Proteus在中職電類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

魏克慧

（集美工業(yè)學(xué)校，福建 廈門 361022）

Proteus在中職電類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

魏克慧

（集美工業(yè)學(xué)校，福建 廈門 361022）

Proteus軟件具有強(qiáng)大的仿真功能，可以仿真、分析各種模擬電路與集成電路，特別是對單片機(jī)及其外圍電路組成的綜合系統(tǒng)的交互仿真，可以動態(tài)直觀地顯示電路的運(yùn)行情況。將Proteus仿真軟件引入中等職業(yè)學(xué)校電類專業(yè)教學(xué)，如電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能、電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能以及單片機(jī)等課程，將抽象的內(nèi)容形象化、直觀化，使得枯燥無味的理論知識變得生動有趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善了教學(xué)效果。學(xué)校建立Proteus仿真實(shí)驗(yàn)室，可以降低實(shí)驗(yàn)成本，提高教學(xué)效率；學(xué)生運(yùn)用Proteus軟件進(jìn)行課余學(xué)習(xí)，打破了時(shí)空限制，有助于加深對理論知識的理解。

Proteus；仿真；中職；電類專業(yè)；教學(xué)

中等職業(yè)學(xué)校電類專業(yè)有電子技術(shù)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)、制冷與空調(diào)以及電氣安裝與維修等。它的主干課程包括電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能、電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能以及單片機(jī)原理與應(yīng)用等等。在教學(xué)過程中，應(yīng)用Proteus軟件強(qiáng)大的仿真功能，直觀、形象地展示電路的運(yùn)行情況，便于學(xué)生的理解，有助于提高教學(xué)效果。

1 Proteus軟件簡介

Proteus軟件是一種電子設(shè)計(jì)自動化(EDA)系統(tǒng)，誕生于上個(gè)世紀(jì)90年代，由英國Labcenter electonics公司研發(fā)。它的構(gòu)成主要有ISIS電路設(shè)計(jì)與仿真平臺、PEOS PICE模數(shù)混合仿真器、VSM單片機(jī)/嵌入式系統(tǒng)協(xié)同仿真和ARES PCB設(shè)計(jì)。軟件提供了大量模擬與數(shù)字元器件及外部設(shè)備，各種虛擬儀器，它可以仿真、分析各種模擬電路與集成電路，特別是對單片機(jī)及其外圍電路組成的綜合系統(tǒng)的交互仿真。在編譯調(diào)試方面，支持Keil 軟件和MPLAB等第三方開發(fā)工具。

2 Proteus軟件在中職電類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 Proteus軟件在電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)中的應(yīng)用

電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能是中職電類專業(yè)學(xué)生入學(xué)以來學(xué)習(xí)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)后續(xù)其他專業(yè)課程的基礎(chǔ)，非常重要。不過它理論性很強(qiáng)，而這恰恰是中職生普遍不感興趣的。教學(xué)中，應(yīng)用Proteus軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，化抽象為具體，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

基爾霍夫定律是分析電路的最基本的定律，它包括基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律。接下來以它的講解為例。傳統(tǒng)的教學(xué)中，先介紹定律的具體內(nèi)容，如基爾霍夫電流定律（又稱為節(jié)點(diǎn)電流定律）指出電路中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，在任一時(shí)刻流入節(jié)點(diǎn)的電流之和，等于流出節(jié)點(diǎn)的電流之和。基爾霍夫電壓定律（又稱為回路電壓定律）說明在一個(gè)閉合回路中，從一點(diǎn)出發(fā)繞回路一周回到該點(diǎn)時(shí)，各段電壓（電壓降）的代數(shù)和等于零。介紹完定律內(nèi)容后，開始舉例，根據(jù)定律列等式。

引入Proteus軟件后，學(xué)生可以先在Proteus的原理圖編輯窗口中繪制電路，如圖1-1所示，其中3個(gè)電流表分別用于測量各支路電流。啟動仿真后，3個(gè)電流表分別顯示各支路電流大小。學(xué)生可以很直觀地觀察到對于節(jié)點(diǎn)A有流入的電流之和為12A，流出的電流之和為3+9=12A，即對于節(jié)點(diǎn)A有流入的電流之和等于流出的電流之和，加深了對基爾霍夫電流定律的理解。

同樣地，學(xué)生可以選取電壓表測量各段電壓，驗(yàn)證基爾霍夫電壓定律，如圖1-2所示。

在教學(xué)中，學(xué)生還可以任意更改電路的結(jié)構(gòu)或者元器件的參數(shù)，并通過仿真來驗(yàn)證基爾霍夫定律，加深理解。

圖1-1 基爾霍夫電流定律實(shí)例仿真電路

2.2 Proteus軟件在電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)中的應(yīng)用

電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能也是中職電類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，涉及的基本概念較多，學(xué)生不易理解。它包括模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩部分。

2.2.1 Proteus軟件在模擬電子技術(shù)中的應(yīng)用

模擬電子技術(shù)內(nèi)容包括半導(dǎo)體器件的識別與檢測、基本放大電路的認(rèn)識、常用放大器及其應(yīng)用等內(nèi)容。以放大電路中靜態(tài)工作點(diǎn)對放大波形的影響為例，學(xué)生在Proteus的原理圖編輯窗口中繪制電路并啟動仿真，其中輸入信號設(shè)置為頻率1kHz、峰峰值30mV的正弦波，如圖2-1所示。調(diào)節(jié)RP可以改變基極偏置電阻的大小，進(jìn)而改變IBQ，靜態(tài)工作點(diǎn)隨之發(fā)生改變。通過虛擬示波器，可以觀察到當(dāng)基極偏置電阻偏小時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)偏高，輸出電壓波形的負(fù)半周被切割，即產(chǎn)生了飽和失真，如圖2-2所示，反之則產(chǎn)生了截止失真，如圖2-3所示。通過該仿真電路，學(xué)生很容易就理解了靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的重要性。

