Proteus軟件在電子技能訓(xùn)練中的應(yīng)用

郭亞琴，趙 磊

（1.南通理工學(xué)院 江蘇 南通 226002；2.黃山學(xué)院 安徽 黃山 242700）

Proteus軟件在電子技能訓(xùn)練中的應(yīng)用

郭亞琴1，趙 磊2

（1.南通理工學(xué)院 江蘇 南通 226002；2.黃山學(xué)院 安徽 黃山 242700）

電子技能訓(xùn)練是為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力而開設(shè)的一門實(shí)踐課程。針對電子技能訓(xùn)練中遇到的問題，提出將Proteus軟件作為電路設(shè)計(jì)仿真測試方法應(yīng)用到該課程。Proteus軟件既能仿真該電路系統(tǒng)的性能，又能解決設(shè)計(jì)中的問題。該文以數(shù)字聲光控電路為例，詳細(xì)描述了該電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試和制作的過程。實(shí)踐證明，將Proteus軟件應(yīng)用到電子技能訓(xùn)練過程中，可以實(shí)時(shí)驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路的可行性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，節(jié)約制作成本。

電子技能；Proteus軟件；數(shù)字聲光控；調(diào)試

電子技能訓(xùn)練是電類相關(guān)專業(yè)開設(shè)的一門實(shí)訓(xùn)課程，主要讓學(xué)生設(shè)計(jì)簡單電子產(chǎn)品，并完成產(chǎn)品的裝配、焊接和調(diào)試，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐動手能力[1-6]。在以往授課過程中，主要是老師給出電路原理圖，學(xué)生根據(jù)原理圖，完成電子產(chǎn)品的裝配和調(diào)試，這樣在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性方面不能起到應(yīng)有的效果，不能達(dá)到課程設(shè)置的目的[7-10]。然而，在實(shí)際授課過程中，學(xué)生自己設(shè)計(jì)的電路，自己購買元器件，完成電子產(chǎn)品的裝配和調(diào)試。如果調(diào)試成功，可以證明該電路設(shè)計(jì)的正確性，如果調(diào)試不成功，將會造成不必要的浪費(fèi)[11]，久而久之，將會打消學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

為了解決以上問題，同時(shí)又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提出將Proteus軟件應(yīng)用到電子技能訓(xùn)練課程。該軟件可以用來驗(yàn)證學(xué)生設(shè)計(jì)電路的可行性，并能實(shí)時(shí)修改和完善電路，且不需要有任何經(jīng)濟(jì)損失。實(shí)踐證明，Proteus軟件能夠提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)約成本，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[12-14]。

該文以數(shù)字聲光控電路為例，采用Proteus軟件仿真，并完成產(chǎn)品的制作。

1 電路設(shè)計(jì)

數(shù)字聲光控需要實(shí)現(xiàn)的功能為：同時(shí)接收到光和聲音信號后，指示燈亮，當(dāng)只有光信號或者聲音信號時(shí)，指示燈不亮。聲控部分通過駐極話筒接收聲音信號，光控部分通過光敏電阻控制光信號。在仿真過程中，由于Proteus軟件沒有駐極話筒[15]，根據(jù)駐極話筒的工作原理，采用交流信號發(fā)生器模擬駐極話筒；對于光敏電阻，采用單刀切換開關(guān)選取不同阻值的電阻，模擬光敏電阻，其余元器件在Proteus軟件庫中都可以找到，構(gòu)建的數(shù)字聲光控仿真電路如圖1所示。

該電路的工作原理為：在聲控部分，當(dāng)話筒接收到聲音信號后，在話筒兩端會產(chǎn)生一個(gè)脈沖，該脈沖經(jīng)過運(yùn)算放大器LM358處理之后，使得LM358的輸出端1為方波波形；在光控部分，當(dāng)接收到光信號之后，光敏電阻的阻值變大，使得運(yùn)算放大器LM358同向輸入端的阻值變大，LM358的輸出端7為高電平。

2 電路仿真

在仿真過程中，設(shè)計(jì)者可以自行放置電壓探頭和示波器實(shí)時(shí)觀察各點(diǎn)的電壓和波形，從而分析電路的功能。

圖1 數(shù)字聲光控仿真電路

2.1 聲控部分仿真

聲控部分仿真時(shí)，只給定聲音信號，即信號發(fā)生器工作，信號發(fā)生器選取頻率為1 kHz，振幅為5 V的正弦交流電壓，仿真如圖2所示，通過示波器測試發(fā)現(xiàn)，A點(diǎn)輸出的波形頻率為1 kHz，振幅為4 V的方波波形，B點(diǎn)的電位為低電平，集成電路555始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出為低電平，74LS122不工作，指示燈滅。

