Proteus软件在模拟电子技术课程教学中的应用

韦平安

(拉萨师范高等专科学校，西藏 拉萨 850007)

2017-07-04

韦平安(1981- )，男，广西宾阳人，讲师，硕士，研究方向：数字信号处理。

1674- 4578(2017)05- 0012- 03

Proteus软件在模拟电子技术课程教学中的应用

韦平安

(拉萨师范高等专科学校，西藏 拉萨 850007)

本文通过在模拟电子技术课程教学中引入Proteus虚拟仿真软件，通过理论教学与仿真实验相结合的教学方式，并在教学过程中应用推广，一定程度提高了课程的教学效果。同时针对实践中发现的一些问题，也提出了自己的观点和看法。

模拟电子技术；Proteus；仿真应用；课程教学

众所周知模拟电子技术基础是电子信息类与计算机类专业的重要基础课程之一。学习并掌握好模拟电子技术对于学习相关后续课程有着十分重要的作用和意义。在当今世界，信息技术发展突飞猛进，知识更新升级日新月异。对于讲授模电技术课程的老师来说如何更好地利用新技术新方法进行教学，让学生更好地理解所学知识内容，掌握正确的学习方法显得尤为重要。学习的方式方法多种多样，不同的人群采用的方法也各有不同，但是不可否认，实践证明，理论联系实际是学好模电的一种重要方法，学校教学中的实际主要是指实验，实验一般又包含硬件实验和软件实验，目前流行的软件实验做法就是利用EDA软件对电路进行仿真验证。常见软件有Proteus、ADS、Altium Designer、Multisim等。本文主要是针对Proteus软件的虚拟仿真技术在课程教学中的应用效果展开的。

1 Proteus软件简介

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它可以从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。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件三合一的设计平台。由于Proteus软件的电路虚拟仿真功能非常强大，而且简单实用，既适合教师使用也适合学生自学，适合辅助电子爱好者低成本学习电子技术，所以该软件在国内不少学校中得到推广应用，目前软件最新版本为8.6版本。在查阅一些文献的过程中，发现有部分文献的作者把Proteus写成Protues，经查验，正确写法应是Proteus。

2 培养学生学习电子学的兴趣

模拟电子技术课程前期课程涉及到高等数学、大学物理、电路分析等。模电课程的教学中推导分析过程中往往包含高数中的微积分、物理中的电磁学、电路基本原理等，任何一个环节比较薄弱的话，都会对学生的学习效果大打折扣，久而久之就会陷入一种困境，老师教学无激情，学生学习无动力，更有甚者会产生恐惧厌学心里。所以教师进行理论教学时，通过利用Proteus软件对课程中的相关电路原理及实例进行仿真验证教学，Proteus软件除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图,PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外,其革命性的功能是,它的电路仿真是互动的,电路如有显示及输出,还能看到仿真电路运行后输入输出的效果,配合系统配置的虚拟仪器如示波器,电压电流表、信号发生器等,学生可以直观地观察实验结果。如图1所示，是利用Proteus模拟仿真三极管作为开关作用的电路。左半部分是三极管通过电阻接低电平时，三极管截止，无电流经过发光二极管，发光二极管不亮；右半部分是三极管通过电阻接高电平时，三极管导通，发光二极管亮起。通过仿真仪器的电流数据对比以及发光二极管的亮灭情况，三极管作为开关的作用结果清晰可见。这样一来可以让学生对所学内容的理解更加深刻，也更加直观，与此同时一改传统教学的单调乏味，无形中也慢慢培养了学生学习模拟电子技术的兴趣和爱好。

图1 晶体三极管开关作用模拟仿真

3 培养学生的电路设计及创新能力

目前很多学校都在提倡学生创新创业，其中学生创新能力的培养一直是教育的重点和难点，创新能力同时也是学生综合素质的一个重要组成部分。我们知道模拟电子电路的电路形式虽然是千变万化，但是其基本电路和组成原则是不变的。一种电路的预期效果可以通过搭建不同的电路形式去实现，因此教师在课程教学的同时，积极引导学生在学习过程中，利用所学的知识，只需要在电脑上安装并运行Proteus软件,Proteus将为使用者建立完备的电子设计开发环境，非常方便地利用Proteus软件提供的元器件模型，以及仿真工具，举一反三创造性地去设计不同的仿真电路，通过实验数据及效果的比对，虚拟仿真验证电路的科学性及可行性。直流稳压电源是日常生活中经常使用的电源设备，如图2和图3所示，是分别利用不同的电源稳压器件设计出来的5 V直流稳压电源。图2使用的是7805三端集成稳压器；图3使用的是LM317可调电压输出的集成稳压器，通过调节可变电阻RV1的大小来输出5 V电压。虽然电路的形式和使用的元器件不一样，但是都可以获得所需的5 V直流电压。当然我们还可以通过其他方式获得，同样也可以利用Proteus软件来模拟仿真，限于篇幅关系这里我们只列举了这两种5 V直流稳压电源的仿真电路。有条件的学校还可以通过软件自行制作PCB板，然后购买所需的电子元器件，进行硬件电路的焊接检测及调试。学生在课程学习和应用软件的过程中，不断提高自身科学分析问题，解决实际问题的能力，同时也加强了创新创造能力的培养，不断增强学生的综合素质。

