Proteus仿真軟件在汽車電工電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用

曹陽明，吳民，張璽

（新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 831401）

引言

汽車電工電子課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生能夠理解電工電子基本概念，掌握電工電子元器件的工作原理，能正確使用常用電工電子檢測儀器儀表，學(xué)會設(shè)計分析計算汽車電路，能完成基礎(chǔ)電氣控制電路的安裝、與基礎(chǔ)電子產(chǎn)品的制作，具備基本電工電子操作技能，但是隨著招生規(guī)模的擴大和教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備的老化，經(jīng)常會出現(xiàn)學(xué)生不能實際參與到實訓(xùn)教學(xué)過程中，而且隨著電工電子技術(shù)的飛速發(fā)展，實訓(xùn)設(shè)備也無法滿足多樣化的前沿需求，因此也有不少學(xué)者對此問題進(jìn)行了相關(guān)的研究與分析，胡中玉等學(xué)者將Proteus仿真設(shè)計應(yīng)用到輔導(dǎo)課堂教學(xué)、實踐教學(xué)及實際電路設(shè)計的三個方面[1]，宋佑川等學(xué)者也研究了仿真軟件在汽車電工電子課程教學(xué)中的應(yīng)用[2-4]，為學(xué)生后續(xù)學(xué)生單片機及編程知識的學(xué)習(xí)奠定一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，范程華等學(xué)者應(yīng)用Proteus設(shè)計仿真解決學(xué)生在電路設(shè)計好后盲目焊接導(dǎo)致調(diào)試成功率低及耗材過多的問題[5]。

1 Proteus簡介

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司開發(fā)EDA工具軟件。利用Proteus軟件強大仿真功能不僅可以實現(xiàn)對模擬電路、數(shù)字電路的仿真，而且可以滿足單片機及外圍器件仿真及PCB板的設(shè)計[6]。Proteus的元器件庫提供的元器件，涉及到電子電路設(shè)計的各個方面，也包含了適用于電路測試的各種虛擬儀器，如示波器、信號發(fā)生器及邏輯分析儀等。此外，Proteus具備強大的單片機協(xié)同仿真功能，利用 Keil軟件編寫C語言程序，虛擬下載到單片機中，實現(xiàn)單片機控制系統(tǒng)的仿真設(shè)計，為后續(xù)汽車控制電路的學(xué)習(xí)提供良好的環(huán)境。

2 Proteus在汽車電工電子模擬實驗中的應(yīng)用

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著電工技術(shù)、微機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們對汽車的使用提出了更多個性化的需求，車用電子控制裝置也越來越多，汽車電子控制向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向快速發(fā)展，汽車上各系統(tǒng)基本實現(xiàn)了電子控制和網(wǎng)絡(luò)控制，通過Proteus仿真功能設(shè)計分析汽車電路，有利于解決由于大規(guī)模集成電路的應(yīng)用造成的學(xué)生對汽車電工電子電路原理理解不透徹的問題，接下來就幾個典型汽車電路進(jìn)行模擬仿真分析。

2.1 濾波整流電路的模擬仿真

汽車交流發(fā)電機專用的三相橋式整流，通過Proteus設(shè)計三相橋式整流電路如圖1所示，汽車三相橋式整流電路由三個正極管和三個負(fù)極管組成，其中三個正極管VD1、VD2、VD3的正極則分別與三相繞組的首端 U1、V1、W1相連，負(fù)極通過整流板流在一起，三個正極管的負(fù)極等電位。導(dǎo)通條件是：在某一瞬間，與三相繞組中電位最高的一相相連的正極管導(dǎo)通。同樣，三只負(fù)極管VD4、VD5、VD6正極連在一起，而負(fù)極也分別同三相繞組的首端U1、V1、W1相連。因為正極等電位，因此它們的導(dǎo)通條件是：在某一瞬間，與三相繞組中電位最低的一相相連的負(fù)極管導(dǎo)通。汽車發(fā)電機三相交流輸出波形如圖2所示，電路仿真運行整流后波形如圖3所示。

圖1 三相橋式整流電路

圖2 三相交流電波形

圖3 三相交流電整流后波形

2.2 單片機外圍電路模擬仿真

在學(xué)習(xí)汽車控制電路原理圖時，一般通過邏輯分析電路狀態(tài)，想象運行效果，在一定程度上增加了學(xué)生課程學(xué)習(xí)的難度，而利用Proteus軟件與Keil軟件實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的模擬仿真設(shè)計與編程，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中實踐，提高了教學(xué)質(zhì)量，也使得學(xué)生掌握了相關(guān)軟件的操作技能，為將來就業(yè)奠定了一定的基礎(chǔ)。

利用Proteus設(shè)計汽車電動車窗控制電路圖如下，三個按鈕分別用于控制步進(jìn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，三個LED顯示燈的亮滅表示步進(jìn)電機的狀態(tài)，通過單片機IO口P0輸出，由ULN2003A芯片驅(qū)動步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動。

圖4

通過Keil軟件編寫主函數(shù)、正反轉(zhuǎn)函數(shù)及延時函數(shù)，在主函數(shù)中通過檢測正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止按鈕連接的單片機 P3口高低電位，從而控制顯示步進(jìn)電機狀態(tài) LED燈的亮滅及P0控制口的輸出。主函數(shù)如下：

3 結(jié)束語

隨著電工電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電工電子實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備很難緊跟上電子技術(shù)發(fā)展的步伐，在一定程度上制約了學(xué)生參與電路設(shè)計，使得教學(xué)也只能停留在聽講和想象，利用Proteus軟件仿真功能在極大地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的同時，也有利于提高學(xué)生動手和分析電路的能力，既保證了學(xué)習(xí)效果的同時也節(jié)約了電工電子課程教學(xué)成本，而且可以避免學(xué)生在不進(jìn)行電工電子路仿真的情況下進(jìn)行電路的連接與焊接對學(xué)生造成的人身傷害與浪費。

[1] 胡中玉,岳強,任杰,蒲翠萍.基于Proteus仿真的電工電子課程教學(xué)創(chuàng)新[J].實驗技術(shù)與管理,2016,33(04):128-130.

[2] 宋佑川,魏靜.仿真軟件在汽車電工電子課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2017,20(06):66-70.

[3] 侯麗春,張軍.基于 Proteus的汽車電工電子技術(shù)課程教學(xué)實踐[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2014(08):164-165.

[4] 王艷,樹龍珍.Proteus仿真軟件在電工電子實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2017,17(04):31-33.

[5] 范程華,蔣先偉,魯世斌,陳明生.Proteus在電工電子實訓(xùn)中的應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程,2011,19(07):17-18+22.

[6] 陳知紅,王錦蘭.Proteus仿真軟件在電工學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理,2014,31(02):93-95+128.