基于Proteus的高職自動化類專業電子技術課程教學改革

王顯梅，彭宇林

（廣西職業技術學院，廣西南寧，530226）

電子技術是高職自動化類專業一門非常重要的專業基礎課程，主要包括電路分析基礎、模擬電子技術和數字電子技術等內容。該課程的學習效果，將直接影響后續PLC應用技術、單片機應用技術、自動線安裝與調試等課程的學習。在過去長期的教學過程中，存在著理論教學以講授為主，主要靠學生自己理解和充分發揮想象能力對所學知識進行理解，知識點非常枯燥乏味；而實訓課教學則根據系部元件庫已有的器件開展有限的項目訓練，其效果非常有限；課程綜合設計則由于沒有前期的仿真而直接的進行電路板的制作和安裝，成功率低。這樣導致的后果是部分學生對本門課程開始階段充滿期待，學習激情高漲，隨著學習的深入和難度的加大，不懂的問題越積累越多，從而慢慢的失去對課程的興趣和信心。因此，將Proteus仿真軟件引入電子技術課程的教學全環節當中，借助仿真軟件生動形象展示各種電路運行效果，激起了學生的學習興趣，加深學生對理論知識的理解，擴展學生的學習空間，使其還可在課外進行自主學習，極大提高了教學質量，提升學習效果顯著，有力的推動了電子技術的教學改革。

1 Proteus軟件簡介

Proteus是由Labcenter Electronics公司開發的EDA工具軟件。自1989年推出市場以來，使用非常廣泛，該軟件組合了高級原理布圖、混合模式Spice仿真、PCB設計以及自動化布線來實現一個完整的電子設計系統，除實現以上與其他EDA工具相同功能外，其革命性的功能是將用戶對基于單片機為核心的系統連同所有的接口器件一起進行仿真，Proteus軟件的主要特點有：

（1）可以實現原理圖繪制和PCB板設計。

（2）實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。有豐富的各種虛擬儀器，如電壓表、電流表、邏輯分析儀、示波器、信號發生器等；具有電路基礎仿真、模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路的系統仿真、RS232動態仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統仿真的功能。

（3）具有支持當前市面上主流單片機系統的仿真。如：8051、PIC、ARM等市面上主流的單片機。

（4）強大的調試工具。具有和KeilUVision2等開發工具接口。

2 Proteus在電子技術課程教學中應用

■2.1 Proteus在理論教學中的應用

在電子技術課程理論教學過程當中，由于涉及的知識點多、概念新及電路抽象，看不見摸不著，只能發揮學生的自我空間想象能力進行理解，非常枯燥無味。而理論教學作為實訓教學的基礎，如果不能很好的理解和掌握其原理，在實踐中就不能運用所學理論知識指導實踐，從而摸不著頭腦而無從下手，所以理論教學就顯得尤為重要。因此，如何激發學生的學習興趣，幫助他們學好理論知識，就成為每一位電子技術教師所面臨的問題。在理論教學過程中引入Proteus仿真軟件進行輔助教學，可以起到了事半功倍的效果，教師事先講解電路原理，然后通過仿真軟件來展示該電路的運行過程，這樣就可以讓學生觀察到各種信號之間的轉換，非常直觀形象的展示教學內容，加深對電路原理的掌握，提高理論教學的效率。

基本放大電路的原理是電子技術課程非常重要的一部分內容，掌握其工作原理和性能分析是學好后續相關內容的基礎。由于該電路是學生學習電子技術遇到的第一個功能相對完善的電路，要很好的掌握和理解基本放大電路的靜態工作點、放大倍數、輸入/輸入電阻、信號相位關系等概念是非常困難的。因此，通過Proteus仿真軟件搭建基本放大電路仿真測試原理圖，如圖1所示。通過展示放大電路仿真運行過程，學生可以非常直觀的觀察到靜態工作點各處電壓，掌握他們之間的關系，懂得如何設置靜態工作點，知道該放大器處于什么狀態；同時為了掌握放大器的放大性能，可以通過調節信號發生器的信號幅度和頻率，在虛擬示波器上觀察輸入信號和輸出信號波形的關系和放大比例，就可以計算出三極管的放大倍數，這樣對β值就有了深入的理解，仿真波形圖如圖2所示。顯然，通過Proteus仿真軟件融入理論教學，可以幫助學生形象直觀地學習電路工作原理，強化學習效果。

