本站原创摘 要:本文论述了Proteus在电子类专业课教学中的应用,采用该软件建立虚拟实验室,可以降低教学成本,提高学生兴趣,改善教学质量.该软件为高校电子类专业课教学改革提供了一种新思路和新办法.
关 键 词:Proteus单片机仿真
1.概述
近年来,随着半导体技术的飞速发展,电子技术也取得了长足的进步,一方面,新的技术与新的应用层出不穷,大大改善了人们的生活,另一方面,技术的更新也对我国电子类专业高等教育提出了许多新的挑战和有待研究的课题.
实验室或实训场所的建设是各高校学科建设的重点,这在以“工学结合”为指导思想的高职院校显得尤为突出,学生知识的传授很多是在实验室完成的,实践证明这种教学模式具有良好的教学效果,但是也存在一些问题,主要表现在以下两方面:一是电子技术更新换代的时间较短,投入巨资购买的实验器材和实验设备,在经过短短几年的使用之后就有可能由于技术的进步而落后了,从而不得不淘汰,二是有些电子元器件比如某些集成块由于各种原因而损坏,从而不时需要进行补充以维持实验室正常运行.
Proteus是英国一家公司开发的电路仿真软件,该软件功能强大,界面友好,使用方便,可以进行模拟电路、数字电路以及单片机软硬件的联合仿真,也可以进行PCB版图设计,因此受到了许多电子工程师的厚爱,鉴于该软件的突出性能,国内许多高校在教学内容中纷纷加入该软件的使用介绍,有些高校还利用Proteus和Keil51建立单片机虚拟实验室[1][2],降低了实验室运行成本,有兴趣的学生则可以利用该软件提供的功能对自己设计的电路进行验证,所有这些,都为高校电子类专业教学提供了新的思路.
2.Proteus在模拟电路教学中的应用
模拟电路是高校电子类专业核心课程之一,主要讲述各种基本放大电路结构以及基于运算放大器的电路结构,本课程理论性和实践性均比较强,内容比较抽象难懂,许多学生在学习时都遇到困难,为了加深理解,提高学习效果,许多学校都开设了相应的实验,由于这些实验大都是验证性实验,加上课时和实验设备的限制,一般只能进行几个典型电路的实验验证,故实验效果并不是太好.
Proteus具有很强的模拟电路仿真功能,主要表现在以下几个方面:首先,该软件提供了丰富的元器件库,包括许多IC公司生产的各种型号晶体管和运算放大器的仿真模型,用户可以选择合适的元器件构成自己的电路,通过仿真掌握电路的性能,由于仿真采用的是器件模型而不是理想模型,仿真计及了各种实际因素,能真实反映电路实际工作的性能,其次,Proteus采用先进的软件技术,内嵌实现了各种虚拟仪器,包括信号源,电压表,电流表,示波器,频率特性测试仪等等,利用这些虚拟仪器,用户可以方便的直接观察到电路在某些激励作用下的响应波形,这就相当于为用户提供了一个功能强大的虚拟实验室,给用户带来了极大的便利,此外,Proteus提供电路的各种仿真功能,比如瞬态分析,频域分析,失真度分析,傅里叶分析,音频分析等等,可以帮助用户从各个方面全面考察电路的性能.
在模拟电路教学中,采用Proteus软件可以提高教学效果,激发学生的学习兴趣.利用Proteus提供的强大功能,相当于在课堂上引入了一个虚拟电子实验室,可以把实际电路仿真结果在课堂上直接演示出来,与书本理论进行对比,加深学生的印象,这种做法打破了传统教学理论课和实验课分离的模式,解决了传统教学中由于理论课和实验课分离带来的弊端.
3.Proteus在数字电路教学中的应用
数字电路是电子类专业的另一门核心课程,该课程主要讲述基本的门电路,组合逻辑电路和时序逻辑电路.在传统教学中采用的教学方法与模拟电路类似,因此教学中也存在类似的问题.
采用数字电路芯片进行实验时,由于芯片引脚多,电路连线复杂,学生在实验中很容易损坏芯片,这给实验室正常运转带来一定困难,绝大多数无法提供给学生使用.使用Proteus可以解决这些问题,学生利用其自带的庞大器件库,可以通过软件进行电路的设计、仿真和实验,焊接可靠就可以得到与仿真一致结果.整个过程可以节省方案不正确造成的硬件投入浪费并且不会出现元器件损耗问题[3].
4.Proteus在单片机教学中的应用
Proteus最令人激动的地方就是提供了可以实现单片机及嵌入式的软硬件联合仿真的功能,这是业界第一款具有这个功能的仿真软件,与其它只能进行软件仿真的开发工具不同,由于Proteus实现了软硬件联合仿真,因此可以站在工程的角度,直接看到程序运行和电路工作的结果.
在单片机教学过程中,引入Proteus,加上KeilC51软件,可以构建一个虚拟单片机实验室,提供一种“所见即所得”的仿真环境,学生可以直接修改所设计的程序,然后利用Proteus来观察程序修改所带来的变化,这样可以在设计仿真阶段脱离传统情况下需要不停地把程序烧进芯片进行实证的繁琐步骤,提高了学习效率,而且学生学习时可以节省购买开发板的费用,降低了学习成本.
5.结束语
作为一款优秀的仿真软件,Proteus提供了从模拟电路到数字电路,从单片机到嵌入式的集成仿真环境,配合其自身提供的虚拟电子仪器,可以方便地完成各种电路的仿真工作.在电子类课程教学中引入该软件,可以提供一个虚拟实验室,有效加深学生对知识的理解,同时减少实验器材和元器件的投入,对许多办学经费受限的高校办学提供了一条新思路,具有重要的借鉴作用.
【参考文献】:
[1]高启明Proteus仿真软件在构建单片机实验室中的应用西安航空技术高等专科学校学报Vol.26No.52008.9.
[2]张宏,陈宏希浅谈Proteus仿真软件在单片机教学中的应用陕西工业职业技术学院学报Vol.3No.32008.9.
[3]张钰玲,甘昕艳Proteus仿真在数字电子技术课程中的应用桂林电子科技大学学报Vol.28No.62008.12.