论文Proteus软件在高职院校电子线路实验中的应用，该文是有关电子线路学士学位论文范文跟电子线路实验和高职院校和Proteus类硕士毕业论文范文.
吴乐坚 卢旭锦
（汕头职业技术学院机电工程系 广东 · 汕头 515078）
中图分类号： G712 文献标识码： A DOI： 10.16871/j.cnki.kjwha.2018.09.041
摘 要 电子线路实验教学需要经过设计、 焊接、 调试、 记录实验结果和图形等过程,传统的实验教学方法存在着耗时耗力以及教学成本高的弊端,因此提出了利用 Proteus仿真软件进行电子线路实验辅助教学,通过教学实践证明了能从根本上解决传统电子线路实验中存在的问题,并能有效激发学生的自主学习能力, 更好地服务于教学, 为教学改革提供参考和借鉴.
关键词 电子线路实验 Protues 仿真 虚拟仪器
在 “电工基础” “模拟电子技术” “数字电子技术” “单片机原理及应用” 等电子类专业课程的教学中, 电子线路的实验实训是必不可少的.传统的电子线路实验教学方式是在学生学完相应的知识点后,到相应的实验实训室焊接和调试电路, 一旦焊接过程中出现瑕疵, 则要费时费力进行检查,在授课时间有限的情况下要圆满完成教学任务是很难的, 而且受到实验场地及设备仪器的限制, 学生往往无法在课后自行完成实验任务, 不利于学生课后自学.为此, 有必要探索出一种电子线路实验仿真教学新模式,更好地服务于电子类实验实训教学, 也便于学生在课后自行进行实验 [1] .
1 传统的电子线路实验教学存在局限性
高职院校电子类课程的教学模式,应该是理论与实践并重, 特别要重视学生的实践技能.但在实际的教学当中,由于教学方法、 场地及设备的限制, 加上高职生本身基础薄弱, 学习主动性差等原因, 电子线路的实验教学方面效果不尽人意, 主要存在下面几点局限性：
1.1 理论与实验教学存在局限性
传统的电子线路教学都是先学理论,再动手进行实验教学, 有些学校上理论课和实验课的老师还不是同一个人,在相互沟通不畅的情况下,有时还会出现理论与实验教学不同步的情况, 这就会导致实验教学滞后于理论教学.另外在教学上软硬件分离的教学方法也造成学生对电子线路的知识理解困难、 缺乏抽象的想象能力, 难以有效地吸收所学知识,这种教学模式注定了电子线路实验教学存在一定程度上的问题.
1.2 实验设备功能存在局限性
电子线路实验重在动手做, 但在实验教学过程中, 大多数院校所采用的实验设备电子线路走线是固定的,学生无法参与电子线路的设计、 焊接甚至是调试, 只是把线连接好后观察和记录结果.有的学校在电子线路实验教学上仍采用实验箱或面包板等设备,学生按指导老师给定的电子线路图接线, 然后记录下电路的关键参数, 而学生对于上面所用的元器件的功能知之甚少.这种教学模式注定了学生很难理解电子线路原理, 对学生的动手能力、 实践创新能力形成严重制约.
1.3 实验教学受时间限制存在局限性
电子线路每个知识点的实验一般安排 2 节课的时间,如果安排设计、 焊接、 调试等整个实验的过程, 学生往往无法按时完成实验任务,而且大多数高职院校由于管理和安全问题, 所有的实验实训场地没办法实现全天候开放, 学生不可能在课后到实验室继续学习和研究.由于电子线路实验有些实验实训设备和仪器校贵,学生也不可能自行购买使用.
随着计算机仿真技术的发展, EDA 技术给我们提供了改变电子线路实验教学的条件.采用 Protel、 EWB、Matlab 、pspic、 Multisim、 Quartus Ⅱ 及 proteus 等软件进行电子线路设计、 运行、 调试等工作, 使电子线路实验仅在计算机上就能完成功能设计、 性能分析、 程序调试、 整机测试直至PCB 板的自动设计等步骤,电子线路实验不再受到设备、 场地、 资金等限制, 虚拟电子线路实验软件的使用更有利于开发学生创造性思维.
