基于Proteus的虚拟仿真技术在数字电路教学中的实践.pdf

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2014年第13卷第20期产业与科技论坛2014.（13）.20Industrial&ScienceTribune基于Proteus的虚拟仿真技术在数字电路教学中的实践余秋香张建荣黎小桃王令剑【内容摘要】数字电子电路分析与应用是电子类重要的专业基础课程,在整个课程体系中占有重要地位,但是目前的教学效果较差。

本文介绍虚拟仿真Proteus软件的主要功能与特点,阐述其应用于数字电子电路分析与应用课程教学的可行性与优越性,并以数字电子钟的Proteus仿真设计为例,说明在教学中应用这个工具是一种很好的理论联系实践的教学方法,同时也能培养并提高学生的实践能力。

【关键词】虚拟仿真;数字电子电路;数字电路实验【基金项目】本文为国土资源职教研究会职教科研课题“基于工作过程的数字电子电路分析与应用课程开发的探索与实践”（编号:

GTZJ-2013-26）和江西省高等学校教学改革研究课题“以职业技能竞赛引领高职专业建设和教学改革的探索与实践以电子信息工程技术专业为例”（编号:

JXJG-12-33-3）阶段性研究成果。

【作者简介】余秋香（1982）,女,江西奉新人;江西应用技术职业学院讲师,硕士;研究方向:

电子信息、自动化技术张建荣,黎小桃,王令剑;江西应用技术职业学院数字电子电路分析与应用是高职高专类电子技术应用、电子信息工程、电气工程及自动化等专业的一门专业基础课,该课程的功能是使学生基本掌握常用电子元器件的识别与检测,具备一定的常规电子电路的测试、分析、制作、设计等能力,并掌握常用测试仪器工具的使用方法,为后续的学习打下良好的基础,从而提高学生的实践技能、专业素质与职业素质,因此数字电子电路分析与应用课程在专业教学体系中具有重要的地位和作用。

传统课程教学模式一直存在教学手段单一、教学方法呆板、实验资源不足等问题,加之数字电子电路分析与应用是一门既有较强理论性,又有很强实践性的课程,知识点多而散,且有不少比较抽象的内容,学生在学习过程中感觉枯燥难懂,教学效果较差,为此,要对课程的教学进行改革。

一、Proteus软件介绍Proteus软件是由英国LabcenterElectronics公司开发的EDA工具软件,已有近20年的历史,在全球得到了广泛应用。

Proteus软件的功能强大,它集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身,不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析,还能够对微处理器进行设计和仿真,并且功能齐全,界面多彩,是近年来备受电子设计爱好者青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件。

二、引入Proteus辅助教学的可行性与优点

（一）引入Proteus辅助教学的可行性。

一是近年来高校教学条件普遍改善,课堂教学中已普遍采用多媒体授课,具备了使用计算机仿真进行演示实验的硬件条件。

在常规模拟电子技术教学中,许多实验耗时多,实际操作难度大,难以在有限的课堂时间内穿插演示,应用Proteus教学就能快速完整地建构出实验原理图,并且能够完美地仿真实验过程,使合校园地理位置地方特点进行规划。

可对校园停车进行如下分区规划:

一是行政楼附近。

能够规划为停车的区域只有行政楼外的道路两旁和对面的空地。

行政楼外的道路虽然方便办公人员停车,但道路只有两个通道,如果将车辆停于道路两旁,难免将导致交通堵塞。

故我们可以将停车场设定于行政楼对面的空地处。

现在实际的车位数量与预测估计的停车数量相比,此地应该加修车位400余位。

二是第一教学楼与音乐广场附近。

实际车位数量与近三年预测数量差距不大,可不做修整。

三是第一教学楼正门口对面空地。

该位置位于教学楼正门,方便教师上下班,且正门口学生出入数量不多,就安全与方便而言,该地可以设定停车场。

实际值与预测数据相比,此地可增修车位20余位。

四是西大门附近。

由于该位置正在修建,预测值具有片面性。

五是学府雅苑。

通过GM（1,1）模型预测出未来三年的停车数量,可知目前此地停车位远远不够,由于此地为教师公寓,车流量较多,因此可加修停车位400余位。

【参考文献】1.陈国华,韦程东.数学建模与数学建模方法M.天津:

南开大学出版社,20122.郑凤霞.基于灰色模型的达州幼儿园学生数预测J.宜春学院学报,2014,36（6）:

32333.姜启源,张立平.数学实验M.北京:

高等教育出版社,20064.李葆春,马琦.灰色GM（1,1）模型在定西县粮食产量预测中的应用J.甘肃农业大学学报,2005,40（5）:

6606635.http:

/id=250617产业与科技论坛2014年第13卷第20期2014.（13）.20Industrial&ScienceTribune用软件中的虚拟仪器（如万用表、示波器、波特图仪、数码显示器）实时显示实验结果,利用多媒体同步演示,方便直观,可大大提高课堂教学质量。

