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      Proteus在中職電類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

      2017-09-22 09:44:03魏克慧
      福建輕紡 2017年4期
      關(guān)鍵詞:基爾霍夫電類定律

      魏克慧

      (集美工業(yè)學(xué)校,福建 廈門 361022)

      Proteus在中職電類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

      魏克慧

      (集美工業(yè)學(xué)校,福建 廈門 361022)

      Proteus軟件具有強(qiáng)大的仿真功能,可以仿真、分析各種模擬電路與集成電路,特別是對單片機(jī)及其外圍電路組成的綜合系統(tǒng)的交互仿真,可以動態(tài)直觀地顯示電路的運(yùn)行情況。將Proteus仿真軟件引入中等職業(yè)學(xué)校電類專業(yè)教學(xué),如電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能、電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能以及單片機(jī)等課程,將抽象的內(nèi)容形象化、直觀化,使得枯燥無味的理論知識變得生動有趣,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,改善了教學(xué)效果。學(xué)校建立Proteus仿真實(shí)驗(yàn)室,可以降低實(shí)驗(yàn)成本,提高教學(xué)效率;學(xué)生運(yùn)用Proteus軟件進(jìn)行課余學(xué)習(xí),打破了時(shí)空限制,有助于加深對理論知識的理解。

      Proteus;仿真;中職;電類專業(yè);教學(xué)

      中等職業(yè)學(xué)校電類專業(yè)有電子技術(shù)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)、制冷與空調(diào)以及電氣安裝與維修等。它的主干課程包括電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能、電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能以及單片機(jī)原理與應(yīng)用等等。在教學(xué)過程中,應(yīng)用Proteus軟件強(qiáng)大的仿真功能,直觀、形象地展示電路的運(yùn)行情況,便于學(xué)生的理解,有助于提高教學(xué)效果。

      1 Proteus軟件簡介

      Proteus軟件是一種電子設(shè)計(jì)自動化(EDA)系統(tǒng),誕生于上個(gè)世紀(jì)90年代,由英國Labcenter electonics公司研發(fā)。它的構(gòu)成主要有ISIS電路設(shè)計(jì)與仿真平臺、PEOS PICE模數(shù)混合仿真器、VSM單片機(jī)/嵌入式系統(tǒng)協(xié)同仿真和ARES PCB設(shè)計(jì)。軟件提供了大量模擬與數(shù)字元器件及外部設(shè)備,各種虛擬儀器,它可以仿真、分析各種模擬電路與集成電路,特別是對單片機(jī)及其外圍電路組成的綜合系統(tǒng)的交互仿真。在編譯調(diào)試方面,支持Keil 軟件和MPLAB等第三方開發(fā)工具。

      2 Proteus軟件在中職電類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

      2.1 Proteus軟件在電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)中的應(yīng)用

      電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能是中職電類專業(yè)學(xué)生入學(xué)以來學(xué)習(xí)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,是學(xué)習(xí)后續(xù)其他專業(yè)課程的基礎(chǔ),非常重要。不過它理論性很強(qiáng),而這恰恰是中職生普遍不感興趣的。教學(xué)中,應(yīng)用Proteus軟件進(jìn)行輔助教學(xué),化抽象為具體,可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

      基爾霍夫定律是分析電路的最基本的定律,它包括基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律。接下來以它的講解為例。傳統(tǒng)的教學(xué)中,先介紹定律的具體內(nèi)容,如基爾霍夫電流定律(又稱為節(jié)點(diǎn)電流定律)指出電路中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)上,在任一時(shí)刻流入節(jié)點(diǎn)的電流之和,等于流出節(jié)點(diǎn)的電流之和。基爾霍夫電壓定律(又稱為回路電壓定律)說明在一個(gè)閉合回路中,從一點(diǎn)出發(fā)繞回路一周回到該點(diǎn)時(shí),各段電壓(電壓降)的代數(shù)和等于零。介紹完定律內(nèi)容后,開始舉例,根據(jù)定律列等式。

