浅议Proteus仿真在电子技术课程教学中的应用

叶军林 陈孟祥

摘要：电子技术是机电类专业的基础课程，具有很强的工程性和实践性。为了适应高职教育改革的要求，提高课堂教学效果，结合着学校的实际情況，引入Proteus 电路仿真软件辅助教学，将抽象的理论较为形象地显示出来，便于学生理解，一定程度上激发了学生的学习兴趣，提高了学生的实践动手能力。

关键词：电子技术;线上教学;Proteus 电路仿真;失真;动态测试

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）19-0167-02

1引言

《电子技术》课程是理工科院校的一门理论性、实用性很强的专业基础课，又是工科学生最先接触的技术基础课之一，担负着从基础课到专业课的过渡，它在工科机电类的整个教学过程中起着十分重要的作用。理论知识对于职业院校的初学者望而生畏;实验课程教学在时间空间上与理论教学脱节，体验式验证性实验多，沉浸式综合性的实验少，使得理论知识的理解并没有很好通过实验课程而得到加深，学生的自主学习自主创新实践受到限制，动手能力难以得到进一步加强[1]。

广东环境保护工程职业学院电气自动化技术、物联网应用技术等专业的人才培养方案中明确提出：建立与理论教学相配套的实践教学体系，加强理论教学与实践教学的融合;实践课时要百分百覆盖，培养学生具备用专业知识解决实际问题的能力。因此，加强学生的专业知识应用和实践能力成为一个重要问题，应尽可能在现有环境条件下让所有学生得到充分有效实践。受新冠肺炎疫情的影响，2020学年春季学期，为了正常开展各项教学工作，《电子技术》课程授课转移到了线上进行，也即通过腾讯课堂直播代替线下教学。线上教学最大的优势就是打破了空间和时间的限制，让身处任何地方的教师和学生都可在虚拟空间里完成教和学。为了保障线上教学环境下该课程的教学效果，我们将Proteus虚拟仿真与线上教学相结合，充分利用虚拟仿真平台的优势，通过Proteus虚拟仿真软件来模拟真实的实验环境，学生通过该平台可进行各种实验验证和综合设计开发，既有效保障学生实践能力的锻炼和提升，也顺利完成了教学任务。

2 Proteus虚拟仿真平台

Proteus是由英国Lab  Center  Electronics公司开发的一款EDA 工具软件，它可实现从原理图布置、代码调试到单片机与外围电路的协同仿真。该平台真正做到了将电路仿真、Pcb设计和虚拟模型仿真三者融合于一体。Proteus支持8051、Avr、Arm、8086、Msp430以及Cortex和DSP系列等处理器模型，支持字符Lcd模块、图形Lcd模块、LED点阵、七段数码管、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端等通用外设模型，以及使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信，并支持Iar、Keil等多种编译器。在仿真元器件资源方面，包括仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，仿真仪表资源众多，包括示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器等。同时还提供了模拟和数字测试信号，极其方便电路的测试[2]。

电子技术课程的实践性较强，软件和硬件结合、理论和实践结合是必然的选择[3]。Proteus虚拟仿真平台可开展电子技术课程的教学实验;同时，在此基础上可以为后续的专业课程如单片机原理及应用等课程的教学实验做好了铺垫。

该仿真平台对计算机硬件的要求不高，Windows7系统可以安装汉化的Proteus7.5及以上版本，Windows8以上系统的计算机建议安装Proteus8.0及以上版本。该软件极大地方便了学生在PC机上搭建Proteus虚拟仿真环境，可随时随地根据自己的构想来设计和搭建仿真电路，并快速得到仿真验证结果，极大地提高了设计制作系统实物的效率和成功率。也为学生参加电子技能比赛奠定了基础。

3 Proteus 软件在电子技术教学中的应用举例

将 Proteus 软件应用于电子技术课程的理论教学及实践教学中，因其操作简单易学，仿真界面简洁直观，易被学生接受，对于学生理解知识的重难点有很大的帮助。

首先，在实验教学中引入该软件，学生调取相关元器件搭建实验电路，调整元器件的参数，元器件的接线，展示仿真结果。对于设计性的实验，通过不断地修改软件仿真、调试，便于获取完善的电路设计。相对于直接制作电路板实物，不仅节约资源，还可以节省时间，提高学生的分析能力和设计能力[4]。其次，方便学生们在课余，没有设备操作的情况下，将自己的想法利用仿真软件去实现，在一定程度上激发了学习兴趣。最后，在理论教学中，适当引入该软件，可以使学生在听课的过程中更容易理解知识重点，突破知识难点。

