Proteus軟件在教學中的應用分析

【摘 要】Proteus軟件以其功能強大、操作簡單、入門容易等優勢，在模擬電子、數字電子和單片機教學中都起到了很好的輔助作用。將Proteus軟件應用在教學、課程設計、畢業設計中，使用該軟件對學生進行指導，比以往單純讓學生學習書本知識更易于接受、更易于提高。實踐證明，這種教學方法不但可以降低成本，經濟優勢明顯，并且具有較高的推廣價值。

【關鍵詞】Proteus軟件 模擬電子 數字電子 單片機 輔助作用

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）25-0063-02

在現行的教學模式中，提高學生的動手能力、自主分析和創造能力越來越成為教學的主流。但是，面對一個全新的電路課題，學生充滿了好奇，而枯燥的理論分析又使他們倍感乏味。Proteus軟件的出現使教學更加直觀，更有利于學生的理解，能充分調動學生的積極性，并且在模擬電子、數字電子和單片機教學中都起到了很好的輔助作用。

一 Proteus軟件功能的介紹

Proteus軟件是世界上著名的EDA工具，它從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。它是將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺。Proteus獨一無二的仿真功能使其廣泛應用于科研、教學、設計和研發中。

Proteus系統主要由ISISI電路設計與仿真平臺、ProSPICE模數混合模擬式仿真器、VSM單片機/嵌入式系統協同仿真和ARES PCB設計系統等構成，基本結構體系如圖1。其中在ISIS中主要進行原理圖設計和原理圖的調試，而在ARES中則進行PCB設計、3D模型預覽和生成制板文件。Proteus軟件仿真功能特性如下：

第一，Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數字和模擬、交流和直流等數千余種元器件，有30多個元件庫。

第二，Proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器、信號發生器、模式發生器、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電路中隨意地調用。

第三，除了現實存在的儀器外，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，其作用與示波器相似，但功能更多。

第四，Proteus可提供的調試手段多提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數字信號。

二 Proteus軟件在模擬電子教學中的應用

模擬電子技術是一門綜合性強、實踐性強、有一定難度的專業基礎課。傳統教學中存在的問題有：（1）理論教學內容抽象。一個簡單三極管的工作特性就讓學生不知所措，使其難以接受和理解，學習效率低；（2）面對一個復雜的放大電路，電流的流向、電壓的變化以及元器件參數的選擇等諸多問題，使教學越發顯得枯燥，而學生就更無從下手，致使教學時間投入很多而得不到理想的效果；（3）穿插在教學過程中的實驗，需要投入大量的實驗裝置，另外實驗過程中的元件損耗、儀器儀表的不穩定性等諸多問題，很大程度上影響了學生做實驗的積極性。

Proteus軟件具有強大的電路仿真功能，能夠通過探針對節點電壓及支路電流進行實時的跟蹤，另外，通過各種模擬功能的儀器儀表，對電路進行波形仿真。這增加了電路元器件參數改變的靈活性，很大程度上彌補了傳統教學中理論分析的抽象性，以及元件參數的改變對電路功能影響的直觀性。下面以單管放大電路為例進行講述。

如圖2為單管放大電路原理圖。通過仿真圖示儀繪制轉移特性曲線，測量并能夠計算靜態工作點。將輸入端對地短路，調節電位器RP2，使Vc=Ec/2（取6～7伏），得出測靜態工作點VC、VE、VB及Vb1的數值。

按下式計算IB、IC，并記入表1中。

三 Proteus軟件在數字電路教學中的應用

數字電路課程中很多電路的原理比較煩瑣，并且也很抽象。所以在教學中可以根據具體的教學內容，采用Proteus軟件進行輔助設計與仿真，使理論知識形象而生動，加強學生對知識的理解與掌握。

在數字電路中，最難理解的教學莫過于觸發器電路。觸發器電路相對于一般的電路增加了反饋電路，使得電路的分析、理解都變得較為困難。Proteus仿真軟件的應用使觸發器電路的分析變得簡單，因為在Proteus仿真下，可以把觸發器輸入端每一時刻的信號變化對輸出的影響都能直觀地顯示出來。

以基于Proteus軟件的彩燈循環電路教學設計為例。在數字電路這門課程的教學實踐中，彩燈循環電路是一個非常經典的電路可以幫助學生理解555時基電路、二進制集成計數器CD4040、74LS138譯碼電路等集成元件的功能。在實際過程中由于學生在連接實際元件電路時可能出現操作錯誤、損壞元件、增加教學成本。如果在教學中借助仿真軟件Proteus軟件來仿真該實驗，發光二極管旁邊的燈變綠表明該等點亮，執行仿真后，綠燈循環閃爍，效果非常明顯。

在數字電路中任意進制計數器是教學的重點和難點，傳統的教學只能利用板書進行分析，而Proteus的引入直觀地把反饋復位、脈沖信號的上升沿和下降沿對計數的影響反映到電路圖上，調動了學生學習的積極性，使課堂教學變得靈活而不再呆板。另外，學生在原有基礎上可以靈活地進行拓展實驗，改變進制并實時進行驗證，針對同一項目有了更多的實現方法，提高了學習效率，并打破了傳統實驗室只能進行單一實驗的局限性。

四 Proteus軟件在單片機教學中的應用

單片機理論教學特點決定了該課程是一門實踐性很強的課程，在教學過程中必須注重軟件、硬件的統一。而傳統的實驗型教學都是在實驗室中進行的，致使它往往受到諸如時間、空間和硬件資源等條件的制約，而導致老師教學無特色、學生學習無興趣，教學效果始終不佳。基于這種情況，結合實際的教學經驗，Proteus軟件的出現很大程度上彌補了單片機教學中的不足。這種虛擬的實驗環境克服了很多條件的限制，豐富了實踐性教學的手段，有利于現代教學理念的更新。

以單片機控制交通燈電路為例。在以往的教學中，都是講授完原理后，直接讓學生進行電路元件的焊接和調試，但是硬件資源易損壞、成本高，還要投入大量的人力進行實物調試。在電路焊接完之后，還有可能出現單片機芯片AT89S51，還有二極管因為供電的原因而燒壞，這樣就不得不重新領取元件進行焊接，這樣既造成了材料的浪費，也造成了時間的浪費，影響了整個學習項目的進度。即使硬件電路沒有問題，在軟件的燒錄過程中，調試需要一遍一遍地在單片機芯片中下載程序，這樣大量的重復性過程，也會對學生學習的積極性和興趣造成不利影響。而在Proteus軟件仿真中，將硬件和軟件有機結合，通過畫原理圖在虛擬的環境中進行調試，發現問題可以直接更換，大量地減少了材料和時間的損耗。還可以進行實際效果的演示，既可以直觀的看見實際成果，也可以提高學生學習的興趣。

五 結束語

Proteus軟件以其功能強大、操作簡單、入門容易的優勢在越來越多的教學活動中得以應用。采用Proteus軟件進行輔助教學，既充分利用機房的現有設備，減少實驗設備的硬件維護，又與實際工程系統非常接近，拉近與就業的距離，提高了學生的就業能力。另外將Proteus軟件應用在教學、課程設計、畢業設計中，使用該軟件對學生進行指導，在不需要硬件投入的情況下，學生普遍反映比以往單純學習書本知識更易于接受、更易于提高，積累了很多實踐經驗。實踐證明，這種教學方法經濟優勢明顯，不但可以降低成本，而且具有較高的推廣價值。

〔責任編輯：龐遠燕〕