【摘要】Proteus軟件元件庫(kù)中包含的元器件非常豐富，應(yīng)用涵蓋了軟件部分的匯編、C語(yǔ)言的調(diào)試，可以輔助電子類(lèi)如單片機(jī)、數(shù)字電路、電子電路等多種科目教學(xué)。本文研究并舉例說(shuō)明了該軟件在電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，闡述了使用該軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有系統(tǒng)資源豐富、硬件投入少、工程實(shí)踐最為接近和學(xué)生綜合能力得到提高等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明，該軟件廣泛加以應(yīng)用，可以提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，通過(guò)理論與仿真驗(yàn)證相結(jié)合，可以克服傳統(tǒng)教學(xué)中的不足。

【關(guān)鍵詞】Proteus軟件 傳統(tǒng)教學(xué) 電工電子實(shí)驗(yàn) 仿真

【中圖分類(lèi)號(hào)】F407.6【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1673-8209(2009)12-00-02

職業(yè)學(xué)校在電子專(zhuān)業(yè)各科目的教學(xué)過(guò)程中，理論知識(shí)和動(dòng)手操作的課程量各占一半，甚至在一些課程上實(shí)踐時(shí)間比理論學(xué)習(xí)時(shí)間還要多。學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力是培養(yǎng)的最重要的方向，電子專(zhuān)業(yè)的教學(xué)更是重視學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，否則很難將此專(zhuān)業(yè)學(xué)精。為更好的培養(yǎng)學(xué)生的技能，我們學(xué)校會(huì)在每學(xué)期計(jì)劃申購(gòu)下學(xué)期各科目實(shí)操所用元器件和相應(yīng)的工具，以備學(xué)生下學(xué)期實(shí)操動(dòng)手做出實(shí)物，這是一筆不小的經(jīng)費(fèi)負(fù)擔(dān)，往往一部分學(xué)生不能一次制作成功，造成很大的浪費(fèi)。而且在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，某些教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備購(gòu)買(mǎi)時(shí)比較昂貴，購(gòu)買(mǎi)后使用過(guò)程中需要實(shí)驗(yàn)員老師花費(fèi)大量的時(shí)間和精力去維護(hù)以供教學(xué)正常進(jìn)行，工作量非常大，效果也不是很理想，通常是壞的比修好的快。另外根據(jù)多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，大都只是簡(jiǎn)單的重復(fù)教師介紹的實(shí)驗(yàn)步驟，驗(yàn)證預(yù)知的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于理論原理理解不透，另有些學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前根本沒(méi)好好理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，做實(shí)驗(yàn)時(shí)手忙腳亂，很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。Proteus 所提供的儀表， 種類(lèi)繁多性能可靠，可以避免有些真實(shí)實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性問(wèn)題，調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主觀(guān)能動(dòng)性和積極創(chuàng)造性，使得整個(gè)教學(xué)很靈活，同時(shí)可以在模擬實(shí)驗(yàn)后結(jié)合進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)的方法，即先模擬調(diào)試選擇各元件參數(shù)，再實(shí)際操作，來(lái)減少真實(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)儀器設(shè)備造成損壞，對(duì)元器件減少浪費(fèi)。Proteus軟件提供豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試，這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，可以貫穿于電工電子技術(shù)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，借以進(jìn)行仿真能夠取得很好的教學(xué)效果，應(yīng)用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，優(yōu)勢(shì)明顯可見(jiàn)。

1 Proteus軟件簡(jiǎn)介

Proteus是英國(guó)Labcenter electronics公司研發(fā)的電子電路與實(shí)物仿真軟件，應(yīng)用范圍十分廣泛，涉及PCB 制版、Spice電路仿真、單片機(jī)仿真以及對(duì)ARM7/LPC21XX 的仿真。Proteus主要由ARES和ISIS兩大模塊構(gòu)成，ARES主要用于印刷電(PCB)的設(shè)計(jì)及其電路仿真，ISIS主要用于原理圖的設(shè)計(jì)并仿真:包含有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)仿真。Proteus軟件所提供了30多個(gè)元件庫(kù)，數(shù)千種元件，元件涉及到數(shù)字和模擬、交流和直流等。

2 基于Proteus仿真平臺(tái)的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)

教育技術(shù)的現(xiàn)代化和信息化給教育帶來(lái)了機(jī)遇與挑戰(zhàn)，特別是對(duì)教師的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、能力結(jié)構(gòu)和所采取的教學(xué)手段提出了新的要求。在教學(xué)上虛擬實(shí)驗(yàn)采用局域網(wǎng)多媒體教學(xué)，通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)教師機(jī)對(duì)學(xué)生機(jī)同步演示電路圖并講解其原理，學(xué)生根據(jù)電路原理圖在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的元件庫(kù)中找到相應(yīng)的虛擬元件完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

