìn)而能顯著提高設(shè)計(jì)效率，降低成本，縮短設(shè)計(jì)周期。

Proteus是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件?？梢詮脑韴D布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。不僅對(duì)科研開發(fā)，而且對(duì)于電子技術(shù)課程教學(xué)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文設(shè)計(jì)、電子技能競(jìng)賽等都提供便捷的輔助功能，對(duì)培養(yǎng)電子技術(shù)創(chuàng)新型復(fù)合人才提供了最便捷的實(shí)驗(yàn)條件。

二、Proteus在電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

（一）Proteus軟件的資源豐富

1.Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫(kù)。

2.Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。

3.除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

4.Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。

（二）Proteus支持電路仿真

1.Proteus不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程通過(guò)多媒體展示，這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能。

2.Proteus提供了實(shí)驗(yàn)室無(wú)法相比的大量的元器件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái)。

（三）Proteus應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

Proteus軟件是一個(gè)巨大的教學(xué)、仿真、開發(fā)資源庫(kù)，不僅可以用于：模擬電路與數(shù)字電路、單片機(jī)、嵌入系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)與考評(píng)，也可以用于真實(shí)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程。

三、Proteus在電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用案例分析

（一）Proteus在電路分析課程中應(yīng)用案例

應(yīng)用Proteus進(jìn)行電路分析時(shí)，通過(guò)如下設(shè)置：點(diǎn)擊system——set Animation options——在對(duì)話框的Animation options 區(qū)域選擇show wire current with Arrows，即可以箭頭的方向表示電流的流向，幫助學(xué)生理解。同時(shí)，可以將電流表、電壓表、功率表等連接到電路中，對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，快速得到仿真結(jié)果。

（二）Proteus在數(shù)字、模擬電子技術(shù)課程中應(yīng)用案例

應(yīng)用Proteus還可以進(jìn)行數(shù)字、模擬電路的仿真分析，例如用譯碼器74LS138搭建的仿真電路，當(dāng)控制信號(hào)E1接電源，E2、E3接地時(shí)，通過(guò)單刀雙擲開關(guān)選擇ABC三個(gè)輸入端子的不同組合，即可在八路輸出端子產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的譯碼輸出，控制相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。將抽象的高低電平用發(fā)光二極管和單刀雙擲開關(guān)形象的表示出來(lái)，從而更好地幫助學(xué)生理解數(shù)字邏輯器件74LS138的譯碼功能，同時(shí)也使枯燥的理論內(nèi)容變得生動(dòng)形象。

（三）Proteus在單片機(jī)技術(shù)課程中應(yīng)用案例

單片機(jī)技術(shù)作為電子專業(yè)課程，一直以來(lái)都是學(xué)生們反映較難理解的課程，因?yàn)槠鋬?nèi)容綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)、且比較抽象。單片機(jī)課程的實(shí)踐教學(xué)以往多采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，將所需的器件在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行連線，下載程序并調(diào)試。但是這種方法必須在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)依托硬件完成，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備數(shù)量要求較高，且對(duì)于一些綜合性實(shí)驗(yàn)，需要較多的元器件支撐。為了提高實(shí)踐教學(xué)效率、改善教學(xué)效果、降低教學(xué)成本，在單片機(jī)理論、實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中引入Proteus軟件。例如在矩陣按鍵控制實(shí)驗(yàn)中，就只需將元器件從元器件庫(kù)中拖放到圖紙上，按照電路圖將元件連接，再將keil編譯好的程序下載到單片機(jī)中，按下play鍵即可進(jìn)行仿真。需要修改電路只需在圖紙上進(jìn)行，快捷方便。

四、結(jié)語(yǔ)

在電子技術(shù)課程教學(xué)中，利用仿真軟件將理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，提高了電子技術(shù)課程的教學(xué)效果，開發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的潛在能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)，開拓了學(xué)生的視野，增強(qiáng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和實(shí)際動(dòng)手能力，為后續(xù)高頻電路、單片機(jī)等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：田瑞（1978-04），女，漢族，單位：吉林交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，專業(yè)：控制理論與控制工程。