2 虚拟仿真软件 Proteus 的功能与体系结构
英国 Labcenter Electronics 公司开发的 Proteus仿真软件在诸多电子线路仿真软件中首屈一指,是从事电子线路设计人员选择最多的 EDA 软件之一,它集电子电路设计、 电路仿真与分析、 程序调试、 PCB 设计于一体, 可以对电子类课程如 “电工基础” “模拟电子技术” “数字电子技术” “单片机原理及应用” 等课程所涉及的电路进行设计与仿真. 它还包含信号发生器、 示波器、 计数器、 逻辑探测仪、 电压 / 流表、 虚拟终端等虚拟仪器, 可供学生调试电路之用,仿真过程中各类电子元器件模型均会做出符合规定动作的响应,并能实时显示仿真的结果.Proteus 软件安装到计算机后, 会出现 ISIS 和 ARES 两个软件, 其中 ISIS 是用于绘制电路图和仿真的, ARES 是用来制作 PCB 的,整个Proteus 软件体系结构如图 1 所示.
我们使用 Proteus 软件进行电子线路实验所用的正是ISIS 软件, 通过它把电子线路的每个基本单元工作方式和特征设计出来, 然后采用 V 虚拟仿真模式进行仿真, 通过调用 V 动态器件库,仿真时可以非常清晰地看到被仿真电子线路的各个参数状态,当选用的元器件具有动画效果时, 还可以实时看到它的动画特效.
在电子线路实验教学中引入 Proteus 软件进行电路仿真辅助教学, 可以使实验教学过程生动有趣, 可让教学效果事半功倍, 另一方面, 学生对元器件的功能以及电路原理的理解更深刻易懂. Proteus 软件进行电路仿真辅助教学还可以减少实验耗材、 降低成本, 但这并不影响教学效果, 反而能加深学生对电路的理解. Proteus 软件进行电路仿真辅助教学可以让学生不受限于场地、 设备进行学习, 有利于学生课后自学.对于一个电子线路从建立到仿真,过程十分简便,如图 2 所示为电子线路仿真流程,在新建设计文件之后,先把本项目涉及的元器件放置好,并通过布线连接起来,这样就形成了一张完整的电路原理图.形成电路原理图后如需制作 PCB 板, 则需要生成网络表文件, 最后还要对整个原理图进行电气规则检查,并根据检查报告不断修改原理图直至检查通过, 才可以进行仿真调试.
3 Proteus 软件在电子线路实验教学中的应用
用 Proteus 软件构建的虚拟实验室或学生单独使用该软件进行电子线路实验时, 按图 2 所示流程, 不管是项目性实验还是综合性实验,从项目设计到生成实验报告一气呵成, 实验过程所见即所得, 大大提高了学生对电子线路实验的兴趣,彻底颠覆传统电子线路实验实训时枯燥无味的过程, 而且还可以运用虚拟仪器测试电路的频率响应、 噪声分析、 逻辑分析、 傅立叶图表分析等工作,仿真图形逼真清晰且可以以各种格式输出仿真结果,这是传统电子线路实验教学无法做到的.
3.1 Proteus 软件在 “电工基础” 实验中的应用
“电工基础” 课程是电类专业学生的基础, 概念比较抽象, 但如果对电路概念学不透, 理解不深的情况下, 后续专业课程将难以为继.有一些比较抽象的概念, 即使专业老师努力想解释清楚, 但有些同学往往难以理解, 教学效果不太理想, 如果采用 Proteus 软件对电子线路进行仿真, 就可以一目了然, 省去好多公式推导, 学生接受知识比较快, 能达到举一反三的作用.例如在讲解 KCL 和 KVL 两个定律时, 我们只需画出图 3 所示的电路图, 根据 KCL 定律, 从三个电流表的电流值就可以看出流进 A 点的电流等于流出 A 点的电流:
∑I in 等于 ∑I out 即 75mA+75mA等于150mA
根据 KVL, 任一回路的各段电压的代数和等于零, 即
∑U等于0
对于第一、二回路来说,可分别从电压表直接读出：
0.75V+0.75V-1.5V等于0V.