模拟电路部分，三极管放大电路的工作原理以及放大电路参数的工程估算是教学大纲中的重点和难点。在学习这部分理论知识时，学生感觉生涩，很难理解，特别是对电路做静态分析和动态分析，求解相应物理量的时候无从下手。课堂上，引入共射极放大电路的静态测试仿真和动态测试仿真，使得抽象的理论形象起来，有据可依。图1、图2是共射极放大电路的动态测试仿真电路及测试结果。

系统理论学习后，我们对照图1的电路参数，采用微变等效电路法，分别求取动态分析的三个重要物理量：输入电阻Ri、输出电阻Ro、不接负载时的电压放大倍数Au。

紧接着用proteus搭建如图1所示的分压偏置式共射极放大电路的仿真模型。从图2示波器的仿真结果可以看出： 上面的正弦波（输入信号）和下面的正弦波（输出信号）相位相差180°，直观展示了理论知识中的难点-共射极放大电路属于反相放大;读取输入信号峰值Uip-p和输出信号的峰值Uop-p，得到信号的放大倍数近似为160倍，和理论计算值做比较，验证了理论计算值;调整可调电阻RV1，改变静态工作点，直到示波器的输出波形出现上削波（截止失真）和下削波（饱和失真），仿真中直观感受到放大电路会出现波形失真，必须要设置合适的静态工作点，巩固了知识的重难点。

4 结束语

将Proteus虚拟仿真软件应用于课程教学，打破了传统实验教学的时间和空间限制，让学生随时学、随地学;减少了传统实验教学对学生动手设计和系统构建应用能力的限制，学生可根据设想进行任意构建和设计，充分发挥想象力和综合设计能力[5];自建校以来，电子技术实训室没有更换设备，实验模块老化严重，导致部分实验无法完成，利用仿真创造了实验环境。

疫情初期的《电子技术》线上教学，让我们尝试到Proteus虚拟仿真软件为实践环节带来的便利。既提升学生课程的参与度以及课程教学目标的达成度，也顺利完成了人才培养方案中教学实践的覆盖率。2021年的春季《电子技术》授课中，借鉴线上授课的经验，实践部分包含了Proteus仿真与实验台实际电路的搭建与测试，这种混合式的实践教学提高了学习效率，提升了学生对知识潜移默化的应用能力[6]。

参考文献：

[1] 杨晶晶，刘延飞，慕晓刚，等.“数字电子技术”课程SPOC实践探析[J].电气电子教学学报，2020，42（2）：56-59，63.

[2] 王斌.Proteus虚拟仿真平台在物联网工程专业核心课程教学中的应用[J].纺织服装教育，2021，36（4）：366-369.

[3] 戴明，孟召议，张淑骅.Multism在数字电子技术实践教学中的应用[J].柳州职业技术学院学报，2019，19（5）：80-85.

[4] 郑三婷.浅谈Multisim仿真软件在模拟电子技术课程教学中的应用[J].电气与自动化，2020（12）：121-122

[5] 劉晨.电子技术实验教学的改革与实践[J].科技风，2020（5）：50.

[6] 李滢潞.基于雨课堂和项目驱动的数字电子技术混合式教学模式的探究[J].中国现代教育装备，2020（6）：79-82.

收稿日期：2021-09-11

基金项目：广东省高职院校工业节能技术高水平专业群（GSPZYQ2020008）;广东环境保护工程职业学院2019年校级质量工程物联网应用技术重点专业建设项目（J410320022202）

作者简介：叶军林（1980—）男，河南省信阳市人，讲师，高级技师，硕士研究生，主要研究方向为环保装备制造技术;陈孟祥 （1982—），男，湖南邵阳市人，高级工程师，硕士研究生，主要研究方向为物联网应用技术。