Proteus在中职电类专业教学中的应用

2017-09-22魏克慧

福建轻纺 2017年4期

关键词：电类定律单片机

魏克慧

（集美工业学校，福建厦门 361022）

Proteus在中职电类专业教学中的应用

魏克慧

（集美工业学校，福建厦门 361022）

Proteus软件具有强大的仿真功能，可以仿真、分析各种模拟电路与集成电路，特别是对单片机及其外围电路组成的综合系统的交互仿真，可以动态直观地显示电路的运行情况。将Proteus仿真软件引入中等职业学校电类专业教学，如电工技术基础与技能、电子技术基础与技能以及单片机等课程，将抽象的内容形象化、直观化，使得枯燥无味的理论知识变得生动有趣，激发了学生的学习兴趣，改善了教学效果。学校建立Proteus仿真实验室，可以降低实验成本，提高教学效率；学生运用Proteus软件进行课余学习，打破了时空限制，有助于加深对理论知识的理解。

Proteus；仿真；中职；电类专业；教学

中等职业学校电类专业有电子技术应用、物联网、制冷与空调以及电气安装与维修等。它的主干课程包括电工技术基础与技能、电子技术基础与技能以及单片机原理与应用等等。在教学过程中，应用Proteus软件强大的仿真功能，直观、形象地展示电路的运行情况，便于学生的理解，有助于提高教学效果。

1 Proteus软件简介

Proteus软件是一种电子设计自动化(EDA)系统，诞生于上个世纪90年代，由英国Labcenter electonics公司研发。它的构成主要有ISIS电路设计与仿真平台、PEOS PICE模数混合仿真器、VSM单片机/嵌入式系统协同仿真和ARES PCB设计。软件提供了大量模拟与数字元器件及外部设备，各种虚拟仪器，它可以仿真、分析各种模拟电路与集成电路，特别是对单片机及其外围电路组成的综合系统的交互仿真。在编译调试方面，支持Keil 软件和MPLAB等第三方开发工具。

2 Proteus软件在中职电类专业教学中的应用

2.1 Proteus软件在电工技术基础与技能教学中的应用

电工技术基础与技能是中职电类专业学生入学以来学习的第一门专业基础课程，是学习后续其他专业课程的基础，非常重要。不过它理论性很强，而这恰恰是中职生普遍不感兴趣的。教学中，应用Proteus软件进行辅助教学，化抽象为具体，可以提高学生的学习兴趣。

基尔霍夫定律是分析电路的最基本的定律，它包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。接下来以它的讲解为例。传统的教学中，先介绍定律的具体内容，如基尔霍夫电流定律（又称为节点电流定律）指出电路中任意一个节点上，在任一时刻流入节点的电流之和，等于流出节点的电流之和。基尔霍夫电压定律（又称为回路电压定律）说明在一个闭合回路中，从一点出发绕回路一周回到该点时，各段电压（电压降）的代数和等于零。介绍完定律内容后，开始举例，根据定律列等式。

引入Proteus软件后，学生可以先在Proteus的原理图编辑窗口中绘制电路，如图1-1所示，其中3个电流表分别用于测量各支路电流。启动仿真后，3个电流表分别显示各支路电流大小。学生可以很直观地观察到对于节点A有流入的电流之和为12A，流出的电流之和为3+9=12A，即对于节点A有流入的电流之和等于流出的电流之和，加深了对基尔霍夫电流定律的理解。

