Proteus仿真软件在电子实验教学中的应用

朱高峰 张艳蕾

湖南人文科技学院信息学院 湖南娄底 417000

实验教学是高校培养学生能力的一个重要手段，但传统的电子实验教学存在以下问题。(1)普遍存在上课人数过多，但实验仪器陈旧、种类和数量有限。(2)实验指导教师人数比较紧缺，实验开放和课时非常有限。(3)实验过程主要包括教师示范讲解、学生实验操作、观察现象、记录数据等，学生处于被动地位。近年来，随着教育教学改革的不断深化，虚拟实验正逐渐配套使用，以弥补传统实验教学的不足，如Proteus仿真软件已逐渐引入电子专业教学体系中[1]，是对传统电子实践教学的重要补充，能显著提高学生的实践兴趣和开发设计能力。

1 虚拟仿真软件Proteus

Proteus软件是由Labcenter公司开发的EDA工具，作为一个完整的嵌入式的硬、软件系统设计仿真平台，经过了近二十年的使用、发展和完善，功能越来越强大，性能越来越好。软件主要由ARES和ISIS两个程序模块组成[2]，前者是对设计好的电路进行PCB自动或人工布线，后者是绘制电子线路并进行相应仿真，其基本体系如表1所示。

表1 Proteus结构体系

2 实验应用举例

2.1 模拟电子实验—分压式偏置放大电路

此实验的主要目的是设计一个分压式稳定放大电路，理解静态工作点的变化影响及放大倍数含义。适当选择电路结构及元器件参数，利用Proteus软件提供的虚拟仪器，设计电路连接如图1所示。

图1 分压式偏置放大电路图

通过Proteus提供的虚拟示波器(Oscilloscope)可以清楚地看到通道B的输入波形和通道A的输出波形(如图2所示)。放大电路的输入信号峰值为2 mV，输出波形的峰值为300 mV，从而可以计算出这个放大电路的放大倍数是150，同时也可以清楚看到反相的输入输出波形，在仿真过程中只要按下负载电阻RL下面的按钮便可看到输出波形幅值在虚拟示波器上的变化，如把输入信号的峰值增加到一定程度后亦可以看到失真现象。

图2 虚拟示波器输入输出波形

2.2 数字电子实验—数字钟实验

此实验的主要目的是理解数字钟的工作原理，掌握数码管、译码器及一些中小规模器件的逻辑功能和使用方法。适当选择电路结构及元器件参数，利用Proteus软件提供的虚拟仪器，设计电路连接如图3所示。

数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器、LED数码管、校时电路、整点报时电路等组成。时钟源产生稳定的脉冲信号，振荡频率为1 Hz，作为数字钟的时间基准，秒计数器每次累计60秒则发出一个“分脉冲”的信号，“分计数器”也采用60进制，每累计达到60分就发出一个“时脉冲”的信号，“时计数器”采用了24进制。整个电路中主要包括555定时器、计数器、译码器、数码管及一些组合逻辑电路，通过Proteus软件可以方便更换元器件、更改跳线、参数设置及调试等，模块化设计理念容易满足学生的创新性要求。

图3 数字电子实验—数字钟实验仿真界面

2.3 单片机实验—模拟交通灯

此实验的主要目的是理解单片机中断的工作机理、内部定时/计数器的工作方式及中断服务子程序的设计。适当选择电路结构及元器件参数，利用Proteus软件提供的虚拟仪器，设计电路连接及仿真如图4所示。用发光二极管模拟交通信号灯，用按键开关模拟车辆检测信号。正常情况下，东西、南北两车道轮流放行。东西车道放行50 s，其中5 s用于警告，南北车道放行30 s，其中5 s用于警告。

图4 交通灯仿真电路运行效果图

在Proteus中，可以直接与Keil编程软件进行联调，从而方便程序的修改和调试。在Proteus仿真界面中，能非常清楚直观看到系统软硬件运行的结果，并可自行设置断点、改变延时时间等条件，根据输入输出效果来判断程序结构和运行情况。如发光二极管出现不稳定的闪烁，可以重点分析延时时间是否过短、中断服务程序实现了现场保护等，从而可将验证型实验拓展成设计型实验。

3 结语

实践证明，将Proteus软件引入我校电子信息科学与技术专业的电子实验教学中，能丰富多媒体教学内容，有效激发学生实验兴趣，同时节约教学成本，提高实验开发效率。但对实验指导教师也提出了更高的要求，要求教师精通Proteus软件应用，具有广泛的实验项目设计开发经验，灵活运用Proteus软件与学生互动，才能达到更好的实验效果。

参考文献

[1]朱高峰,张艳蕾.项目教学法在单片机课程中的规划与实施[J].湖南人文科技学院学报,2013(2):117-119.

[2]周润景,张丽娜.基于PROTEUS电路及单片机系统设计与仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.