基于PROTEUS在中職電子線路教學中的運用的思考

摘要：本文通過在電子線路等課程中引入PROTEUS軟件，對一些電學基本原理進行虛擬仿真。介紹了Proteus仿真軟件在電子線路教學中的優勢，并結合筆者的教學實踐，就如何在電子線路課程中實施Proteus理實一體化教學進行了闡述，以提高中職電子線路教學效果。

關鍵詞：PROTEUS電子線路虛擬仿真

一、PROTEUS軟件簡介

Proteus 軟件是由英國 Labcenter Electronics 公司開發的EDA工具軟件，已有近20年的歷史，在全球得到了廣泛應用。Proteus 軟件的功能強大，它集電路設計、制版及仿真等多種功能于一身，不僅能夠對電工、電子技術學科涉及的電路進行設計與分析，還能夠對微處理器進行設計和仿真。其主要功能在于：

1.智能原理圖設計

Proteus軟件在具有豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創建新元件；自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；可輸出高質量圖紙：可以生成印刷質量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。

2.完善的電路仿真功能

1）Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數字和模擬、交流和直流等數千種元器件，有30多個元件庫。

2）Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、I2C調試器、信號發生器、模式發生器、交直流電壓（流）表等。

3）Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來。

二、運用

電子線路課程在電類專業的地位非常重要。筆者感到電類專業課程教學中嚴重存在重理論輕實踐。教學缺乏趣味性，學生學習積極性不高等問題。筆者嘗試在教學中引入PROTEUS軟件，通過其虛擬仿真功能，幫助學生理解電學的有關原理。運用圖形、動畫、聲音等多媒體手段，將難于理解的電學概念虛擬化和形象化。

1.放大電路

放大電路能夠將一個微弱的交流小信號（疊加在直流工作點上），通過一個裝置（核心為三極管、場效應管），得到一個波形相似（不失真），但幅值卻大很多的交流大信號的輸出。它是中職電子線路中一個非常具有代表性的線路。 噪聲分析：顯示隨頻率變化的輸出噪聲和等效輸入噪聲電壓，并列出電路各部分所產生的噪聲電壓清單。失真分析：用于確定由測試電路所引起的電平失真的程度，失真分析圖表用于顯示隨頻率變化的二次和三次諧波失真電平。

2.一階動態電路

一階動態電路為僅含有一種儲能元件的電路，即電路要么僅含有電容元件，要么僅含有電感元件。常見的有充電電路和線圈勵磁電路，它們即為最簡單的RC和RL一階動態電路。

拾取的元件有1000μF的電容一個，1kΩ和100Ω的電阻各一個，12V的燈泡一個，兩位開關一個，12V電池一個。將所拾取的元件放置到圖形編輯區，對各元件進行命名，經過對元件位置和參數的調整后進行線路連接。存盤后，進行仿真。充電過程如圖3所示：

3.異步四位二進制計數器的設計及仿真

計數器是最常用的時序電路之一，可用來計數、分頻、定時、產生節拍脈沖以及其他時序信號。但計數器分類有很多有同步計數器和異步計數器、加計數器、減計數器和可逆計數器、二進制計數器、BCD碼計數器、循環碼計數器異步時序邏輯電路， 本計數器由四個觸發器構成，這里選用JK觸發器，把它們的JK端全接高電平，前一級的輸出作為后一級的時鐘信號。觀察四個觸發器輸出端所組成的二進制數的變化是否為0～F（即0000-1111）。

拾取的元件有觸發器、時鐘、含譯碼驅動的數顯和邏輯電平顯示。將所拾取的元件放置到圖形編輯區，對各元件進行命名，經過對元件位置和參數的調整后進行線路連接。采用復制，畫其他三個觸發器。將前一個觸發器的的輸出端連接到下一個的CLK端，再將時鐘CLOCK拖出，在第一個觸發器的CLK輸入端上， 如果是下降沿觸發的觸發器，則把前一個觸發器的Q端連到下一個觸發器命的時鐘CLK端上，保存。為了觀察計數器計數的動態過程，我們在每個觸發器的輸出端0連接一個邏輯電平探測器，能夠顯示0 和1。分別接到每個JK觸發器的輸出端Q上。最后一個觸發器為最高位，同時，把七段數碼顯示拖入編輯區。數碼管的最左端是高位，分別和各觸發器的輸出端Q相連，如圖5所示。按下仿真運行按鈕，四個邏輯探測器組成的四位二進制數從0000～1111變化，而七段數碼管則顯示 0～F。

三、小結

PROTEUS不僅可將許多電子線路功能形象化，也可將許多電子線路實例運行過程形象化。它的元器件、連接線路等卻和傳統的電子線路實驗硬件高度對應。這在相當程度上替代了傳統的電子線路實驗教學的功能。我們使用 Proteus 開發環境對學生進行培訓，在不需要硬件投入的條件下，學生普遍反映，對電子線路的學習比單純學習書本知識更容易接受。因此，Proteus 在中職學校有較高的推廣利用價值。