Proteus在高職電子實(shí)踐教學(xué)課程中的應(yīng)用

提要：本文介紹了PROTEUS軟件在高職電子實(shí)踐教學(xué)課程中的重要作用，闡述了該仿真軟件的優(yōu)勢(shì)，通過實(shí)例說明虛擬仿真在電子實(shí)踐教學(xué)方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Proteus 軟件 仿真 實(shí)踐教學(xué)

一、Proteus軟件簡(jiǎn)介

PROTEUS軟件由Labcenter公司開發(fā)，是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設(shè)計(jì)等功能，是目前唯一能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真、調(diào)試與測(cè)試的EDA工具。微控制器系統(tǒng)相關(guān)的仿真需建立編譯和調(diào)試環(huán)境，可選擇Keil C51uVision2 軟件。該軟件支持眾多不同公司的芯片，集編輯、編譯和程序仿真等于一體，同時(shí)還支持PLM、匯編和C語言的程序設(shè)計(jì)。它的界面友好易學(xué)，在調(diào)試程序、軟件仿真方面有很強(qiáng)大的功能。

二、仿真實(shí)例教學(xué)

1、直流電路

在電工基礎(chǔ)里大家學(xué)習(xí)了基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律，現(xiàn)在我們通過Proteus軟件來畫一個(gè)三條支路兩個(gè)網(wǎng)孔的直流電路來驗(yàn)證基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律的正確性，為了便于學(xué)生理解在電路的三條支路中串入了三個(gè)直流電流表，通過直流電流表可以直觀的看到各個(gè)支路電流的關(guān)系，然后用Proteus軟件的仿真功能來對(duì)這個(gè)電路進(jìn)行仿真。

（1）電路原理圖

圖1開關(guān)未閉合圖2開關(guān)閉合

（2）電路圖分析

圖1中有三條支路對(duì)應(yīng)有三條電流分別為I1，I2，I3，其中I1，I2為流入節(jié)點(diǎn)A，I3為流出節(jié)點(diǎn)A，根據(jù)基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和，那么應(yīng)該有I1+I2=I3，下面我們通過閉合開關(guān)來看一下實(shí)驗(yàn)效果。

（3）仿真效果（圖2）

（4）仿真實(shí)驗(yàn)總結(jié)

通過對(duì)該電路仿真我們發(fā)現(xiàn)I1=9.94A，I2=-4.94A，I3=5.00A。

不難看出：I1+I2=I3，即9.94A+(-4.94A)=5.00A。

通過該電路我們驗(yàn)證了基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流的正確性。

2、正弦交流電路

在電子線路里大家學(xué)習(xí)了整流電路，即是利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒄医涣麟娮兂蓡畏较虻拿}動(dòng)直流電，現(xiàn)在我們通過Proteus來畫一個(gè)半波整流電路來看一下電路中信號(hào)波形的變化，以方便學(xué)生更好的認(rèn)識(shí)整流原理。

（1）半波整流電路原理圖

圖3半波整流電路 圖4 輸入/輸出波形圖

（2）電路圖各元件參數(shù)

圖3中D1為整流二極管，T1為變壓器，RL為負(fù)載電阻，TR1(P1)為輸入的正弦交流電，仿真后我們可以通過示波器A，B兩個(gè)通道(C，D通道未用)來觀察信號(hào)波形的變化，其中A通道顯示的是輸入信號(hào)的波形(藍(lán)色線顯示)，B通道顯示的是輸出信號(hào)的波形(金黃色線顯示)，下面我們通過仿真后來看一下信號(hào)波形的變化。

（3）仿真效果

從圖4中我們可以看出輸入一個(gè)完整的正弦交流電波形，然后通過二極管的單向?qū)щ娦裕敵龊蟮牟ㄐ螢榘氩?只有正半周)，從而通過該圖我們驗(yàn)證了半波整流電路的實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)生們也觀看到了電路的實(shí)驗(yàn)效果達(dá)到從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛越。

3、典型應(yīng)用電路仿真

高職電子實(shí)踐教學(xué)經(jīng)常講授模擬“知了”聲電路，其核心電路是一個(gè)多諧振蕩器，所謂多諧振蕩器就是一個(gè)張弛振蕩電路，它只有兩個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)，不需要外加觸發(fā)信號(hào)就能產(chǎn)生一定頻率和一定寬度的矩形脈沖波，在脈沖數(shù)字系統(tǒng)中，它主要用作信號(hào)源，將多諧振蕩器與其它單元電路組合，就可成為一個(gè)實(shí)用的電路，如果將多諧振蕩器和音頻振蕩器組合可以成為一種模擬“知了”聲電子電路，現(xiàn)在我們通過Proteus軟件將模擬“知了”聲電子電路畫出來并通過該軟件的仿真功能來讓學(xué)生看一下該電路的實(shí)驗(yàn)效果。

（1）電路原理圖

圖5模擬“知了”聲電子電路原理圖 圖6D1發(fā)光二極管亮

（2）仿真效果

現(xiàn)在我們通過Proteus軟件仿真后來看一下電路的效果：

圖7D2發(fā)光二極管亮圖8八路搶答器電路原理圖

從圖6、7中學(xué)生可以看到兩只發(fā)光二極管D1，D2會(huì)交替閃爍發(fā)光，并且能聽到電腦所接的音響會(huì)發(fā)出隨兩只發(fā)光二極管交替閃爍發(fā)光的模擬“知了”聲音。

4、單片機(jī)仿真教學(xué)

如果只是在電子基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)用Proteus，那真是大材小用了，Proteus的單片機(jī)仿真功能強(qiáng)大，它支持51系列，AVR，PIC等單片機(jī)的仿真，還提供了大量的測(cè)試儀器儀表，如邏輯分析儀，虛擬終端，SPI調(diào)試器，I2C調(diào)試器，多通道示波器，頻率計(jì)等。

（1）八路搶答器設(shè)計(jì)要求

主持人按下復(fù)位按鈕，數(shù)碼管就顯示\"0\"表示可以開始搶答，一旦有搶答信號(hào)，就立即判斷出是哪一位選手最先搶答的，隨即把相應(yīng)位號(hào)送至數(shù)碼管顯示，并對(duì)其后的搶答信號(hào)不再響應(yīng)，同時(shí)蜂鳴器持續(xù)間隔鳴響，給出聲音提示信號(hào)，當(dāng)主持人按下復(fù)位按鈕發(fā)出復(fù)位信號(hào)后開始下一輪搶答。

（2）電路原理圖 （圖8）

（3）在Keil C中編寫八路搶答器程序，并生成八路搶答器.HEX文件，下載到芯片里。

四、結(jié)束語

Proteus仿真與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，它涉及到的電子元件豐富、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全面、硬件投入少、實(shí)驗(yàn)過程中安全、損耗小、與工程實(shí)踐最為接近，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室提供的儀器和實(shí)驗(yàn)箱上提供的元件有限，只能完成一些常規(guī)實(shí)驗(yàn)。而在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)驗(yàn)，可以鍛練學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，這是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法比擬的。

參考文獻(xiàn)：

[1]周潤(rùn)景，張麗娜.基于Proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[2]代啟化.proteus 在單片機(jī)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2006，(6).