Proteus仿真软件在汽车电工电子技术课程教学中的应用

曹阳明，吴民，张玺

（新疆交通职业技术学院汽车工程学院，新疆 乌鲁木齐 831401）

引言

汽车电工电子课程的学习要求学生能够理解电工电子基本概念，掌握电工电子元器件的工作原理，能正确使用常用电工电子检测仪器仪表，学会设计分析计算汽车电路，能完成基础电气控制电路的安装、与基础电子产品的制作，具备基本电工电子操作技能，但是随着招生规模的扩大和教学实训设备的老化，经常会出现学生不能实际参与到实训教学过程中，而且随着电工电子技术的飞速发展，实训设备也无法满足多样化的前沿需求，因此也有不少学者对此问题进行了相关的研究与分析，胡中玉等学者将Proteus仿真设计应用到辅导课堂教学、实践教学及实际电路设计的三个方面[1]，宋佑川等学者也研究了仿真软件在汽车电工电子课程教学中的应用[2-4]，为学生后续学生单片机及编程知识的学习奠定一定的学习基础，范程华等学者应用Proteus设计仿真解决学生在电路设计好后盲目焊接导致调试成功率低及耗材过多的问题[5]。

1 Proteus简介

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司开发EDA工具软件。利用Proteus软件强大仿真功能不仅可以实现对模拟电路、数字电路的仿真，而且可以满足单片机及外围器件仿真及PCB板的设计[6]。Proteus的元器件库提供的元器件，涉及到电子电路设计的各个方面，也包含了适用于电路测试的各种虚拟仪器，如示波器、信号发生器及逻辑分析仪等。此外，Proteus具备强大的单片机协同仿真功能，利用 Keil软件编写C语言程序，虚拟下载到单片机中，实现单片机控制系统的仿真设计，为后续汽车控制电路的学习提供良好的环境。

2 Proteus在汽车电工电子模拟实验中的应用

进入21世纪后，随着电工技术、微机技术和网络技术的发展，人们对汽车的使用提出了更多个性化的需求，车用电子控制装置也越来越多，汽车电子控制向着网络化、智能化的方向快速发展，汽车上各系统基本实现了电子控制和网络控制，通过Proteus仿真功能设计分析汽车电路，有利于解决由于大规模集成电路的应用造成的学生对汽车电工电子电路原理理解不透彻的问题，接下来就几个典型汽车电路进行模拟仿真分析。

2.1 滤波整流电路的模拟仿真

汽车交流发电机专用的三相桥式整流，通过Proteus设计三相桥式整流电路如图1所示，汽车三相桥式整流电路由三个正极管和三个负极管组成，其中三个正极管VD1、VD2、VD3的正极则分别与三相绕组的首端 U1、V1、W1相连，负极通过整流板流在一起，三个正极管的负极等电位。导通条件是：在某一瞬间，与三相绕组中电位最高的一相相连的正极管导通。同样，三只负极管VD4、VD5、VD6正极连在一起，而负极也分别同三相绕组的首端U1、V1、W1相连。因为正极等电位，因此它们的导通条件是：在某一瞬间，与三相绕组中电位最低的一相相连的负极管导通。汽车发电机三相交流输出波形如图2所示，电路仿真运行整流后波形如图3所示。

图1 三相桥式整流电路

图2 三相交流电波形

图3 三相交流电整流后波形

2.2 单片机外围电路模拟仿真

在学习汽车控制电路原理图时，一般通过逻辑分析电路状态，想象运行效果，在一定程度上增加了学生课程学习的难度，而利用Proteus软件与Keil软件实现对控制系统的模拟仿真设计与编程，使学生在学习中实践，提高了教学质量，也使得学生掌握了相关软件的操作技能，为将来就业奠定了一定的基础。

利用Proteus设计汽车电动车窗控制电路图如下，三个按钮分别用于控制步进电机的正转、反转和停止，三个LED显示灯的亮灭表示步进电机的状态，通过单片机IO口P0输出，由ULN2003A芯片驱动步进电机的转动。

图4

通过Keil软件编写主函数、正反转函数及延时函数，在主函数中通过检测正转、反转、停止按钮连接的单片机 P3口高低电位，从而控制显示步进电机状态 LED灯的亮灭及P0控制口的输出。主函数如下：

3 结束语

随着电工电子技术的飞速发展，电工电子实训教学设备很难紧跟上电子技术发展的步伐，在一定程度上制约了学生参与电路设计，使得教学也只能停留在听讲和想象，利用Proteus软件仿真功能在极大地调动学生学习积极性的同时，也有利于提高学生动手和分析电路的能力，既保证了学习效果的同时也节约了电工电子课程教学成本，而且可以避免学生在不进行电工电子路仿真的情况下进行电路的连接与焊接对学生造成的人身伤害与浪费。

[1] 胡中玉,岳强,任杰,蒲翠萍.基于Proteus仿真的电工电子课程教学创新[J].实验技术与管理,2016,33(04):128-130.

[2] 宋佑川,魏静.仿真软件在汽车电工电子课程教学中的应用[J].国网技术学院学报,2017,20(06):66-70.

[3] 侯丽春,张军.基于 Proteus的汽车电工电子技术课程教学实践[J].太原城市职业技术学院学报,2014(08):164-165.

[4] 王艳,树龙珍.Proteus仿真软件在电工电子实验教学中的应用[J].泰州职业技术学院学报,2017,17(04):31-33.

[5] 范程华,蒋先伟,鲁世斌,陈明生.Proteus在电工电子实训中的应用[J].电子设计工程,2011,19(07):17-18+22.

[6] 陈知红,王锦兰.Proteus仿真软件在电工学中的应用[J].实验技术与管理,2014,31(02):93-95+128.