      引入Proteus軟件后,學(xué)生可以先在Proteus的原理圖編輯窗口中繪制電路,如圖1-1所示,其中3個(gè)電流表分別用于測量各支路電流。啟動仿真后,3個(gè)電流表分別顯示各支路電流大小。學(xué)生可以很直觀地觀察到對于節(jié)點(diǎn)A有流入的電流之和為12A,流出的電流之和為3+9=12A,即對于節(jié)點(diǎn)A有流入的電流之和等于流出的電流之和,加深了對基爾霍夫電流定律的理解。

      同樣地,學(xué)生可以選取電壓表測量各段電壓,驗(yàn)證基爾霍夫電壓定律,如圖1-2所示。

      在教學(xué)中,學(xué)生還可以任意更改電路的結(jié)構(gòu)或者元器件的參數(shù),并通過仿真來驗(yàn)證基爾霍夫定律,加深理解。

      圖1-1 基爾霍夫電流定律實(shí)例仿真電路

      2.2 Proteus軟件在電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)中的應(yīng)用

      電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能也是中職電類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,它的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng),涉及的基本概念較多,學(xué)生不易理解。它包括模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩部分。

      2.2.1 Proteus軟件在模擬電子技術(shù)中的應(yīng)用

      模擬電子技術(shù)內(nèi)容包括半導(dǎo)體器件的識別與檢測、基本放大電路的認(rèn)識、常用放大器及其應(yīng)用等內(nèi)容。以放大電路中靜態(tài)工作點(diǎn)對放大波形的影響為例,學(xué)生在Proteus的原理圖編輯窗口中繪制電路并啟動仿真,其中輸入信號設(shè)置為頻率1kHz、峰峰值30mV的正弦波,如圖2-1所示。調(diào)節(jié)RP可以改變基極偏置電阻的大小,進(jìn)而改變IBQ,靜態(tài)工作點(diǎn)隨之發(fā)生改變。通過虛擬示波器,可以觀察到當(dāng)基極偏置電阻偏小時(shí),靜態(tài)工作點(diǎn)偏高,輸出電壓波形的負(fù)半周被切割,即產(chǎn)生了飽和失真,如圖2-2所示,反之則產(chǎn)生了截止失真,如圖2-3所示。通過該仿真電路,學(xué)生很容易就理解了靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的重要性。

      圖1-2 基爾霍夫電壓定律實(shí)例仿真電路

      圖2-1 放大電路輸出波形的仿真電路

      圖2-2 飽和失真波形的觀測

      圖2-3 截止失真波形的觀測

      2.2.2 Proteus軟件在數(shù)字電子技術(shù)中的應(yīng)用

      數(shù)字電子技術(shù)內(nèi)容包括數(shù)字信號與邏輯電路的認(rèn)識、組合邏輯電路的認(rèn)識及應(yīng)用、觸發(fā)器及其應(yīng)用電路的制作以及寄存器和計(jì)數(shù)器的應(yīng)用等。以組合邏輯電路中十進(jìn)制編碼、譯碼顯示電路為例,學(xué)生在Proteus的原理圖編輯窗口中繪制電路并啟動仿真,如圖2-4所示。其中紅色代表高電平,藍(lán)色代表低電平。設(shè)置按鈕開關(guān)S1-S9的不同狀態(tài),可以分別觀察到編碼器74LS147、非門集成電路74LS04、譯碼器74LS247以及數(shù)碼管對應(yīng)的輸出狀態(tài)。編碼器74LS147是一種常用的8421BCD碼集成優(yōu)先編碼器,對于“優(yōu)先” 含義的理解,學(xué)生可以通過設(shè)置按鈕開關(guān)S1-S9的不同狀態(tài),直接觀察數(shù)碼管顯示的數(shù)字即可。例如圖2-4中按下開關(guān)S9,無論S1-S8如何設(shè)置,數(shù)碼管顯示“9”,說明74LS147與開關(guān)S9相連的引腳優(yōu)先級別高于與其他開關(guān)相連的引腳。同理斷開開關(guān)S9,按下S8,無論S1-S7如何設(shè)置,數(shù)碼管顯示“8”,以此類推,不難得到74LS147各輸入的優(yōu)先級別。通過該仿真電路,學(xué)生能夠了解編碼、譯碼及顯示的過程,以及功能電路之間的連接。