圖2 聲控部分仿真

2.2 光控部分仿真

光控部分仿真時(shí)，只給定光信號，實(shí)際測定光敏電阻為4.7 kΩ，擋光之后電阻大約為8 kΩ，因此將單刀切換開關(guān)打到8 kΩ的電阻，仿真如圖2所示。此時(shí)，駐極話筒不工作，在離線狀態(tài)下，測得駐極話筒電阻為10 kΩ，仿真時(shí)駐極話筒部分采用10 kΩ的電阻。通過電壓探針測試發(fā)現(xiàn)，B點(diǎn)的電位為高電平，A點(diǎn)的電位為2.501 74，集成電路555處于保持狀態(tài)，輸出為低電平，74LS122不工作，指示燈滅。

2.3 聲光控部分仿真

聲光控部分同時(shí)仿真時(shí)，仿真如圖4所示，聲控部分、A點(diǎn)輸出和集成電路555輸出端的波形如圖5所示。當(dāng)集成電路555的輸出端為下降延時(shí)，74LS122的輸出端為低電平，指示燈亮，燈亮的延時(shí)時(shí)間跟74LS122外接的電阻R11和電容C1有關(guān)，電阻和電容越大，延時(shí)時(shí)間越長。

圖3 光控部分仿真

圖4 聲光控部分仿真

圖5 波形仿真

通過數(shù)字聲光控電路仿真結(jié)果可以看出，設(shè)計(jì)的電路能夠達(dá)到數(shù)字聲光控的功能要求。

3 實(shí)物調(diào)試

為了驗(yàn)證Proteus仿真的實(shí)用性，將仿真電路制作成實(shí)物，并對其進(jìn)行調(diào)試。在實(shí)物安裝過程中，由于仿真電路集成芯片和實(shí)物圖管腳排布不同，布線時(shí)需要學(xué)生先畫出布線圖，再進(jìn)行裝配；同時(shí)在仿真時(shí)集成芯片不需要接地和電源也可以工作，但是在實(shí)物安裝過程中，集成芯片必須接地和接電源才能工作，這是在仿真和實(shí)際裝配過程中需要注意的問題。

在實(shí)物調(diào)試過程中，通電后指示燈不亮，如圖6所示，其中單獨(dú)有聲音作用時(shí)，或者光敏電阻被遮擋時(shí)，指示燈也不亮。如果聲光控共同作用時(shí)，即光敏電阻被遮擋同時(shí)發(fā)出聲音，指示燈亮，如圖7所示，同時(shí)指示燈亮的延時(shí)時(shí)間與仿真也吻合。通過對實(shí)物進(jìn)行調(diào)試，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字聲光控設(shè)計(jì)要求的功能。

圖6 實(shí)物通電測試

圖7 數(shù)字聲光控測試

4 結(jié) 論

在電子技能訓(xùn)練中，驗(yàn)證學(xué)生設(shè)計(jì)電路的可行性，是不可缺少的步驟。本文提出了將Proteus軟件應(yīng)用到電子技能訓(xùn)練中，并以數(shù)字聲光控電路為例，將仿真效果和實(shí)物調(diào)試進(jìn)行比對，驗(yàn)證了該方法的可行性。該方法應(yīng)用到電子技能訓(xùn)練中，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時(shí)能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者節(jié)約成本，可以達(dá)到開設(shè)課程的預(yù)期目的。

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Application of Proteus in electronic skill training

GUO Ya-qin1，ZHAO Lei2
（1.Nantong Polytechnic College，Nantong 226002，China； 2.HuanShan University，Huanshan 242700，China）

Proteus software is applied as circuit simulation method to solve the problems in．Proteus not only simulates the performance of the product，but also solves the problems in the product debugging.This paper take the circuit of controlled by digital sound and light as a example，illustrates the process of circuit design，simulation debug and production with.It was proven that using proteus in electronic skill training，verify designed circuit feasibility，motivate enthusiasm for studying ，and reduce the experiment cost.

electronic skill； Proteus software； controlled by digital sound and light； debugging

TN709

：A

：1674－6236（2017）14-0014-04

2016-09-07稿件編號：201609007

安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目（2014xnzx018）；南通理工學(xué)院教研項(xiàng)目（2015011）

郭亞琴（1981—），女，山西臨汾人，碩士，講師。研究方向：單片機(jī)、智能儀表和軟件仿真等。