Proteus用于電氣信息類實驗教學改革的實踐探究

楊曉輝

摘要：虛擬仿真技術是一項比較先進的技術，它是建立計算機技術基礎之上來實現的，通過該項技術，我們僅僅需要計算機以及Proteus軟件就能進行模擬實驗，通過虛擬的技術來實現一些實驗過程。本文利用Proteus軟件來電氣自動化專業的相關課程中進行使用，利用虛擬軟件來完成教學任務，通過這種措施來對教學進行改革，進而實現培養學生的目的。

關鍵詞：Proteus 虛擬仿真 數字電子技術

中圖分類號： TP391.9文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

Proteus軟件是一套對電路進行分析的仿真軟件，由英國一家公司開發研究成果，該系統主要是包括電路原理仿真設計、印刷電路板設計等程序。Proteus軟件可以利用Windows系統來實現，然后對各種電路以及元器件進行模擬仿真。Proteus軟件能夠將虛擬電路要單片機等有效的結合，并且利用該軟件還可以進行調試，同時能夠對電路原理圖進行繪制。

電氣自動化專業的課程包括、電子技術、自動化技術以及信息處理等等內容，屬于技術型人才，利用Proteus軟件可以對電子信息類的教學產生較大影響，極大的改善教學質量，同時利用該軟件也能有效改善學生的創新能力以及動手能力。

1、虛擬仿真概述

虛擬仿真軟件的應用能夠以虛擬的形式將所模擬的實體形象的表達出來，通過將模擬的對象在仿真軟件中整合到一起，為我們提供虛擬的實際效果來。虛擬仿真主要的影響因素為操作人員、系統以及虛擬的環境等三方面內容。虛擬仿真主要是為了能夠形成一個能使人感受其環境的系統，利用虛擬仿真軟件模擬的環境可以從視覺、聽覺等多方面來為用戶提供服務，并且利用該軟件制造的環境可以實現以假弄真的作用。需要注意的是，虛擬仿真軟件實現的環境需要借助真實環境中的一些實際特征，虛擬環境中的聲音、圖像等必須與真實存在向協調，并且行為特征等等方面的內容需要同真實環境具有一致性的特點。

虛擬仿真是建立在計算機、多媒體以及網絡技術等實現的仿真技術，仿真系統的運行必須要有完善的系統模型。仿真系統一般是利用數學模型來實現的。虛擬實驗的開展能夠幫助學生獲得一定的學習能力，但是虛擬實驗仍然不能代替真實環境的效果，學生許多的學習技能仍然需要真實環境來實現。通過虛擬實驗的開展，可以幫助學生感受各種問題的環境，進而尋找解決問題的方式，培養學生的學習能力，這種模擬的方式不能與真實環境還是存在一定的差距，必須要靠學生專業技能來解決。為此，虛擬實驗的應用必須要選擇合理的范圍，它適用于原理及概念等方面的實驗，對于實際的操作還是存在一定差距，并且學生實際操作能力的培養需要在真實環境中來進行鍛煉。

虛擬實驗是利用經驗來為學生提供一個探索的學習環境，學生對電路原理等進行檢驗時，通過該仿真軟件即可獲得驗證結果，在實驗中學生可以通過觀察來對課本知識進行理解，通過試驗的過程、實驗方法以及實驗結果來對知識獲得基本的掌握。仿真軟件在實際的應用中，學生可以對知識的形成有初步的了解，并且學生可以發揮自己的想象能力，通過實驗過程來培養學生解決問題的能力。虛擬實驗在教學中可以部分的替代真實環境，同時也能為真實的實驗提供準備工作。

虛擬實驗在電氣信息類的教學過程中需要注意以下幾點：（1）培養學生的獨立操作能力；（2）利用課題來進行探索；學校的知識一般都是按照主題來進行設置，我們按照一定的課題來進行探索培養學生的邏輯能力，進而幫助學生培養綜合能力的運用，幫助他們解決問題。（3）提高學生團隊協作能力，通過學生團隊合作學習的過程來增強學生的互動能力，進而加強相互交流的能力，使得實驗過程能夠順利的進行。在具體的教學過程中，教師必須要幫助學生正確使用仿真軟件，利用虛擬同真實環境的共同點，正確處理虛實之間的關系。