      2.3 Proteus軟件在單片機(jī)課程中的應(yīng)用

      單片機(jī)課程實(shí)踐性很強(qiáng),涵蓋的內(nèi)容豐富,要求學(xué)生有較好的抽象思維和邏輯思維能力,這恰恰是中職學(xué)生比較欠缺的,學(xué)生普遍感到難以理解。

      在教學(xué)中利用Proteus軟件繪制仿真電路,結(jié)合keil軟件編寫的程序以及聯(lián)合調(diào)試進(jìn)行實(shí)例演示,將抽象的內(nèi)容動態(tài)直觀地展示出來,便于學(xué)生的理解,極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,進(jìn)而主動地進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,既了解了電路結(jié)構(gòu),又提高了編程能力,增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的信心。以“按鍵控制小燈的設(shè)計(jì)”為例,該項(xiàng)目需要實(shí)現(xiàn)的功能是:當(dāng)按下按鍵時(shí),小燈亮,否則小燈滅。通過該項(xiàng)目的學(xué)習(xí),學(xué)生學(xué)會單片機(jī)端口包含按鍵的電路連接,學(xué)會if選擇語句的使用方法,進(jìn)一步學(xué)習(xí)了Keil軟件仿真及調(diào)試模式下I/O口與變量狀態(tài)的觀察,了解了鍵盤檢測原理及其應(yīng)用。仿真電路如圖3所示。

      3 結(jié)束語

      Proteus 仿真軟件提供了大量的虛擬儀器和電子元件。對學(xué)校而言,建立Proteus仿真實(shí)驗(yàn)室,可以根據(jù)需要選用多種虛擬儀器和元器件,更改元器件的參數(shù),以及避免實(shí)際操作中因操作不當(dāng)造成儀器儀表損毀等危險(xiǎn),有利于降低實(shí)驗(yàn)成本,效率更高、互動性更好。對學(xué)生而言,Proteus仿真軟件打破了學(xué)習(xí)的時(shí)空限制。學(xué)生可以在安裝好Proteus軟件的電腦上,利用課余時(shí)間,進(jìn)行各種電路的分析和調(diào)試,加深對理論知識的理解,提升自身的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。將Proteus仿真軟件引入中職電類專業(yè)教學(xué),將抽象的內(nèi)容形象化、直觀化,使得枯燥無味的理論知識變得生動有趣,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,改善了教學(xué)效果。

      圖2-4 編碼、譯碼顯示電路

      圖3 按鍵控制小燈

      [1]陳振源.電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能(第二版)[M].北京:高等教育出版社.2014.

      [2]周紹敏.電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能(第二版)[M].北京:高等教育出版社.2014.

      [3]陳雅萍,等.單片機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)訓(xùn)—項(xiàng)目式教學(xué)[M].北京:高等教育出版社.2011.

      [4]武玉升. Proteus在高職電類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].中國教育技術(shù)裝備,2015(16):14-16.

      [5]劉勇,李海.基于Proteus的電子基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)模式改革[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013(1):239-240.

      [6]江鳳兵.基于Proteus的單片機(jī)課程教學(xué)應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)仿真[J].福建電腦,2014(11):202-204.

      [7]宋維波,郭顯久,等.基于Proteus的數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)方法研究[J].課程教育研究,2012(19):23-24.

      G712

      :A

      :1007-550X(2017)04-0048-04

      10.3969/j.issn.1007-550X.2017.04.005

      2017-02-20

      魏克慧(1980- ),女,福建建甌人,中級講師,研究方向:電子與通信工程。

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