由此可见, 采用 Proteus 软件可直接验证出 KCL 和 KVL的正确性, 对学生来说, 这种电子线路实验既直观又方便,可快速掌握 “电工基础” 课程的各个知识点 [4] .
3.2 Proteus 软件在 《模拟电子技术》 实验中的应用
“模拟电子技术” 是电类专业学生一门重要专业必修课程, 要理解和掌握其经典的理论体系, 必须加强电子线路方面的实验实训, 以培养学生分析和解决问题的能力, 为后续专业课程的学习打下夯实的基础.
传统的 “模拟电子技术” 电子线路实验课, 焊接过程耗时耗力, 体感觉实验时间都用在焊接电路上, 连调试实验电路都显得匆忙,更别提考虑进行电路设计了.使用Proteus 软件让学生在课前先进行电子线路仿真实验, 既让学生有时间思考电路是如何设计的,又能提前理解电路的工作过程以及现场实验中可能会出现的各种问题,可从时间和空间上解除该课程电子线路实验给学生带来的束缚,以提高学生的学习效率.例如我们在做波形转换电子线路实验前, 可先把元件清单列给学生, 让学生按要求用元件组成一个正弦波转方波的信号, 学生便可把元器件用 Proteus软件画出如图 4 所示的波形转换电路, 并根据仿真图形 （如图 5 所示） , 去分析电路的工作原理 [5] .
学生可从图 4 和图 5 直观了解到,这是一个基于双向限幅电压比较器的波形转换电路,当 Ui 输入为正弦波时,由于放大器第 3 脚接地, 因此参考电压为 0V, 当输入信号过零点时, 输出电压 UO 受限于两个二极管的稳压值, 输出方形, 实现了从弦波到方波的转换.
3.3 Proteus 软件在 “数字电子技术” 实验中的应用
“数字电子技术” 课程对于学生来说最难的就是要学习大量的数字集成电路, 如编码器、 译码器、 数据选择器、 锁存器、 计数器、 存储器等.传统的电子线路实验教学模式, 根本无法让学生一一体验每一块数字逻辑集成块的作用,对于组合逻辑电路来说, 利用 Proteus 软件的元件库, 学生可以将每个数字集成块调出来,然后用逻辑探针和逻辑状态工具逐一验证每块集成块的功能,例如要认识 XOR 的逻辑功能, 可画出图 6 的异或门实验电路图, 图中输入端放置两个输入 logicstate,输出端放置一个逻辑探针 logicprobe,用于观察输出结果, 仿真时, 用鼠标点击 logicstate 可使其变为 0 或 1, 输出也会跟着产生异或逻辑结果.从这个例子可以看出, 学生可以通过这两种元件去认识每个逻辑门的作用, 当然也可以探知任一个逻辑电路的输入输出结果 [3,7] .