2、Proteus軟件在電氣信息類實驗教學中的應用分析

2.1、電子技術中的仿真應用

電子技術是一門重要的基礎課程，在該課程學習中，電路模擬是一項重要的課程。在該課程中，電路放大是電路模擬中的一項基礎。同時，該電路理解起來是非常困難的，尤其是靜態分析。Proteus 軟件在電路放大中的應用主要包括這些內容，將電流表、示波器以及電壓指針等設備標識到電路放大圖中，然后將仿真的最終結構與理論值進行對比分析。

電路放大的靜態分析主要如下，晶體管的輸出以及輸入對應工作點為靜態工作點。同時，該靜態工作點的選擇對電路的最終放大質量能否造成一定的影響。在實驗過程中，我們必須要保證信號在輸入的過程中晶體管一直保持放大的狀態，避免出現飽和失真的現象。我們利用Proteus 軟件在電路放大中的實驗，可以為學生提供需要的波形，并且在實驗過程中電路中的信號、電阻等參數都能進行調整，并且在實驗結束后還可以再次仿真幫助學生掌握理論知識，該實驗對場地沒有太高的要求。

2.2、數字電子技術的應用

數字電子技術涉及的內容包括集成元器件、邏輯門電路、觸發器等內容。在數字電子技術當中，目前應用比較廣泛時序電路一般是計數器，它可以為時鐘的脈沖進行計數，并且還可以進行定時以及數字運算等等。計數器不同芯片之間的連接方式有很多種，常見的有串行進位方式、并行進位方式、整體置零方式和整體置數方式。本文對并行進位的連接方式進行簡單介紹，該連接是通過低位片的輸出信號來控制高位片的信號。

Proteus 軟件在數字電子技術中的仿真應用具體如下。先下安裝元器件，包括芯片、信號發生器、數碼管以及LOGICTOGGLE 等等。時鐘的頻率我們可以選擇為1Hz，計數器的計數頻率為每秒一次。在具體的仿真實驗當中，啟動Proteus 軟件后，數碼管開始計數，并且到一定程度后數碼管可以循環技術。這也需要對數碼管進行設置，如果要設置多位數的計數，我們需要添加主芯片以及數碼管等元器件。通過實際教學我們也能發現，Proteus 軟件在數字電子技術中的應用，它可以靈活的為學生提供幫助，并且在具體的使用中受各種芯片的影響比較小。學生可以利用仿真軟件靈活的設計各種電路，并且各種元器件的使用也多呈現出多樣化，實驗的結果同實際電路產生的效果相同，并且通過試驗過程也能加深學生的理解，學生的學習興趣也比較高。

此外，Proteus 軟件還可以應用到單片機的教學當中，單片機的實踐教學對學生來說是非常重要的。傳統的實踐課程，學校需要配備設備以及實驗儀器，并且需要專門的場地來進行實驗。利用仿真軟件則僅僅需要較低的資金即可實現，通過該軟件能夠模仿單片機的各項功能，為學生提供學習的場地。

總結：

Proteus 軟件在電氣信息類教學的應用具有較好的優勢，學校投入的資金比較少，并且學生可以自己進行實驗，實驗的過程以及結果均與實際發生的環境相類似。此外，該軟件的應用能夠提高學生的創造能力，極大的改善的教學質量，對學生的專業素質提高來說有很大的幫助。

參考文獻：

[1] 千承輝，凌振寶，田寶鳳.Proteus仿真在電子測量實驗課程中的應用研究[J].實驗室科學，2013，23（3）.

[2] 閆 石.數字電子技術基礎[M].北京高等教育出版社，2005.

[3] 徐愛均. 單片機原理實用教程——基于Proteus 虛擬仿真[M].北京：電子工業出版社，2009.

[4] 中國電子學會. 電子高等教育學會 2006 年學術年會論文集[C].成都：電子科技大學出版社，2006.

[5] 深圳風標科技有限公司. PROTEUS在電類教學與科研中的應用[C]. 北京：北京研討會專刊，2006.