Proteus在《模擬電路》、《數(shù)字電路》課程教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：本文分析了傳統(tǒng)電子類專業(yè)《模擬電路》、《數(shù)字電路》課程教學(xué)環(huán)節(jié)中客觀存在的弊端，利用Proteus強(qiáng)大的設(shè)計(jì)、仿真功能，提出了基于Proteus的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案，是對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式的一種有益的補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；Proteus；虛擬仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.239

1 引言

《模擬電路》和《數(shù)字電路》是電子類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程以及電子技術(shù)在專業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。然而，近年來電子類專業(yè)《模擬電路》、《數(shù)字電路》等課程逐漸暴露出實(shí)驗(yàn)資源匱乏、維護(hù)成本高的問題，同時(shí)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容單一，設(shè)計(jì)性綜合性實(shí)驗(yàn)數(shù)量少等弊端日益突出。

目前，各大各校逐步采用真實(shí)實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，通過Proteus、Multism、Pspice等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生在脫離、實(shí)驗(yàn)室的條件下，在寢室中僅憑個(gè)人電腦就可以自主完成教學(xué)中的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，是真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種有力補(bǔ)充。

2 Proteus軟件介紹

Proteus ISIS 是英國(guó)Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件，可以仿真、分析模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路、單片機(jī)及外圍系統(tǒng)、RS232接口、I2C 調(diào)試器、SPI 調(diào)試器、鍵盤和LCD 系統(tǒng)等。結(jié)合Proteus，可以對(duì)含有三極管、二極管、電阻、電容、電感、變壓器、直流電源、信號(hào)源、集成運(yùn)放等器件的模擬電路仿真，也可以對(duì)含有各種門電路、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路以及脈沖產(chǎn)生與整形電路在內(nèi)的數(shù)字電路進(jìn)行仿真。

3 Proteus在電子類專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 模擬電路實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

以直流可調(diào)穩(wěn)壓電源為例，說明Proteus在《模擬電路》教學(xué)中的應(yīng)用。該直流穩(wěn)壓電源通過把50Hz的交流電變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓四步，從而使電路變成恒定的直流電壓，供給負(fù)載。系統(tǒng)穩(wěn)壓模塊采用可調(diào)式穩(wěn)壓器件LM117/LM317，電源輸出電壓在1.25V～37V可調(diào)，最大輸出電流為1.5A。

本電路變壓器副邊電壓有效值為29V。全波整流之后的電壓平均值為前面變壓器副邊電壓有效值的1.35倍；濾波之后的電壓平均值為全波整流電壓平均值的1.2倍，所以LM317的輸入電壓為：

電路中，電容C2和C3分別為去抖和濾波作用。C2并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，可防止滑動(dòng)變阻器在調(diào)節(jié)過程中由于抖動(dòng)而產(chǎn)生的諧波，一般經(jīng)驗(yàn)值為10μF。C3為輸出側(cè)二次濾波，其目的是去掉輸出電壓波形中細(xì)小的波紋。C1與C3的關(guān)系一般為22倍，因此C3為100μF。

3.2 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

以555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)電路為例，說明Proteus在《數(shù)字電路》教學(xué)中的應(yīng)用。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在外加脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，該暫態(tài)維持一段時(shí)間又回到原來的穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間取決于RC的參數(shù)值。

555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)電路時(shí)，通過外部觸發(fā)可產(chǎn)生單脈沖，且脈沖寬度Tw可通過下面式子計(jì)算：

圖1為單穩(wěn)態(tài)電路的仿真圖。其中R1和按鈕組成一個(gè)負(fù)脈沖發(fā)生器，示波器的圖形如圖2所示，其中上方的正脈沖為單穩(wěn)態(tài)電路的輸出，下方為觸發(fā)脈沖。利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產(chǎn)生一定寬度的脈沖這一特性，可以將過窄或過寬的輸入脈沖整形成固定寬度的脈沖輸出，也可以實(shí)現(xiàn)高頻脈沖序列的定時(shí)選通功能。

4 結(jié)束語

本文所研究的Proteus軟件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)《模擬電路》、《數(shù)字電路》教學(xué)課程進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)仿真，是解決電氣系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)面臨內(nèi)容技術(shù)的多可行和復(fù)雜性，減少開發(fā)周期、投資、生命周期的最佳途徑。通過使用Proteus仿真程序，實(shí)現(xiàn)低成本、低消耗、高效率的試驗(yàn)方法，廣泛調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生能充分融入整個(gè)設(shè)計(jì)開發(fā)過程之中。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱清慧.Proteus教程—電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008（09）.

[2]江曉安等.模擬電子技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008（03）.

作者簡(jiǎn)介： 林君（1979—），男，（朝鮮族），吉林延吉人，碩士，講師。endprint