同样地，学生可以选取电压表测量各段电压，验证基尔霍夫电压定律，如图1-2所示。

在教学中，学生还可以任意更改电路的结构或者元器件的参数，并通过仿真来验证基尔霍夫定律，加深理解。

图1-1 基尔霍夫电流定律实例仿真电路

2.2 Proteus软件在电子技术基础与技能教学中的应用

电子技术基础与技能也是中职电类专业一门重要的专业基础课程，它的理论性和实践性都很强，涉及的基本概念较多，学生不易理解。它包括模拟电子技术和数字电子技术两部分。

2.2.1 Proteus软件在模拟电子技术中的应用

模拟电子技术内容包括半导体器件的识别与检测、基本放大电路的认识、常用放大器及其应用等内容。以放大电路中静态工作点对放大波形的影响为例，学生在Proteus的原理图编辑窗口中绘制电路并启动仿真，其中输入信号设置为频率1kHz、峰峰值30mV的正弦波，如图2-1所示。调节RP可以改变基极偏置电阻的大小，进而改变IBQ，静态工作点随之发生改变。通过虚拟示波器，可以观察到当基极偏置电阻偏小时，静态工作点偏高，输出电压波形的负半周被切割，即产生了饱和失真，如图2-2所示，反之则产生了截止失真，如图2-3所示。通过该仿真电路，学生很容易就理解了静态工作点设置的重要性。

图1-2 基尔霍夫电压定律实例仿真电路

图2-1 放大电路输出波形的仿真电路

图2-2 饱和失真波形的观测

图2-3 截止失真波形的观测

2.2.2 Proteus软件在数字电子技术中的应用

数字电子技术内容包括数字信号与逻辑电路的认识、组合逻辑电路的认识及应用、触发器及其应用电路的制作以及寄存器和计数器的应用等。以组合逻辑电路中十进制编码、译码显示电路为例，学生在Proteus的原理图编辑窗口中绘制电路并启动仿真，如图2-4所示。其中红色代表高电平，蓝色代表低电平。设置按钮开关S1-S9的不同状态，可以分别观察到编码器74LS147、非门集成电路74LS04、译码器74LS247以及数码管对应的输出状态。编码器74LS147是一种常用的8421BCD码集成优先编码器，对于“优先” 含义的理解，学生可以通过设置按钮开关S1-S9的不同状态，直接观察数码管显示的数字即可。例如图2-4中按下开关S9，无论S1-S8如何设置，数码管显示“9”，说明74LS147与开关S9相连的引脚优先级别高于与其他开关相连的引脚。同理断开开关S9，按下S8，无论S1-S7如何设置，数码管显示“8”，以此类推，不难得到74LS147各输入的优先级别。通过该仿真电路，学生能够了解编码、译码及显示的过程，以及功能电路之间的连接。

2.3 Proteus软件在单片机课程中的应用

单片机课程实践性很强，涵盖的内容丰富，要求学生有较好的抽象思维和逻辑思维能力，这恰恰是中职学生比较欠缺的，学生普遍感到难以理解。

在教学中利用Proteus软件绘制仿真电路，结合keil软件编写的程序以及联合调试进行实例演示，将抽象的内容动态直观地展示出来，便于学生的理解，极大地激发了学生的学习热情，进而主动地进行学习。学生在学习过程中，既了解了电路结构，又提高了编程能力，增强了学习的信心。以“按键控制小灯的设计”为例，该项目需要实现的功能是：当按下按键时，小灯亮，否则小灯灭。通过该项目的学习，学生学会单片机端口包含按键的电路连接，学会if选择语句的使用方法，进一步学习了Keil软件仿真及调试模式下I/O口与变量状态的观察，了解了键盘检测原理及其应用。仿真电路如图3所示。

3 结束语

Proteus 仿真软件提供了大量的虚拟仪器和电子元件。对学校而言，建立Proteus仿真实验室，可以根据需要选用多种虚拟仪器和元器件，更改元器件的参数，以及避免实际操作中因操作不当造成仪器仪表损毁等危险，有利于降低实验成本，效率更高、互动性更好。对学生而言，Proteus仿真软件打破了学习的时空限制。学生可以在安装好Proteus软件的电脑上，利用课余时间，进行各种电路的分析和调试，加深对理论知识的理解，提升自身的创新能力和工程实践能力。将Proteus仿真软件引入中职电类专业教学，将抽象的内容形象化、直观化，使得枯燥无味的理论知识变得生动有趣，激发了学生的学习兴趣，改善了教学效果。