圖1-2 基爾霍夫電壓定律實(shí)例仿真電路

圖2-1 放大電路輸出波形的仿真電路

圖2-2 飽和失真波形的觀測

圖2-3 截止失真波形的觀測

2.2.2 Proteus軟件在數(shù)字電子技術(shù)中的應(yīng)用

數(shù)字電子技術(shù)內(nèi)容包括數(shù)字信號與邏輯電路的認(rèn)識、組合邏輯電路的認(rèn)識及應(yīng)用、觸發(fā)器及其應(yīng)用電路的制作以及寄存器和計(jì)數(shù)器的應(yīng)用等。以組合邏輯電路中十進(jìn)制編碼、譯碼顯示電路為例，學(xué)生在Proteus的原理圖編輯窗口中繪制電路并啟動仿真，如圖2-4所示。其中紅色代表高電平，藍(lán)色代表低電平。設(shè)置按鈕開關(guān)S1-S9的不同狀態(tài)，可以分別觀察到編碼器74LS147、非門集成電路74LS04、譯碼器74LS247以及數(shù)碼管對應(yīng)的輸出狀態(tài)。編碼器74LS147是一種常用的8421BCD碼集成優(yōu)先編碼器，對于“優(yōu)先” 含義的理解，學(xué)生可以通過設(shè)置按鈕開關(guān)S1-S9的不同狀態(tài)，直接觀察數(shù)碼管顯示的數(shù)字即可。例如圖2-4中按下開關(guān)S9，無論S1-S8如何設(shè)置，數(shù)碼管顯示“9”，說明74LS147與開關(guān)S9相連的引腳優(yōu)先級別高于與其他開關(guān)相連的引腳。同理斷開開關(guān)S9，按下S8，無論S1-S7如何設(shè)置，數(shù)碼管顯示“8”，以此類推，不難得到74LS147各輸入的優(yōu)先級別。通過該仿真電路，學(xué)生能夠了解編碼、譯碼及顯示的過程，以及功能電路之間的連接。

2.3 Proteus軟件在單片機(jī)課程中的應(yīng)用

單片機(jī)課程實(shí)踐性很強(qiáng)，涵蓋的內(nèi)容豐富，要求學(xué)生有較好的抽象思維和邏輯思維能力，這恰恰是中職學(xué)生比較欠缺的，學(xué)生普遍感到難以理解。

在教學(xué)中利用Proteus軟件繪制仿真電路，結(jié)合keil軟件編寫的程序以及聯(lián)合調(diào)試進(jìn)行實(shí)例演示，將抽象的內(nèi)容動態(tài)直觀地展示出來，便于學(xué)生的理解，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，進(jìn)而主動地進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，既了解了電路結(jié)構(gòu)，又提高了編程能力，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的信心。以“按鍵控制小燈的設(shè)計(jì)”為例，該項(xiàng)目需要實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)按下按鍵時(shí)，小燈亮，否則小燈滅。通過該項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)會單片機(jī)端口包含按鍵的電路連接，學(xué)會if選擇語句的使用方法，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了Keil軟件仿真及調(diào)試模式下I/O口與變量狀態(tài)的觀察，了解了鍵盤檢測原理及其應(yīng)用。仿真電路如圖3所示。

3 結(jié)束語

Proteus 仿真軟件提供了大量的虛擬儀器和電子元件。對學(xué)校而言，建立Proteus仿真實(shí)驗(yàn)室，可以根據(jù)需要選用多種虛擬儀器和元器件，更改元器件的參數(shù)，以及避免實(shí)際操作中因操作不當(dāng)造成儀器儀表損毀等危險(xiǎn)，有利于降低實(shí)驗(yàn)成本，效率更高、互動性更好。對學(xué)生而言，Proteus仿真軟件打破了學(xué)習(xí)的時(shí)空限制。學(xué)生可以在安裝好Proteus軟件的電腦上，利用課余時(shí)間，進(jìn)行各種電路的分析和調(diào)試，加深對理論知識的理解，提升自身的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。將Proteus仿真軟件引入中職電類專業(yè)教學(xué)，將抽象的內(nèi)容形象化、直觀化，使得枯燥無味的理論知識變得生動有趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善了教學(xué)效果。

圖2-4 編碼、譯碼顯示電路

圖3 按鍵控制小燈

[1]陳振源.電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第二版）[M].北京：高等教育出版社.2014.

[2]周紹敏.電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第二版）[M].北京：高等教育出版社.2014.

[3]陳雅萍，等.單片機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)訓(xùn)—項(xiàng)目式教學(xué)[M].北京：高等教育出版社.2011.

[4]武玉升. Proteus在高職電類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].中國教育技術(shù)裝備，2015（16）：14-16.

[5]劉勇，李海.基于Proteus的電子基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)模式改革[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013（1）:239-240.

[6]江鳳兵.基于Proteus的單片機(jī)課程教學(xué)應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)仿真[J].福建電腦，2014（11）:202-204.

[7]宋維波，郭顯久，等.基于Proteus的數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)方法研究[J].課程教育研究，2012（19）：23-24.

G712

：A

：1007-550X（2017）04-0048-04

10.3969/j.issn.1007-550X.2017.04.005

2017-02-20

魏克慧（1980- ），女，福建建甌人，中級講師，研究方向：電子與通信工程。