淺議Proteus仿真在電子技術課程教學中的應用

葉軍林 陳孟祥

摘要：電子技術是機電類專業(yè)的基礎課程，具有很強的工程性和實踐性。為了適應高職教育改革的要求，提高課堂教學效果，結合著學校的實際情況，引入Proteus 電路仿真軟件輔助教學，將抽象的理論較為形象地顯示出來，便于學生理解，一定程度上激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生的實踐動手能力。

關鍵詞：電子技術;線上教學;Proteus 電路仿真;失真;動態(tài)測試

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）19-0167-02

1引言

《電子技術》課程是理工科院校的一門理論性、實用性很強的專業(yè)基礎課，又是工科學生最先接觸的技術基礎課之一，擔負著從基礎課到專業(yè)課的過渡，它在工科機電類的整個教學過程中起著十分重要的作用。理論知識對于職業(yè)院校的初學者望而生畏;實驗課程教學在時間空間上與理論教學脫節(jié)，體驗式驗證性實驗多，沉浸式綜合性的實驗少，使得理論知識的理解并沒有很好通過實驗課程而得到加深，學生的自主學習自主創(chuàng)新實踐受到限制，動手能力難以得到進一步加強[1]。

廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院電氣自動化技術、物聯(lián)網(wǎng)應用技術等專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中明確提出：建立與理論教學相配套的實踐教學體系，加強理論教學與實踐教學的融合;實踐課時要百分百覆蓋，培養(yǎng)學生具備用專業(yè)知識解決實際問題的能力。因此，加強學生的專業(yè)知識應用和實踐能力成為一個重要問題，應盡可能在現(xiàn)有環(huán)境條件下讓所有學生得到充分有效實踐。受新冠肺炎疫情的影響，2020學年春季學期，為了正常開展各項教學工作，《電子技術》課程授課轉移到了線上進行，也即通過騰訊課堂直播代替線下教學。線上教學最大的優(yōu)勢就是打破了空間和時間的限制，讓身處任何地方的教師和學生都可在虛擬空間里完成教和學。為了保障線上教學環(huán)境下該課程的教學效果，我們將Proteus虛擬仿真與線上教學相結合，充分利用虛擬仿真平臺的優(yōu)勢，通過Proteus虛擬仿真軟件來模擬真實的實驗環(huán)境，學生通過該平臺可進行各種實驗驗證和綜合設計開發(fā)，既有效保障學生實踐能力的鍛煉和提升，也順利完成了教學任務。

2 Proteus虛擬仿真平臺

Proteus是由英國Lab? Center? Electronics公司開發(fā)的一款EDA 工具軟件，它可實現(xiàn)從原理圖布置、代碼調試到單片機與外圍電路的協(xié)同仿真。該平臺真正做到了將電路仿真、Pcb設計和虛擬模型仿真三者融合于一體。Proteus支持8051、Avr、Arm、8086、Msp430以及Cortex和DSP系列等處理器模型，支持字符Lcd模塊、圖形Lcd模塊、LED點陣、七段數(shù)碼管、鍵盤/按鍵、直流/步進/伺服電機、RS232虛擬終端等通用外設模型，以及使仿真電路通過PC機串口和外部電路實現(xiàn)雙向異步串行通信，并支持Iar、Keil等多種編譯器。在仿真元器件資源方面，包括仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，仿真儀表資源眾多，包括示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器、信號發(fā)生器等。同時還提供了模擬和數(shù)字測試信號，極其方便電路的測試[2]。

電子技術課程的實踐性較強，軟件和硬件結合、理論和實踐結合是必然的選擇[3]。Proteus虛擬仿真平臺可開展電子技術課程的教學實驗;同時，在此基礎上可以為后續(xù)的專業(yè)課程如單片機原理及應用等課程的教學實驗做好了鋪墊。

該仿真平臺對計算機硬件的要求不高，Windows7系統(tǒng)可以安裝漢化的Proteus7.5及以上版本，Windows8以上系統(tǒng)的計算機建議安裝Proteus8.0及以上版本。該軟件極大地方便了學生在PC機上搭建Proteus虛擬仿真環(huán)境，可隨時隨地根據(jù)自己的構想來設計和搭建仿真電路，并快速得到仿真驗證結果，極大地提高了設計制作系統(tǒng)實物的效率和成功率。也為學生參加電子技能比賽奠定了基礎。

