淺談proteus在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐

貴州省電子信息高級技工學(xué)校 何小偉

實(shí)踐中可以看到，Proteus軟件有很多種數(shù)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(jì)數(shù)器以及電流表和虛擬終端等工具。在Proteus軟件技術(shù)應(yīng)用環(huán)境下，如同形成了一個元器件、實(shí)驗(yàn)儀器等，都非常完備的綜合性電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)功能。從效果上來看，該軟件可有效實(shí)現(xiàn)數(shù)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(shè)計(jì)以及綜合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)仿真等。Proteus軟件提供的模擬、數(shù)字元器件以及相關(guān)的外部設(shè)備，電壓表、示波器以及電流表等虛擬元件，對單片機(jī)、外圍電路綜合系統(tǒng)等，具有非常強(qiáng)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(diǎn)。針對當(dāng)前微處理器的實(shí)際應(yīng)用情況，還可直接在原理圖虛擬原型基礎(chǔ)上進(jìn)行編程操作，對軟件源碼級進(jìn)行有效的調(diào)試。Proteus軟件技術(shù)，實(shí)際上就是一款集單片機(jī)、SPIC研究于一體的仿真軟件技術(shù)，其功能非常的強(qiáng)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(jìn)行仿真操作。需要說明的是，Proteus仿真軟件技術(shù)，對于電子技術(shù)教學(xué)非常適合，可提高非常豐富的教學(xué)資源。

2.Proteus軟件在電子技術(shù)理論教學(xué)中的作用分析

實(shí)踐中，將Proteus軟件技術(shù)，有效地應(yīng)用在模擬電子技術(shù)理論教學(xué)過程中，相當(dāng)于是將實(shí)驗(yàn)室完整地搬到了電子技術(shù)課程教學(xué)課堂上。在此條件下，教師可在課堂上，通過該軟件技術(shù)的應(yīng)用，將模擬電子技術(shù)一節(jié)中的基本器件，形象地展示給學(xué)生，并將基本電路分析、結(jié)果以及電路圖的設(shè)計(jì)過程，清晰地演示給學(xué)生們。這樣一來，就可以從根本上改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，不用僅靠語言的形式來描述本節(jié)教學(xué)內(nèi)容，同時也避免了需復(fù)雜演算方可得出結(jié)論的傳統(tǒng)教學(xué)狀態(tài)，對于增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的直觀性、提高教學(xué)內(nèi)容的生動形象性，具有非常重要的作用。在電子技術(shù)課程教學(xué)過程中，采用Proteus軟件技術(shù)，可省掉傳統(tǒng)枯燥無味的理論推導(dǎo)，不僅可以節(jié)約時間，而且能夠加深學(xué)生對理論內(nèi)容的印象和理解，對于電子技術(shù)教學(xué)，起到了實(shí)質(zhì)性的影響。在電子技術(shù)理論教學(xué)實(shí)踐中，通過Proteus軟件技術(shù)的應(yīng)用，對解決教學(xué)難問題具有非常重要的作用。對于電子技術(shù)課程而言，非常的抽象和枯燥，比如放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置、動態(tài)參數(shù)估算等，都是該門課程教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，主要是通過讓學(xué)生只了解二極管、場效應(yīng)管以及雙極結(jié)型三極管等器件名字、基本原理的方式，進(jìn)行教育教學(xué)。Proteus軟件技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)踐，可讓學(xué)生有準(zhǔn)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(xué)過程中，靜態(tài)工作點(diǎn)非常的重要，通過Proteus軟件技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以防范放大電路失真問題，而且對于有效應(yīng)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(shè)計(jì)、調(diào)試過程中，為確保其性能的有效發(fā)揮，應(yīng)當(dāng)先設(shè)置穩(wěn)定、合理的靜態(tài)工作點(diǎn)，如圖1所示。

圖1

靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置，實(shí)際上就是利用外圍電路，確保雙極結(jié)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(jìn)行確定即可。而要想確定R值，應(yīng)當(dāng)先知道Ql。實(shí)踐中，相同型號的不同雙極結(jié)型三極管，其阻值不一定相同，并且該器件數(shù)據(jù)手冊上只是給出了一個大體的范圍而已。比如，雙極結(jié)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(jié)型三極管阻值顯得非常的重要。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，多數(shù)學(xué)生雖然學(xué)完了關(guān)于模擬電子技術(shù)的相關(guān)知識，都實(shí)際操作過程中卻無計(jì)可施。Proteus軟件技術(shù)的應(yīng)用，有效地改變了這一教學(xué)尷尬現(xiàn)象，教師可在Proteus仿真環(huán)境中對現(xiàn)場進(jìn)行有效的演示，從而加深學(xué)生的印象，理解的更為深刻。在此過程中，學(xué)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(diǎn)布設(shè)的重要性，并且可以熟練掌握如何設(shè)置放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)。電子技術(shù)課程教學(xué)過程中，尤其是理論教學(xué)實(shí)踐中，模擬電路及其各關(guān)鍵點(diǎn)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(zhǔn)確地顯示在屏幕上，從而給學(xué)生以直觀感受。該軟件技術(shù)的應(yīng)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(xué)生動化，對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，提高教學(xué)質(zhì)量和效率，具有非常重要的作用。

