貴州省電子信息高級(jí)技工學(xué)校 何小偉
實(shí)踐中可以看到,Proteus軟件有很多種數(shù)字、模擬器件模型,同時(shí)還提供了一系列的元器件,比如虛擬示波器、信號(hào)發(fā)生器、電壓表、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)器以及電流表和虛擬終端等工具。在Proteus軟件技術(shù)應(yīng)用環(huán)境下,如同形成了一個(gè)元器件、實(shí)驗(yàn)儀器等,都非常完備的綜合性電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。
Proteus軟件,最早是由英國(guó)一家公司(Labcenter electronics)研發(fā)出來的,是一種多功能非常全面的EDA軟件,具有包括ISIS原理圖布圖、SPICE混合模型仿真以及ARES PCB方面的設(shè)計(jì)功能。從效果上來看,該軟件可有效實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、微控制器以及模擬電路和外置混合電路軟件的仿真、PCB設(shè)計(jì)以及綜合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)仿真等。Proteus軟件提供的模擬、數(shù)字元器件以及相關(guān)的外部設(shè)備,電壓表、示波器以及電流表等虛擬元件,對(duì)單片機(jī)、外圍電路綜合系統(tǒng)等,具有非常強(qiáng)大的交互、仿真功能;除具有和EDA工具基本相同的原理布圖、人工布線以及PCB自動(dòng)和電路仿真功能外,還具有電路仿真過程中的互動(dòng)性特點(diǎn)。針對(duì)當(dāng)前微處理器的實(shí)際應(yīng)用情況,還可直接在原理圖虛擬原型基礎(chǔ)上進(jìn)行編程操作,對(duì)軟件源碼級(jí)進(jìn)行有效的調(diào)試。Proteus軟件技術(shù),實(shí)際上就是一款集單片機(jī)、SPIC研究于一體的仿真軟件技術(shù),其功能非常的強(qiáng)大。在安裝完仿真軟件后,還有兩個(gè)主要程序,即ARES與ISIS。
其中,前者主要是提供PCB自動(dòng)、人工布線以及電路仿真功能,而后者則采用原理布圖法對(duì)電路進(jìn)行仿真操作。需要說明的是,Proteus仿真軟件技術(shù),對(duì)于電子技術(shù)教學(xué)非常適合,可提高非常豐富的教學(xué)資源。
實(shí)踐中,將Proteus軟件技術(shù),有效地應(yīng)用在模擬電子技術(shù)理論教學(xué)過程中,相當(dāng)于是將實(shí)驗(yàn)室完整地搬到了電子技術(shù)課程教學(xué)課堂上。在此條件下,教師可在課堂上,通過該軟件技術(shù)的應(yīng)用,將模擬電子技術(shù)一節(jié)中的基本器件,形象地展示給學(xué)生,并將基本電路分析、結(jié)果以及電路圖的設(shè)計(jì)過程,清晰地演示給學(xué)生們。這樣一來,就可以從根本上改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式,不用僅靠語言的形式來描述本節(jié)教學(xué)內(nèi)容,同時(shí)也避免了需復(fù)雜演算方可得出結(jié)論的傳統(tǒng)教學(xué)狀態(tài),對(duì)于增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的直觀性、提高教學(xué)內(nèi)容的生動(dòng)形象性,具有非常重要的作用。在電子技術(shù)課程教學(xué)過程中,采用Proteus軟件技術(shù),可省掉傳統(tǒng)枯燥無味的理論推導(dǎo),不僅可以節(jié)約時(shí)間,而且能夠加深學(xué)生對(duì)理論內(nèi)容的印象和理解,對(duì)于電子技術(shù)教學(xué),起到了實(shí)質(zhì)性的影響。在電子技術(shù)理論教學(xué)實(shí)踐中,通過Proteus軟件技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)解決教學(xué)難問題具有非常重要的作用。對(duì)于電子技術(shù)課程而言,非常的抽象和枯燥,比如放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置、動(dòng)態(tài)參數(shù)估算等,都是該門課程教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下,主要是通過讓學(xué)生只了解二極管、場(chǎng)效應(yīng)管以及雙極結(jié)型三極管等器件名字、基本原理的方式,進(jìn)行教育教學(xué)。