浅谈proteus在电子技术教学中的应用与实践

贵州省电子信息高级技工学校 何小伟

实践中可以看到，Proteus软件有很多种数字、模拟器件模型，同时还提供了一系列的元器件，比如虚拟示波器、信号发生器、电压表、逻辑分析仪、计数器以及电流表和虚拟终端等工具。在Proteus软件技术应用环境下，如同形成了一个元器件、实验仪器等，都非常完备的综合性电子技术实验室。

1.proteus软件及功能概述

Proteus软件，最早是由英国一家公司（Labcenter electronics）研发出来的，是一种多功能非常全面的EDA软件，具有包括ISIS原理图布图、SPICE混合模型仿真以及ARES PCB方面的设计功能。从效果上来看，该软件可有效实现数字电路、微控制器以及模拟电路和外置混合电路软件的仿真、PCB设计以及综合系统的协调仿真等。Proteus软件提供的模拟、数字元器件以及相关的外部设备，电压表、示波器以及电流表等虚拟元件，对单片机、外围电路综合系统等，具有非常强大的交互、仿真功能；除具有和EDA工具基本相同的原理布图、人工布线以及PCB自动和电路仿真功能外，还具有电路仿真过程中的互动性特点。针对当前微处理器的实际应用情况，还可直接在原理图虚拟原型基础上进行编程操作，对软件源码级进行有效的调试。Proteus软件技术，实际上就是一款集单片机、SPIC研究于一体的仿真软件技术，其功能非常的强大。在安装完仿真软件后，还有两个主要程序，即ARES与ISIS。

其中，前者主要是提供PCB自动、人工布线以及电路仿真功能，而后者则采用原理布图法对电路进行仿真操作。需要说明的是，Proteus仿真软件技术，对于电子技术教学非常适合，可提高非常丰富的教学资源。

2.Proteus软件在电子技术理论教学中的作用分析

实践中，将Proteus软件技术，有效地应用在模拟电子技术理论教学过程中，相当于是将实验室完整地搬到了电子技术课程教学课堂上。在此条件下，教师可在课堂上，通过该软件技术的应用，将模拟电子技术一节中的基本器件，形象地展示给学生，并将基本电路分析、结果以及电路图的设计过程，清晰地演示给学生们。这样一来，就可以从根本上改变传统的教学模式，不用仅靠语言的形式来描述本节教学内容，同时也避免了需复杂演算方可得出结论的传统教学状态，对于增强教学内容的直观性、提高教学内容的生动形象性，具有非常重要的作用。在电子技术课程教学过程中，采用Proteus软件技术，可省掉传统枯燥无味的理论推导，不仅可以节约时间，而且能够加深学生对理论内容的印象和理解，对于电子技术教学，起到了实质性的影响。在电子技术理论教学实践中，通过Proteus软件技术的应用，对解决教学难问题具有非常重要的作用。对于电子技术课程而言，非常的抽象和枯燥，比如放大电路静态工作点设置、动态参数估算等，都是该门课程教学中的重点和难点。在传统的教学模式下，主要是通过让学生只了解二极管、场效应管以及双极结型三极管等器件名字、基本原理的方式，进行教育教学。Proteus软件技术的应用和实践，可让学生有准确、全面地掌握这些元器件的功能和作用。比如，放大电路教学过程中，静态工作点非常的重要，通过Proteus软件技术的应用，不仅可以防范放大电路失真问题，而且对于有效应对电路动态性能影响具有非常重要的作用。在放大电路设计、调试过程中，为确保其性能的有效发挥，应当先设置稳定、合理的静态工作点，如图1所示。