对于时序逻辑电路来说, 利用 Proteus 软件进行仿真,可协助学生较好地掌握数字电子技术中那些较难理解的内容, 特别是可以利用图表仿真进行逻辑分析, 逻辑结果用图形化进行表达,可激发学生的学习兴趣,提高实验教学效果. 下面以计数器的仿真演示为例加以说明. 例如在做异步四位二进制计数器的实验时,可画出如图 7 所示的电子线路图, 由于 JK 触发器的 JK 端相连, 它成为一个 T 触发器,然后从 CLK 端加一个 1HZ 的时钟信号, 在各个 JK 触发器的Q 端放一个探针, 把输入输出加入到数字图表仿真中进行图形仿真, 从图 7 的仿真图形上可以很清楚地看到 Q1 的周期是时钟的两倍, Q2 是时钟的 4 倍, Q3 是时钟 8 倍, Q4 是时钟的 16 倍,因此四个 JK 触发器分别实现了 2、 4、 8、 16 分频,它们各自是一个分频器, 但从波形整体上看, 它们又是一个16 进制的加法计数器, 从状态 0000 到 1111 共十六个状态,不断重复.如此进行电子线路的仿真实验, 可以提高学生分析实际电路的能力 [6] .
3.4 Proteus 软件在 “单片机原理及应用” 实验中的应用
“单片机原理及应用” 课程的电子线路实验不同于 “电工基础” “模拟电子技术” “数字电子技术” 等课程的电子线路实验,该课程的电子线路实验不仅包含硬件电路设计实验, 同时也包括单片机的程序设计实验, 而且软硬件要相结合才能完成一个单片机实验项目.传统的单片机技术实验教学由于两节课的实验时间要完成软硬件设计任务, 往往使得学生难以顺利完成整个实验项目,久而久之便失去学习兴趣 ,甚至出现学生抄袭他人程序来应付了事 [3] .
运用 Proteus 软件构建 “单片机原理及应用” 课程的电子线路实验,最大的好处在于可以用 Proteus 软件的电路仿真功能, 实现 Proteus 软件与 Keil 编程软件联调, 从而实现 CPU 的软硬件调试,只需要在计算机上就能完成实验项目的功能效果验证, 提高了教学效率, 降低了教学成本.我们以基于单片机的信号发生器电子线路实验为例,来说明使用 Proteus 和 Keil 软件联调进行单片机系统仿真实验的方法 [8] .
如图 8 所示为基于单片机的信号发生器实验线路, 主要由单片机、 D/A 转化集成块 0832, 信号放大器 LM324 和一些线路构成, 主要要实现正弦波、 方波、 三角波和锯齿波的输出, 波形可以通过按钮调整幅值和频率.只要学生按图 8 所示搭好硬件电路, 就可以通过 Keil 软件进行程序代码部分的设计, 程序编译成功后, 产生 hex 文件,然后加载到 Proteus 中的单片机里, Keil 软件的 Debug 状态设置为Proteus V Simulator,然后点全速运行, Proteus 软件则点仿真运行按钮,这样就能实现两个软件对基于单片机的信号发生器实验线路的联合调试.调试过程中如果发现功能不对, 随时可以修改程序, 重新进行编译后再重新加载运行.由于 Proteus 与 Keil 联合使用可以在没有制作具体电路板的情况下, 完成一个单片机实验项目的设计、 调试和结果验证, 激发了学生参与单片机课程实践的热情 [9] .
4 结语
利用 Proteus 软件进行电子线路实验教学是一种新型的教学方式, 它可为学生创建自主学习的平台, 提高学生设计、 创新电子线路的能力.应用 Proteus 软件辅助电子线路实验教学, 改变了传统的电路实物分析模式, 使得学生只需要通过电路仿真便能实时获取实验数据、 图形, 使学生进入实验室采用实物做实验时更有信心, 提高了实验教学效率,同时也不存在学生实验时的安全隐患问题,也可解决学校实验设备、 场地不足的问题, 大大节约了实验教学成本.
本文结束语:这是一篇适合不知如何写电子线路实验和高职院校和Proteus方面的电子线路专业大学硕士和本科毕业论文以及关于电子线路论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料.
参考文献：
1、 医学类高职院校医用电子仪器和维护专业教学改革之 摘要当前,“大众创业、万众创新”的新形势要求高职院校培养高端技能型人才要从实际需求出发,以医用电子仪器原理与维护专业教学改革中存在的问题为切入点,尤其是针对实践教学改革,通过实.
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