Proteus軟件技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)踐,可讓學(xué)生有準(zhǔn)確、全面地掌握這些元器件的功能和作用。比如,放大電路教學(xué)過程中,靜態(tài)工作點(diǎn)非常的重要,通過Proteus軟件技術(shù)的應(yīng)用,不僅可以防范放大電路失真問題,而且對(duì)于有效應(yīng)對(duì)電路動(dòng)態(tài)性能影響具有非常重要的作用。在放大電路設(shè)計(jì)、調(diào)試過程中,為確保其性能的有效發(fā)揮,應(yīng)當(dāng)先設(shè)置穩(wěn)定、合理的靜態(tài)工作點(diǎn),如圖1所示。
圖1
靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置,實(shí)際上就是利用外圍電路,確保雙極結(jié)型三極管(Q1)處于一種放大工作的狀態(tài)。如上圖所示,電源電壓為10伏,Q1靜態(tài)工作時(shí)的電流為l毫安,此時(shí)只需對(duì)電值R進(jìn)行確定即可。而要想確定R值,應(yīng)當(dāng)先知道Ql。實(shí)踐中,相同型號(hào)的不同雙極結(jié)型三極管,其阻值不一定相同,并且該器件數(shù)據(jù)手冊(cè)上只是給出了一個(gè)大體的范圍而已。比如,雙極結(jié)型三極管值大約為3至300。在這樣的情況下,如何確定雙極結(jié)型三極管阻值顯得非常的重要。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下,多數(shù)學(xué)生雖然學(xué)完了關(guān)于模擬電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí),都實(shí)際操作過程中卻無計(jì)可施。Proteus軟件技術(shù)的應(yīng)用,有效地改變了這一教學(xué)尷尬現(xiàn)象,教師可在Proteus仿真環(huán)境中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效的演示,從而加深學(xué)生的印象,理解的更為深刻。在此過程中,學(xué)生通過教師在仿真環(huán)境下的逐步操作、演示,可深刻理解放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)布設(shè)的重要性,并且可以熟練掌握如何設(shè)置放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)。電子技術(shù)課程教學(xué)過程中,尤其是理論教學(xué)實(shí)踐中,模擬電路及其各關(guān)鍵點(diǎn)上的電壓、支路電流、輸入信號(hào)以及輸出信號(hào)波形等,都可以準(zhǔn)確地顯示在屏幕上,從而給學(xué)生以直觀感受。該軟件技術(shù)的應(yīng)用,不僅可以使原本比較抽象的理論只是變得清晰、簡(jiǎn)單,而且還可以使平面電路立體化、課堂教學(xué)生動(dòng)化,對(duì)于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情,提高教學(xué)質(zhì)量和效率,具有非常重要的作用。
電子技術(shù)課程教學(xué)過程中,通過采用的是虛擬實(shí)驗(yàn)方法,借助現(xiàn)代多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù),通過網(wǎng)路教室來實(shí)現(xiàn)教師機(jī)與學(xué)生機(jī)之間的同步演示操作,從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。電子技術(shù)教學(xué)中還會(huì)用到,虛擬儀器技術(shù),即利用高性能的模塊化硬件,結(jié)合高效靈活的軟件(比如Proteus軟件)來完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)相連,分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息,共享信息成果,有助于在較大范圍內(nèi)提高效率。學(xué)生根據(jù)電路原理圖,利用Proteus軟件技術(shù)在元件庫中找到所需的虛擬元件,可搭建相應(yīng)的電路和仿真實(shí)驗(yàn);同時(shí),也可利用Proteus軟件技術(shù)所提供的元器件故障設(shè)置功能,在元器件上設(shè)置故障,在電路仿真操作完成后,可清晰地再現(xiàn)元器件故障發(fā)生時(shí)的狀況,并從儀器上獲取所需的相關(guān)參數(shù)。