3.Proteus軟件技術(shù)在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐

電子技術(shù)課程教學(xué)過程中，通過采用的是虛擬實(shí)驗(yàn)方法，借助現(xiàn)代多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過網(wǎng)路教室來實(shí)現(xiàn)教師機(jī)與學(xué)生機(jī)之間的同步演示操作，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。電子技術(shù)教學(xué)中還會用到，虛擬儀器技術(shù)，即利用高性能的模塊化硬件，結(jié)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(yīng)用。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高效率。學(xué)生根據(jù)電路原理圖，利用Proteus軟件技術(shù)在元件庫中找到所需的虛擬元件，可搭建相應(yīng)的電路和仿真實(shí)驗(yàn)；同時，也可利用Proteus軟件技術(shù)所提供的元器件故障設(shè)置功能，在元器件上設(shè)置故障，在電路仿真操作完成后，可清晰地再現(xiàn)元器件故障發(fā)生時的狀況，并從儀器上獲取所需的相關(guān)參數(shù)。在仿真時還要改變庫的測試環(huán)境值，才能測出更準(zhǔn)確的值，調(diào)整好拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后，千萬別忘了填寫拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)加在同類網(wǎng)線上，然后轉(zhuǎn)到中進(jìn)行自動布線PCB，會盡量根據(jù)限制自動布線。該軟件具有很強(qiáng)的實(shí)用性，對于硬件設(shè)計(jì)人員來說，是一種不可多得的PCB設(shè)計(jì)工具，對高速來說尤為如此當(dāng)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(shù)教學(xué)實(shí)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(shù)在此中的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行分析。

圖2 LM317、M337可調(diào)雙電源直流穩(wěn)壓電源

圖2是LM317、M337可調(diào)雙電源直流穩(wěn)壓電源，在教學(xué)過程中學(xué)生很容易從元器件庫中找到相應(yīng)的元器件，然后放置在適當(dāng)位置，用導(dǎo)線根據(jù)電路原理圖將其相互連接在一起，對元器件參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并采用交互式仿真技術(shù)，直觀地看到電路具體工作情況。導(dǎo)線箭頭表示電流方向，而導(dǎo)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(shí)時讀出輸出端的電壓數(shù)值。對RVl、RV2電阻大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，清晰地看到、讀出輸出電壓實(shí)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(xué)實(shí)踐來看，在Proteus軟件技術(shù)應(yīng)用模式下，調(diào)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(yùn)行仿真操作，即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化教學(xué)輔助功能（聲、光、電）效果，使試驗(yàn)過程更加的逼真，更加的接近實(shí)際情況。Proteus在現(xiàn)代電子電路與技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用，既僅電路圖演示非常的清晰，又激發(fā)了學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)熱情。

4.結(jié)語

總而言之，Proteus軟件技術(shù)的應(yīng)用，使仿真結(jié)果的顯示形式，對于學(xué)生全面認(rèn)知電路功能和原理非常有利，是現(xiàn)代電子技術(shù)教學(xué)良好的輔助手段。恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用，不僅可以幫助學(xué)生掌握模擬電子技術(shù)教學(xué)的基礎(chǔ)船識、基本理論以及基本分析和有效設(shè)計(jì)方法，并且為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐技能。較之于傳統(tǒng)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法，該技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)際上是一種可突出以學(xué)生為主的教學(xué)模式，對于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，顯得非常重要。

[1]張敏，陳兆慶.Proteus在現(xiàn)代電子電路與技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].山東廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2011(03).

[2]李升源.電丁電子虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的互補(bǔ)性[J]，實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010(04).

[3]侯向鋒，周兆豐.Proteus在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012(04).

[4]劉洋，浦南江，李文超，李曉雷，李小虎.Proteus動畫仿真元件在模擬電子技術(shù)教學(xué)與學(xué)習(xí)中的應(yīng)用研究[J].電腦學(xué)習(xí)，2011(02).

[5]張文濤.Proteus仿真軟件應(yīng)用[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.