曹陽明，吳民，張璽

（新疆交通職業(yè)技術學院汽車工程學院，新疆 烏魯木齊 831401）

引言

汽車電工電子課程的學習要求學生能夠理解電工電子基本概念，掌握電工電子元器件的工作原理，能正確使用常用電工電子檢測儀器儀表，學會設計分析計算汽車電路，能完成基礎電氣控制電路的安裝、與基礎電子產(chǎn)品的制作，具備基本電工電子操作技能，但是隨著招生規(guī)模的擴大和教學實訓設備的老化，經(jīng)常會出現(xiàn)學生不能實際參與到實訓教學過程中，而且隨著電工電子技術的飛速發(fā)展，實訓設備也無法滿足多樣化的前沿需求，因此也有不少學者對此問題進行了相關的研究與分析，胡中玉等學者將Proteus仿真設計應用到輔導課堂教學、實踐教學及實際電路設計的三個方面[1]，宋佑川等學者也研究了仿真軟件在汽車電工電子課程教學中的應用[2-4]，為學生后續(xù)學生單片機及編程知識的學習奠定一定的學習基礎，范程華等學者應用Proteus設計仿真解決學生在電路設計好后盲目焊接導致調(diào)試成功率低及耗材過多的問題[5]。

1 Proteus簡介

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司開發(fā)EDA工具軟件。利用Proteus軟件強大仿真功能不僅可以實現(xiàn)對模擬電路、數(shù)字電路的仿真，而且可以滿足單片機及外圍器件仿真及PCB板的設計[6]。Proteus的元器件庫提供的元器件，涉及到電子電路設計的各個方面，也包含了適用于電路測試的各種虛擬儀器，如示波器、信號發(fā)生器及邏輯分析儀等。此外，Proteus具備強大的單片機協(xié)同仿真功能，利用 Keil軟件編寫C語言程序，虛擬下載到單片機中，實現(xiàn)單片機控制系統(tǒng)的仿真設計，為后續(xù)汽車控制電路的學習提供良好的環(huán)境。

2 Proteus在汽車電工電子模擬實驗中的應用

進入21世紀后，隨著電工技術、微機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，人們對汽車的使用提出了更多個性化的需求，車用電子控制裝置也越來越多，汽車電子控制向著網(wǎng)絡化、智能化的方向快速發(fā)展，汽車上各系統(tǒng)基本實現(xiàn)了電子控制和網(wǎng)絡控制，通過Proteus仿真功能設計分析汽車電路，有利于解決由于大規(guī)模集成電路的應用造成的學生對汽車電工電子電路原理理解不透徹的問題，接下來就幾個典型汽車電路進行模擬仿真分析。

2.1 濾波整流電路的模擬仿真

汽車交流發(fā)電機專用的三相橋式整流，通過Proteus設計三相橋式整流電路如圖1所示，汽車三相橋式整流電路由三個正極管和三個負極管組成，其中三個正極管VD1、VD2、VD3的正極則分別與三相繞組的首端 U1、V1、W1相連，負極通過整流板流在一起，三個正極管的負極等電位。導通條件是：在某一瞬間，與三相繞組中電位最高的一相相連的正極管導通。同樣，三只負極管VD4、VD5、VD6正極連在一起，而負極也分別同三相繞組的首端U1、V1、W1相連。因為正極等電位，因此它們的導通條件是：在某一瞬間，與三相繞組中電位最低的一相相連的負極管導通。汽車發(fā)電機三相交流輸出波形如圖2所示，電路仿真運行整流后波形如圖3所示。

圖1 三相橋式整流電路

圖2 三相交流電波形

圖3 三相交流電整流后波形

2.2 單片機外圍電路模擬仿真

在學習汽車控制電路原理圖時，一般通過邏輯分析電路狀態(tài)，想象運行效果，在一定程度上增加了學生課程學習的難度，而利用Proteus軟件與Keil軟件實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的模擬仿真設計與編程，使學生在學習中實踐，提高了教學質(zhì)量，也使得學生掌握了相關軟件的操作技能，為將來就業(yè)奠定了一定的基礎。

利用Proteus設計汽車電動車窗控制電路圖如下，三個按鈕分別用于控制步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，三個LED顯示燈的亮滅表示步進電機的狀態(tài)，通過單片機IO口P0輸出，由ULN2003A芯片驅(qū)動步進電機的轉(zhuǎn)動。

圖4

通過Keil軟件編寫主函數(shù)、正反轉(zhuǎn)函數(shù)及延時函數(shù)，在主函數(shù)中通過檢測正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止按鈕連接的單片機 P3口高低電位，從而控制顯示步進電機狀態(tài) LED燈的亮滅及P0控制口的輸出。主函數(shù)如下：

3 結(jié)束語

隨著電工電子技術的飛速發(fā)展，電工電子實訓教學設備很難緊跟上電子技術發(fā)展的步伐，在一定程度上制約了學生參與電路設計，使得教學也只能停留在聽講和想象，利用Proteus軟件仿真功能在極大地調(diào)動學生學習積極性的同時，也有利于提高學生動手和分析電路的能力，既保證了學習效果的同時也節(jié)約了電工電子課程教學成本，而且可以避免學生在不進行電工電子路仿真的情況下進行電路的連接與焊接對學生造成的人身傷害與浪費。

[1] 胡中玉,岳強,任杰,蒲翠萍.基于Proteus仿真的電工電子課程教學創(chuàng)新[J].實驗技術與管理,2016,33(04):128-130.

[2] 宋佑川,魏靜.仿真軟件在汽車電工電子課程教學中的應用[J].國網(wǎng)技術學院學報,2017,20(06):66-70.

[3] 侯麗春,張軍.基于 Proteus的汽車電工電子技術課程教學實踐[J].太原城市職業(yè)技術學院學報,2014(08):164-165.

[4] 王艷,樹龍珍.Proteus仿真軟件在電工電子實驗教學中的應用[J].泰州職業(yè)技術學院學報,2017,17(04):31-33.

[5] 范程華,蔣先偉,魯世斌,陳明生.Proteus在電工電子實訓中的應用[J].電子設計工程,2011,19(07):17-18+22.

[6] 陳知紅,王錦蘭.Proteus仿真軟件在電工學中的應用[J].實驗技術與管理,2014,31(02):93-95+128.