圖1 基本放大電路仿真測試原理圖

圖2 仿真波形圖

■2.2 Proteus在實訓教學中的應用

實訓教學是高職自動化類專業培養技術技能型人才的一個重要環節，在整個教學活動中占專業課程總課時時數達55%以上。因此，如何在教學活動中開展好實訓教學顯得尤為重要。而在傳統的實訓教學活動中，學生將根據元件庫已有的器件和儀器開展有限的項目訓練，且周期長，成功率低，當實訓失敗后將推到重來，這樣部分同學整個上午一個實訓也無法完成，嚴重打擊同學們的積極性。而將Proteus引入實訓教學環節中，學生可以在實訓前充分利用仿真軟件中豐富的元器件和先進的虛擬儀器設備，來搭建教師事先在線上教學活動中所布置的實訓項目，開展無數次的虛擬實訓，直到成功為止。當真正開展線下實際實訓時，只要仿真通過的實訓項目，按照仿真時的電路元件參數和電路原理進行搭建，幾乎成功率可達100%，這樣以來可以提高實訓的成功率，對提升學生學習興趣和信心都是有很大的幫助。

延時LED燈是電子技術課程中的一個實訓項目，其仿真原理如圖3所示。而在傳統的實訓過程中，學生一開始就根據電路圖進行元器件的焊接和上電測試，利用萬用表對各關鍵點電壓進行監測，且一個時間只能測量一個點的電壓或電流，不能全面的觀察各關鍵點的電壓或者電流的變化關系。而將Proteus仿真軟件引入項目實訓教學中，可以通過虛擬直流電壓表對LM358集成運算放大器的3腳同相輸入端、2腳反相輸入端、1腳輸出端和LED燈兩端電壓進行測量，利用虛擬電流表對LED燈的工作電流進行監測。當按鈕按下時，LED燈被點亮，此時2腳反相輸入端的電壓為0V，1腳輸出端為7.70V，LED燈的壓降為2.23V，電流為10毫安，與理論分析幾乎完全一致；并且放開按鈕后2反相輸入端的電壓逐漸升高，其電容C1充電快慢與R3C1數值有關，通過以上仿真，同學們對電路的工作過程，關鍵點的電壓變化均有了深入到認識，當實際進行項目實訓時，可以迅速的完成項目訓練，極大的激發學生的學習熱情，充分享受實訓成功帶來的喜悅。

圖3 延時LED燈仿真測試原理圖

■2.3 Proteus在課程設計中應用

課程設計是電子技術課程的一個綜合訓練，是考察學生對所學知識的掌握總體情況，以及電路設計能力和解決實際問題的能力。而在傳統的課程設計活動中，學生根據教師給出的任務要求，分析項目要求的性能指標，進行整體和各子電路原理圖的繪制，利用所學理論知識計算取值，然后根據原理圖繪制電路板、焊接和整機調試，如果有一出設計錯誤，將重新進行設計原理圖設計和電路板制作，效率和成功率都極其低下。而引入Proteus仿真軟件，可以將前期的電路原理圖設計，各子電路和整體電路功能測試進行前移，即可以在軟件中全部完成，對不符合要求的元件參數隨時修改，直到滿意為止，最后再進行電路焊接和調試，只要焊接接線過程沒有問題，所設計的項目就能實現其功能，從而提高了設計效率。

圖4 簡易電子琴仿真測試原理圖

簡易電子琴是電子技術課程的課程設計項目，電路如圖4所示。該項目的實現主要由三個子電路所構成，即琴鍵電路、振蕩電路和功放電路，其中最為關鍵的部分是振蕩電路設計。由于一首音樂是由許多不同的音階組成的，而每個音階對應著不同的頻率，頻率產生則由振蕩器與琴鍵部分接入的電阻來構成，通過不斷調整元件參數，用虛擬示波器來觀察頻率變化，直到設計符合要求為止，這樣就可以快速的完成整體電路的設計仿真工作，極大的提高的設計效率，快速的完成課程設計項目，迅速提升學生解決問題的能力。

3 結束語

實踐表明，將Proteus仿真軟件引入自動化類專業電子技術課程教學的各個教學環節當中，提高了任課教師教學效率，激發了學生的學習熱情，彌補理論教學枯燥乏味，擺脫了實訓教學設備和器件的束縛，能夠充分發揮學生的創新能力，對電子技術課程乃至其他相關課程的教學改革起到了很好的示范作用。