二是随着计算机技术的迅猛发展,电子类专业多种实验室已配备了微机,具备了开设Pro-teus仿真实验的硬件条件。

（二）引入Proteus辅助教学的优点。

1保障学生和设备的安全。

对于电气类和电子类的教师来说,如果要带领学生去进行模电实验,那么他们首先要解决的问题就是学生和设备的安全问题。

由于实验设备贵重,并且部分实验具有一定的危险性,甚至造成人员伤亡,学生在做实验时不敢大胆尝试实验,这在很大程度上扼杀了学生创造能力的发展。

利用Proteus进行仿真实验时,由于它是利用计算机进行仿真,不必接触真正的元器件或者设备,因此这些问题就迎刃而解。

同时也允许了学生大胆假设、尝试,有利于他们创新能力的培养。

2创设真实情境,灵活解决问题。

Proteus模仿实验室的工作台,提供的仿真仪器的面板外形和操作方式都与实物相似,可以实时显示测量结果,提供多种电路分析方法,可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验,其逼真的仿真效果非常适合于创设真实的学习情境,学生在学习过程中会产生强烈的真实感。

同时Proteus具有操作简单易上手的特点,非常适合作为学生学习知识和应用知识解决问题的训练工具。

三、Proteus在数字电路教学中的应用方法时显示器分显示器秒显示器时译码器分译码器秒译码器时计数器分计数器秒计数器校时电路振荡器分频器秒脉冲图1数字钟电路系统的组成框图图2数字电子钟的Proteus仿真电路使用Proteus对电路进行实验仿真的基本步骤如下:

一是根据所学电路原理图,从Proteus元件库中选择所需的元器件,然后拖到工作区。

二是根据电路要求设定元器件的参数和模型。

三是根据电路特性选择适当的Proteus虚拟仪器仪表拖到工作区适当的位置,并根据测试要求设置仪器仪表参数。

四是将布局好的元器件和仪器仪表用导线逐一连接。

五是启动仿真开关,在仪器上观察仿真结果。

六是根据电路特性分析实验结果是否正确,如果实验结果正确,说明实验仿真成功,则可以开始撰写实验报告,在实验报告中对实验数据进行分析;如果实验结果不正确,则应回到第一步,分析原因,对电路进行调整,重复实验步骤,直至得到正确的仿真实验结果。

四、Proteus仿真应用举例本文应用Proteus仿真设计一个数字电子钟。

（一）Proteus电路原理图制作。

数字电子钟的总体框图如图1所示,它由信号发生器、“时”、“分”、“秒”计数器、译码器及显示器、校时电路等四部分组成。

显示、译码、计数电路是完成电子钟的基本钟表显示,进位功能。

脉冲电路是产生1Hz的秒脉冲。

整点报时和手动校正也是电子表的基本功能。

在桌面上选择【开始】【程序】“Proteus7Professional”,单击蓝色图标“ISIS7Professional”打开应用程序。

在编辑区,按照前面介绍的数字电子钟电路的各个部分工作原理,绘制出数字电子钟电路图。

（二）Proteus软件仿真。

数字电子钟电路图绘制好后,设置仿真环境,开始仿真。

单击ProteusISIS环境中左下方的仿真控制按钮中的运行按钮,开始仿真。

本设计的数字电子钟Proteus仿真电路如图2所示。

五、结语数字电子电路分析与应用课程是电气类和电子类一门重要专业基础课,该课程内容多难度大,理论抽象,要有好的教学方法、教学手段并配合一定数量的实验（包括课堂教学中的演示实验）和实践环节,才能使学生领会、理解、掌握课程内容,做到融会贯通、学以致用。

在教学中使用Proteus可以在教学过程中穿插实验演示,让同学对深奥的理论知识有一个直观的认识,加深对知识点的理解,在实验中使用Pro-teus进行仿真实验可以节省大量的时间,从而让我们把所有的精力都用在指导学生怎样进行实验以及分析处理数据,Proteus还可以模拟仿真一些在实际中难以进行的实验,从而让学生有机会去认识掌握更多的知识。

总之,将计算机仿真教学引入数字电子电路分析与应用课程,使学生较早建立工程思想,为学生进行电子线路设计、了解仪器设备的使用提供了较佳的手段,同时还实现了实验教学手段的创新,给数字电子电路分析与应用课程教学注入了新的活力。

【参考文献】1.黎小桃,余秋香.数字电子电路分析与应用M.北京:

北京理工大学出版社,20142.刘胜,杨夏.基于Proteus的数字电路虚拟实验室建设J.电气电子教学学报,2012,34（3）:

85873.匡载华,邓小鹏.电子类学科专业Proteus实验室的建设J.实验技术与管理,2009,26

（1）:

1551584.吴小花,吴先球.Proteus电路设计与仿真在教学中的实践J.计算机系统应用,2010,2:

20120427