在仿真時(shí)還要改變庫的測(cè)試環(huán)境值,才能測(cè)出更準(zhǔn)確的值,調(diào)整好拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后,千萬別忘了填寫拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制表,限制表里頭才是最終起作用的限制條件,接下來只要將填好限制后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加在同類網(wǎng)線上,然后轉(zhuǎn)到中進(jìn)行自動(dòng)布線PCB,會(huì)盡量根據(jù)限制自動(dòng)布線。該軟件具有很強(qiáng)的實(shí)用性,對(duì)于硬件設(shè)計(jì)人員來說,是一種不可多得的PCB設(shè)計(jì)工具,對(duì)高速來說尤為如此當(dāng)然對(duì)于這樣一個(gè)高智能仿真軟件使用起來也并不那么容易。以電子技術(shù)教學(xué)實(shí)踐中的一個(gè)典型電路,即直流穩(wěn)壓電源為例,對(duì)Proteus軟件技術(shù)在此中的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行分析。
圖2 LM317、M337可調(diào)雙電源直流穩(wěn)壓電源
圖2是LM317、M337可調(diào)雙電源直流穩(wěn)壓電源,在教學(xué)過程中學(xué)生很容易從元器件庫中找到相應(yīng)的元器件,然后放置在適當(dāng)位置,用導(dǎo)線根據(jù)電路原理圖將其相互連接在一起,對(duì)元器件參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,并采用交互式仿真技術(shù),直觀地看到電路具體工作情況。導(dǎo)線箭頭表示電流方向,而導(dǎo)線顏色則表示電位高低.D5、D6位置的兩個(gè)綠色LED,指示整流后的電路工作狀態(tài);我們可實(shí)時(shí)讀出輸出端的電壓數(shù)值。對(duì)RVl、RV2電阻大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié),清晰地看到、讀出輸出電壓實(shí)際變化情況。圖中的圖表是基于圖表的仿真(ASF)——甩來精確分析電路的穩(wěn)壓性能。輸出0UT l為上面一條曲線,電壓從零伏開始,逐漸上升至15伏左右,用時(shí)大約I.8秒,之后OUT l輸出電壓穩(wěn)定在15伏左右。下面曲線為輸出電壓變化規(guī)律,即電壓自零伏開始,逐漸下降至-10伏,用時(shí)大約為80ms,之后又穩(wěn)定在-10伏左右。從這一教學(xué)實(shí)踐來看,在Proteus軟件技術(shù)應(yīng)用模式下,調(diào)用電路元件時(shí),可選用一些具有動(dòng)畫演示功能的器件、仿真模型器件等;在電路有效完成后,運(yùn)行仿真操作,即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化教學(xué)輔助功能(聲、光、電)效果,使試驗(yàn)過程更加的逼真,更加的接近實(shí)際情況。Proteus在現(xiàn)代電子電路與技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用,既僅電路圖演示非常的清晰,又激發(fā)了學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)熱情。
總而言之,Proteus軟件技術(shù)的應(yīng)用,使仿真結(jié)果的顯示形式,對(duì)于學(xué)生全面認(rèn)知電路功能和原理非常有利,是現(xiàn)代電子技術(shù)教學(xué)良好的輔助手段。恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用,不僅可以幫助學(xué)生掌握模擬電子技術(shù)教學(xué)的基礎(chǔ)船識(shí)、基本理論以及基本分析和有效設(shè)計(jì)方法,并且為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí),提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐技能。較之于傳統(tǒng)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法,該技術(shù)的應(yīng)用,實(shí)際上是一種可突出以學(xué)生為主的教學(xué)模式,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情,顯得非常重要。
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