图1

静态工作点的设置，实际上就是利用外围电路，确保双极结型三极管（Q1）处于一种放大工作的状态。如上图所示，电源电压为10伏，Q1静态工作时的电流为l毫安，此时只需对电值R进行确定即可。而要想确定R值，应当先知道Ql。实践中，相同型号的不同双极结型三极管，其阻值不一定相同，并且该器件数据手册上只是给出了一个大体的范围而已。比如，双极结型三极管值大约为3至300。在这样的情况下，如何确定双极结型三极管阻值显得非常的重要。在传统教学模式下，多数学生虽然学完了关于模拟电子技术的相关知识，都实际操作过程中却无计可施。Proteus软件技术的应用，有效地改变了这一教学尴尬现象，教师可在Proteus仿真环境中对现场进行有效的演示，从而加深学生的印象，理解的更为深刻。在此过程中，学生通过教师在仿真环境下的逐步操作、演示，可深刻理解放大电路静态工作点布设的重要性，并且可以熟练掌握如何设置放大电路静态工作点。电子技术课程教学过程中，尤其是理论教学实践中，模拟电路及其各关键点上的电压、支路电流、输入信号以及输出信号波形等，都可以准确地显示在屏幕上，从而给学生以直观感受。该软件技术的应用，不仅可以使原本比较抽象的理论只是变得清晰、简单，而且还可以使平面电路立体化、课堂教学生动化，对于激发学生的学习兴趣和热情，提高教学质量和效率，具有非常重要的作用。

3.Proteus软件技术在电子技术教学中的应用与实践

电子技术课程教学过程中，通过采用的是虚拟实验方法，借助现代多媒体网络技术，通过网路教室来实现教师机与学生机之间的同步演示操作，从而实现教学目标。电子技术教学中还会用到，虚拟仪器技术，即利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件（比如Proteus软件）来完成各种测试、测量和自动化的应用。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高效率。学生根据电路原理图，利用Proteus软件技术在元件库中找到所需的虚拟元件，可搭建相应的电路和仿真实验；同时，也可利用Proteus软件技术所提供的元器件故障设置功能，在元器件上设置故障，在电路仿真操作完成后，可清晰地再现元器件故障发生时的状况，并从仪器上获取所需的相关参数。在仿真时还要改变库的测试环境值，才能测出更准确的值，调整好拓扑结构后，千万别忘了填写拓扑结构的限制表，限制表里头才是最终起作用的限制条件，接下来只要将填好限制后的拓扑结构加在同类网线上，然后转到中进行自动布线PCB，会尽量根据限制自动布线。该软件具有很强的实用性，对于硬件设计人员来说，是一种不可多得的PCB设计工具，对高速来说尤为如此当然对于这样一个高智能仿真软件使用起来也并不那么容易。以电子技术教学实践中的一个典型电路，即直流稳压电源为例，对Proteus软件技术在此中的应用实践进行分析。

图2 LM317、M337可调双电源直流稳压电源

图2是LM317、M337可调双电源直流稳压电源，在教学过程中学生很容易从元器件库中找到相应的元器件，然后放置在适当位置，用导线根据电路原理图将其相互连接在一起，对元器件参数进行适当的调整，并采用交互式仿真技术，直观地看到电路具体工作情况。导线箭头表示电流方向，而导线颜色则表示电位高低.D5、D6位置的两个绿色LED，指示整流后的电路工作状态；我们可实时读出输出端的电压数值。对RVl、RV2电阻大小进行适当的调节，清晰地看到、读出输出电压实际变化情况。图中的图表是基于图表的仿真(ASF)——甩来精确分析电路的稳压性能。输出0UT l为上面一条曲线，电压从零伏开始，逐渐上升至15伏左右，用时大约I.8秒，之后OUT l输出电压稳定在15伏左右。下面曲线为输出电压变化规律，即电压自零伏开始，逐渐下降至-10伏，用时大约为80ms，之后又稳定在-10伏左右。从这一教学实践来看，在Proteus软件技术应用模式下，调用电路元件时，可选用一些具有动画演示功能的器件、仿真模型器件等；在电路有效完成后，运行仿真操作，即可实现现代化教学辅助功能（声、光、电）效果，使试验过程更加的逼真，更加的接近实际情况。Proteus在现代电子电路与技术教学中的应用，既仅电路图演示非常的清晰，又激发了学生的兴趣和学习热情。

4.结语

总而言之，Proteus软件技术的应用，使仿真结果的显示形式，对于学生全面认知电路功能和原理非常有利，是现代电子技术教学良好的辅助手段。恰当地应用，不仅可以帮助学生掌握模拟电子技术教学的基础船识、基本理论以及基本分析和有效设计方法，并且为学生后续课程的学习，提供了坚实的理论基础和实践技能。较之于传统的教学和实验方法，该技术的应用，实际上是一种可突出以学生为主的教学模式，对于培养学生的学习兴趣和热情，显得非常重要。

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