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1、Proteus应用在电子类专业教学中的方法研究一、引言 随着计算机技术的发展，相应的应用在各专业领域的工具软件也得到了快速的发展，为辅助电子技术专业人员开展系统设计、仿真和制作的专业软件也是层出不穷，各领风骚。在高校中不同的专业课程、不同的专业教师会实验教学中给学生介绍不同的专业软件，比如Multisim、PSpice，Protel等等。给我们的学生增加了很多学习上的负担，而且往往是到头来什么都学一点，却什么都没真正掌握。作者本人一直从事电子类专业基础课的实践教学，也曾在教学中应用过多款电路设计、仿真和编程调试的专业软件，但自从认识了Proteus，就在第一门电路原理实验课开始介绍Proteu
2、s的应用，然后到模拟电子技术、数字电子技术、电子工艺课、单片机技术，一直到嵌入式系统设计，都教学生应用Proteus进行电路的设计、仿真、程序调试以及PCB的制作。在教学实践中积累了一点经验，愿意分享给广大从事电子专业教学的同行。 二、关于Proteus Proteus软件是英国Labcenter electronics公司开发的EDA工具软件，它不仅具有其它EDA工具软件的电路设计、仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。从电路原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，并一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。它是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软
3、件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、PIC、MSP430、AVR、ARM等，2010年还增加Cortex和DSP系列处理器，在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。在电路仿真和电子系统设计中已得到了广泛的应用。 三、从基础入门到综合运用 Proteus最广泛的应用是对各类微处理器的功能仿真和外围器件的调试，但作为入门学习，我们还是从电子类专业第一门基础课电路原理的实验开始，先介绍用Proteus画电路原理图和进行电信测量的基本方法。电路实验旨在帮助学生掌握电路结构的分析和定律的验证，由于Proteus具有丰富的电参数测量的虚拟仪器，而且在它的元件库中还有很多具有
4、动画效果的仿真元件，通过软件就可以非常直观的演示电路中电流、电压的变化规律。如图1，搭建的一个RC一阶电路的仿真电路，通过软件的动画演示效果，可以动态的观测到电容器在充放电过程中电容器极板上电荷数的变化以及电路中电压和电路的变化规律。 图1 RC一阶电路动态仿真原理图 在数字电路实验中，关键要让学生掌握各种集成电路的逻辑功能，以及电路中高、低电平的变化规律。应用Proteus的动画演示功能，可以通过红色（高电平）和蓝色（低电平）小方块显示每个器件引脚上电平的实时变化规律，这样就能很好的帮助学生理解和掌握电路的功能。如图2，应用74HC390计数器设计了一个具有暂停功能的60秒计时电路。 图2
5、74HC390设计的60秒计时电路原理图 在模拟电路实验中，学生必须学会用示波器观测和分析各种放大电路的特性，理解电路的工作原理。借助Proteus强大的模拟仿真功能，在教学中可以很方便的给学生一边演示、一边讲解各种电路的特性和工作原理。如图3，由741运放搭建的基本放大电路，通过虚拟示波器测试信号放大规律和频率响应特性。 图3 741运放搭建的基本放大电路测试原理图 经过前面三门基础课的教学，学生对Proteus软件的使用应该具备一定的能力，到单片机课程中，教会学生应用Proteus进行C语言（或汇编语言）程序调试的方法之后，既发挥了Proteus软件在单片机方面应用的特色，又能很好的开展综
6、合性的实验项目。运用软件丰富的元件库，学生还可以做很多设计性的实验，对提高学生的学习兴趣，具有非常实用的意义。如图4，用AT89C51和1602液晶设计的电子万年历项目。 图4 AT89C51设计的电子万年历实验项目原理图 四、实验教学的新思路 实验教学作为理论教学的辅助环节，重在通过实验让学生更好的理解、巩固和掌握相关的理论知识。特别是在当今各级教育主管部门越来越重视学生的实践能力、创新能力培养的形势下，如何改进实验教学的方法，提高实验教学的效果，已经是摆在高校专业教师面前的一项重要课题。纵观现有的教学模式，绝大部分高校理论教学和实验教学是相分离的，不是说教学内容上分离，而是在授课时间和任课
7、教师配置上是分离的。理论课往往是由教授、副教授或高水平讲师以大班化的方式来传授知识，而实验课大多数是由实验室的教辅人员来承担。这就造成了学生在学习理论知识时只能是被动的听，提不起学习的兴趣，到了实验课，课堂上讲过的理论知识玩得差不多的时候，又不理解实验为什么要这样做了。因此这种教学模式是完全偏离学生认知规律的。 在现代教学设施非常先进的条件下，应该将理论教学和实验教学完全整合在一起，让学生在“学中做，做中学”。理论教学内容要例举实际应用，实验教学内容要突破依赖于专门的实验设备。充分应用计算机辅助设计软件，让学生在课内、课外进行电路的设计、仿真和验证，在计算机软件仿真成功的基础上，然后进行PCB的设计与制作。通过这种综合性的训练，激发学生的学习兴趣，既使学生真正掌握理论知识，又提高分析问题的能力和实践动手能力。 五、总结 Proteus软件是一款将电路仿真、PCB设计和虚拟模型仿真三合一的综合开发平台，软件所特有的动画演示功能对学生学习电子类专业知识有很强的辅助作用。专业教师在组织教学中，可以充分利用它从最基础的电路原理开始，一直延用到嵌入式系统设计的教学中，同时还可以开展边学边做、边做边学的教学方法研究。