3 Proteus 軟件在電子技術教學中的應用舉例

將 Proteus 軟件應用于電子技術課程的理論教學及實踐教學中，因其操作簡單易學，仿真界面簡潔直觀，易被學生接受，對于學生理解知識的重難點有很大的幫助。

首先，在實驗教學中引入該軟件，學生調取相關元器件搭建實驗電路，調整元器件的參數(shù)，元器件的接線，展示仿真結果。對于設計性的實驗，通過不斷地修改軟件仿真、調試，便于獲取完善的電路設計。相對于直接制作電路板實物，不僅節(jié)約資源，還可以節(jié)省時間，提高學生的分析能力和設計能力[4]。其次，方便學生們在課余，沒有設備操作的情況下，將自己的想法利用仿真軟件去實現(xiàn)，在一定程度上激發(fā)了學習興趣。最后，在理論教學中，適當引入該軟件，可以使學生在聽課的過程中更容易理解知識重點，突破知識難點。

模擬電路部分，三極管放大電路的工作原理以及放大電路參數(shù)的工程估算是教學大綱中的重點和難點。在學習這部分理論知識時，學生感覺生澀，很難理解，特別是對電路做靜態(tài)分析和動態(tài)分析，求解相應物理量的時候無從下手。課堂上，引入共射極放大電路的靜態(tài)測試仿真和動態(tài)測試仿真，使得抽象的理論形象起來，有據(jù)可依。圖1、圖2是共射極放大電路的動態(tài)測試仿真電路及測試結果。

系統(tǒng)理論學習后，我們對照圖1的電路參數(shù)，采用微變等效電路法，分別求取動態(tài)分析的三個重要物理量：輸入電阻Ri、輸出電阻Ro、不接負載時的電壓放大倍數(shù)Au。

緊接著用proteus搭建如圖1所示的分壓偏置式共射極放大電路的仿真模型。從圖2示波器的仿真結果可以看出： 上面的正弦波（輸入信號）和下面的正弦波（輸出信號）相位相差180°，直觀展示了理論知識中的難點-共射極放大電路屬于反相放大;讀取輸入信號峰值Uip-p和輸出信號的峰值Uop-p，得到信號的放大倍數(shù)近似為160倍，和理論計算值做比較，驗證了理論計算值;調整可調電阻RV1，改變靜態(tài)工作點，直到示波器的輸出波形出現(xiàn)上削波（截止失真）和下削波（飽和失真），仿真中直觀感受到放大電路會出現(xiàn)波形失真，必須要設置合適的靜態(tài)工作點，鞏固了知識的重難點。

4 結束語

將Proteus虛擬仿真軟件應用于課程教學，打破了傳統(tǒng)實驗教學的時間和空間限制，讓學生隨時學、隨地學;減少了傳統(tǒng)實驗教學對學生動手設計和系統(tǒng)構建應用能力的限制，學生可根據(jù)設想進行任意構建和設計，充分發(fā)揮想象力和綜合設計能力[5];自建校以來，電子技術實訓室沒有更換設備，實驗模塊老化嚴重，導致部分實驗無法完成，利用仿真創(chuàng)造了實驗環(huán)境。

疫情初期的《電子技術》線上教學，讓我們嘗試到Proteus虛擬仿真軟件為實踐環(huán)節(jié)帶來的便利。既提升學生課程的參與度以及課程教學目標的達成度，也順利完成了人才培養(yǎng)方案中教學實踐的覆蓋率。2021年的春季《電子技術》授課中，借鑒線上授課的經(jīng)驗，實踐部分包含了Proteus仿真與實驗臺實際電路的搭建與測試，這種混合式的實踐教學提高了學習效率，提升了學生對知識潛移默化的應用能力[6]。

參考文獻：

[1] 楊晶晶，劉延飛，慕曉剛，等.“數(shù)字電子技術”課程SPOC實踐探析[J].電氣電子教學學報，2020，42（2）：56-59，63.

[2] 王斌.Proteus虛擬仿真平臺在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)核心課程教學中的應用[J].紡織服裝教育，2021，36（4）：366-369.

[3] 戴明，孟召議，張淑驊.Multism在數(shù)字電子技術實踐教學中的應用[J].柳州職業(yè)技術學院學報，2019，19（5）：80-85.

[4] 鄭三婷.淺談Multisim仿真軟件在模擬電子技術課程教學中的應用[J].電氣與自動化，2020（12）：121-122

[5] 劉晨.電子技術實驗教學的改革與實踐[J].科技風，2020（5）：50.

[6] 李瀅潞.基于雨課堂和項目驅動的數(shù)字電子技術混合式教學模式的探究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2020（6）：79-82.

收稿日期：2021-09-11

基金項目：廣東省高職院校工業(yè)節(jié)能技術高水平專業(yè)群（GSPZYQ2020008）;廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院2019年校級質量工程物聯(lián)網(wǎng)應用技術重點專業(yè)建設項目（J410320022202）

作者簡介：葉軍林（1980—）男，河南省信陽市人，講師，高級技師，碩士研究生，主要研究方向為環(huán)保裝備制造技術;陳孟祥 （1982—），男，湖南邵陽市人，高級工程師，碩士研究生，主要研究方向為物聯(lián)網(wǎng)應用技術。