图2 5 V直流稳压电源7805

图3 5 V直流稳压电源LM317

4 智慧学校建设的一个内容

随着物联网、云计算、大数据和泛在网络快速的发展，现阶段，教育发展的大趋势正从数字教育转向智慧教育。而智慧学校作为智慧教育的一个重要组成部分日益受到国家以及地方政府的重视。在智慧学校建设中引入Proteus或者国内有能力公司企业也可以开发出相类似的软件，构建远程虚拟仿真实验室。随着增强现实、体感技术等技术的不断发展，可穿戴设备的流行等，通过技术手段可以使虚拟仿真实验变得更加生动，更加真实。而且远程虚拟实验室不受物理环境因素的影响，学习者只需要通过网络接入，就可以进行实验，不受时间和空间的约束，相对传统实验室来说，虚拟实验室的使用效率更高，损耗更小，维护与维修的成本更低等。因此将其作为开放式虚拟仿真实验建设的一部分，便于教师教学和学生学习使用。通过教育信息化和教育现代化，大力推广虚拟仿真实验室的应用，促进智慧学校的发展建设。

5 教学实践中遇到的问题

相对于传统的硬件实验室，软件虚拟仿真实验室更加灵活，而且与硬件实验室的投入相比，成本更低，在使用方面显得更便捷。虚拟实验室的建设在一些高校中的建设力度也不断加大。但是有的学校过于重视实验室的软件建设而忽视了硬件建设，因为每个学科的实际情况不一样，对于模拟电子技术课程来说，一个实用的电子电路一般都要经过多次调试才能达到预期的指标，熟练掌握电子仪器工具的正确使用方法、测试电路的方法、故障的诊断和排除方法、元器件参数对电路电磁兼容的影响等都是要认真去实践验证的，所以实验室建设不可偏重于任何一方，而是以硬件为基础，软硬并重，相辅相成，共同发展。这样更有利于提高学生电子电路设计的实践操作能力，有利于课程教学取得更好的效果，同时为学生学习后续课程打下坚实的基础提供更好的实践环境。经过教学实践，我们也发现，Proteus在电路仿真方面确实做得非常好，但是在制作PCB方面就不如Altium Designer那么友好，有部分常用元器件的封装需要用户自己去制作，无形中增加了时间成本。

6 总结与思考

图4是未引入Proteus的课程教学，图5是引入Proteus的课程教学，通过实践对比我们发现，传统的教学，以教师为主导的每一个教学因素之间的影响可以看成是一个单向循环。但是引入Proteus之后，通过Proteus每一个教学因素都积极参与其中，而且他们之间是相互影响的。由于我校地处高原地区，经济发展相对滞后，学校的硬件建设不完善，电子技术相关实验室设备严重不足，给课程的实践教学造成了很大的障碍，但是经过近两年的教学实践

应用证明，在模拟电路课程教学实践中引入Proteus计算机虚拟仿真技术，大大降低了学校实验室建设成本,既为教师提供了良好的教学辅助手段，又为学生的实验实训提供了逼真的虚拟实验环境，促进了学生的学习兴趣的培养，也取得了良好的教学效果，为课程的建设、课程改革指明了一个行之有效的方向。同时针对虚拟仿真在应用中的一些弊端，在今后的教学改革中我们将加以重视和改进，不断创新和完善现有的方式方法，使之更好地为教学服务。

图4 传统课程的教学

图5 改革后课程的教学

[1] 华成英，童诗白.模拟电子技术基础.第4版.北京：高等教育出版社，2006.

[2] 360百科.17-06-29.http://baike.so.com/doc/5394972-5632124.html.

[3] 胡中玉，岳强，张茂荣.Proteus软件在模拟电路实验中的应用.电子技术.2015(10):26-28.

[4] 唐斯斯,杨现民,单志广,等.智慧教育与大数据.北京：科学出版社，2015.

ApplicationofProteusSoftwareintheTeachingofAnalogElectronicTechnology

Wei Pingan

(LhasaNormalCollege，LhasaTibet850007,China)

This paper introduces the simulation software of Proteus in analog electronic technology course teaching. Through the combination of theoretical teaching and experimental simulation teaching methods, the application and promotion are made in the process of teaching, which improves the teaching effect of the course. At the same time, according to some problems found in practice, some views and opinions are also put forward.

Analog electronic technology; Proteus; simulation application; teaching

TN710.4;TP391.9

A