我們?cè)陔姽づc電子技術(shù)的教學(xué)中經(jīng)常會(huì)假設(shè)某個(gè)元器件發(fā)生短路、斷路等故障，而這些假設(shè)由于各種原因不太好做實(shí)驗(yàn)，教師只有通過(guò)純理論分析來(lái)講授。如使用Proteus軟件，這個(gè)難題就非常好解決，我們可以利用Proteus中提供的元器件故障設(shè)置功能將元器件設(shè)置好故障，再連接相關(guān)的儀器，進(jìn)行電路仿真后就可以看到元器件發(fā)生故障時(shí)的現(xiàn)象，還可以從儀器上讀出所需要的各個(gè)參數(shù)。電工電子教學(xué)中的大部分實(shí)驗(yàn)均可用Proteus仿真。如基爾霍夫定律的驗(yàn)證、疊加原理等等。

現(xiàn)以電工與電子技術(shù)教學(xué)過(guò)程幾個(gè)基本內(nèi)容對(duì)Proteus的應(yīng)用進(jìn)行具體分析。

2.1 基爾霍夫定律的驗(yàn)證

a):KCL:即基爾霍夫第一定律，也叫節(jié)點(diǎn)電流定律。

i. 基爾霍夫第一定律內(nèi)容:指流入一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于流出這個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流之和。即:∑I入=∑I出

ii.根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，以理論為依據(jù)結(jié)合實(shí)際電路，將電路原理圖組織成仿真虛擬實(shí)驗(yàn)電路圖，調(diào)整各元件的參數(shù)，連接必要的實(shí)驗(yàn)儀器。

iii.分析數(shù)據(jù)

圖1中，對(duì)于節(jié)點(diǎn)d來(lái)講I1，I3是流入的電流，I2是流出的電流。

I1=2.05A;I2=3.86A;I3=1.82A

∑I入= I1+I3=2.05A+1.82A≈∑I出= I2=3.86A

驗(yàn)證了基爾霍夫第一定律。

b):KVL:即基爾霍夫第二定律，也叫回路電壓定律。

(1)基爾霍夫第二定律內(nèi)容:指對(duì)任一閉合回路，各段電壓的代數(shù)和為零。即:

∑U=0

(2)分析數(shù)據(jù)

圖1中，對(duì)于回路adba來(lái)講，∑U=UR1-UR3-U1=12.3V-7.27V-5V≈0V;對(duì)于回路dcbd來(lái)講，∑U=UR2-U2+UR3=7.73V-15.0V+7.27V=0V，驗(yàn)證了基爾霍夫第二定律。

2.2 單相半波整流電路仿真測(cè)試

通過(guò)Proteus軟件仿真，用其中的示波器器件觀(guān)察波形可以看出，單相半波整流電路輸入電壓ui是雙極性，而輸出電壓ud是單極性，且是半波波形，輸出電壓幅度與輸入電壓的幅值基本相等，仿真了單相半波整流電路的工作特性。

2.3 放大電路中靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置意義的研究

減小基極電阻時(shí)，通過(guò)Proteus軟件中的示波器器件觀(guān)察波形，集電極電流波形出現(xiàn)正向削波，說(shuō)明晶體管出現(xiàn)了飽和失真;增大基極電阻時(shí)，集電極電流波形出現(xiàn)反向削波，說(shuō)明晶體管出現(xiàn)了截止失真;調(diào)節(jié)基極電阻到合適大小時(shí)，集電極電流波形無(wú)失真輸出，說(shuō)明此時(shí)晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置合適。

3 Proteus仿真在電工與電子技術(shù)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)與不足分析

通過(guò)本文實(shí)例分析可以看出，Proteus直觀(guān)的電路圖和仿真分析結(jié)果的顯示形式非常適合于實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，是電工與電子技術(shù)教學(xué)的輔助手段，恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用，可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的廣泛興趣，激發(fā)他們的創(chuàng)造性。幫助學(xué)生掌握電工與電子技術(shù)教學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論、基本分析和設(shè)計(jì)方法，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程提供必要的理論基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐技能。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式相比，更能突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以學(xué)生為中心的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。Proteus對(duì)電工與電子電路的仿真屬于理想狀況，并不能完全代替電工與電子的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。

作者簡(jiǎn)介

尤新芳，女，(1982—)，籍貫:河南省駐馬店，武漢大學(xué)軟件工程碩士學(xué)位，現(xiàn)任中山市高級(jí)技工學(xué)校電子專(zhuān)業(yè)教師，助理講師。