Proteus軟件在《汽電工電子基礎(chǔ)》—體化教學(xué)中的實(shí)踐與應(yīng)用

栗少云 齊靜 梁海鴿

摘要：《汽車電工電子基礎(chǔ)》是汽車維修專業(yè)中最基本的專業(yè)課程，其中電路實(shí)現(xiàn)的功能相對抽象，難以理解。該課程應(yīng)用性非常強(qiáng)，學(xué)生需要掌握理論知識的同時，又要完成實(shí)際工作任務(wù)，掌握較為困難，而且往往不能提起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。針對這種現(xiàn)象，可以將仿真軟件Proteus引入課堂。仿真軟件是輔助學(xué)生理解電工電子電路工作原理和各類元件、儀表使用方法的好Ig。如果將該軟件作為輔助教學(xué)，對電路進(jìn)行仿真，枯燥的電路變?yōu)閯討B(tài)、逼真地展現(xiàn)其工作原理，直觀形象提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對提高教學(xué)效果有很大的意義。

關(guān)鍵詞：軟件;Proteus;汽車電工電子

中圖分類號：U462文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1Proteus軟件

1.1軟件簡介

該軟件是英國Lab Center EIectronics公司出版的輔助仿真設(shè)計軟件。它不僅具有模擬電路的仿真功能，還能仿真數(shù)字電路。

1.2Proteus的仿真軟件的特點(diǎn)

（1）直觀的操作界面。Proteus的電路原理圖創(chuàng)建采用圖形化，電路中的元器件可以從Pick Device庫中直接搜索，而測量儀器（例如示波器、電壓表和電流表等）以及信號源（直流、正弦及脈沖等信號源）可以從面板直接選擇，使用非常便捷。

（2）豐富的元器件庫。Proteus軟件自帶的元件庫稱PickDevice庫，該庫把元器件分為36大類（Categorv），每個大類包括若干個子類，每個子類中包含非常多的元器件型號。

（3）兼容性強(qiáng)。Proteus作為模擬仿真軟件輸出的仿真文件，具有和其他軟件一起協(xié)同工作的仿真接口，可以在常用的AD、ORCAD等軟件中直接進(jìn)行修改、排布以及布線等工作。

2汽車電子教學(xué)內(nèi)容基本要求

傳統(tǒng)授課基本上是理論居多，內(nèi)容以推導(dǎo)公式為主，與學(xué)生互動較少，純粹的理論教學(xué)枯燥無味，很難調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性。要想提高學(xué)生對學(xué)習(xí)的積極性，就要把理論、仿真和實(shí)踐形成一體的教學(xué)模式，少理論、多仿真、多實(shí)踐，形成與學(xué)生互動的教學(xué)過程。以轉(zhuǎn)變教學(xué)方式、提高學(xué)生積極性和提高職業(yè)能力與素養(yǎng)為目標(biāo)《汽車電工電子基礎(chǔ)》中實(shí)驗(yàn)課程要求如下。

（1）項(xiàng)目一：安全用電。主要了解觸電的各種形式，安全用電須知和注意事項(xiàng)，熟悉觸電形式和掌握安全用電措施。

（2）項(xiàng)目二：直流電路的基礎(chǔ)知識及基本器件。了解電路的組成與元器件，掌握電路的基本定律，掌握串并聯(lián)電路的基本知識，掌握直流電動機(jī)知識，掌握交流電與交流發(fā)電機(jī)知識。能進(jìn)行電壓、電流、電阻和功率的運(yùn)算，能進(jìn)行串并聯(lián)電路簡單的計算，會用Proteus仿真歐姆定律和負(fù)載是星形、三角形連接時的三相交流電源。

（3）項(xiàng)目三：模擬電路。了解二極管、三極管知識，掌握整流電路和放大電路知識，了解串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源電路和晶閘管結(jié)構(gòu)以及臺燈調(diào)光電路。

（4）項(xiàng)目四：數(shù)字電路。掌握集成邏輯門電路應(yīng)用實(shí)例，會用Proteus仿真邏輯門電路。

（5）項(xiàng)目五：汽車電路識別。了解汽車基本電路，了解元件符號含義、代號及在車內(nèi)位置和狀態(tài)，掌握照明電路的工作過程，熟悉其他簡單汽車電路的工作原理，掌握汽車電路圖原理，會用Proteus仿真汽車照明電路。

（6）項(xiàng)目六：汽車微機(jī)控制系統(tǒng)電路。了解汽車微機(jī)控制的特點(diǎn)和掌握汽車微機(jī)控制的分類，了解電控單元的知識和掌握傳感器的基本性能。能進(jìn)行汽車微機(jī)控制的維護(hù)、保養(yǎng)和電控傳感器的維護(hù)，會用Proteus仿真汽車微機(jī)控制電路。

3Proteus在《汽車電工電子基礎(chǔ)》上的仿真與應(yīng)用

3.1用Proteus仿真三極管放大電路

首先的操作如下：打開Proteus，新建設(shè)計1，對照三極管電路原理圖選擇對應(yīng)元件，構(gòu)建仿真電路，并在圖中加入仿真示波器，按下仿真運(yùn)行鍵后可通過其觀察示波器輸出波形。此電路為低頻小信號電壓放大電路，輸入的交流信號Ui正常地被放大，放大之后的交流信號輸出加到負(fù)載上，仿真電路原理圖如圖1所示。在示波器顯示輸出波形如圖1右側(cè)所示，其中黃色正弦波A為輸入激勵信號，藍(lán)色正弦波B為經(jīng)過放大后的輸出信號。

通過Proteus進(jìn)行仿真演示后，學(xué)生可以更直觀地看到輸入幅值為30mV的低電壓信號交流電放大為幅值為5V的交流電。這樣就能夠使學(xué)生不再局限于教材上空洞枯燥的電路知識，而是生動形象地理解了三極管的放大作用，加深了該知識點(diǎn)的掌握。

3.2用Proteus仿真汽車雨刷器

汽車雨刷器工作電路主要有單片機(jī)AT89C52、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832和其他一些電氣元件如繼電器、直流電機(jī)、LED和開關(guān)等構(gòu)成。LED汽車雨刷器一般有2種模式：自動和手動模式。其中手動擋有3個擋位選擇，分別為1擋、2擋和3擋，并分別有對應(yīng)的LED指示燈。在自動模式下，當(dāng)檢測到有雨滴（電位器的變化模仿雨滴的量，然后進(jìn)入AD芯片處理），自動雨刷開啟，雨滴的密度決定擋位的選擇，有1～3擋。在手動模式下，可以手動通過多路開關(guān)選擇擋位，有1～3擋。仿真圖運(yùn)行后如圖2所示。

通過Proteus模擬汽車雨刷器的電路工作，使學(xué)生在不用操作實(shí)車的情況下就能感受到雨刷的工作情況，仿真結(jié)果非常直觀，能夠使學(xué)生容易掌握并理解該知識點(diǎn)。

另外通過Proteus還能實(shí)現(xiàn)汽車左右轉(zhuǎn)向燈系統(tǒng)、胎壓溫度檢測系統(tǒng)和汽車速度顯示報警系統(tǒng)等的設(shè)計與仿真，如果元器件連接錯誤，當(dāng)運(yùn)行仿真時就會提示錯誤。如果電路的仿真全部正確，仿真結(jié)果也符合預(yù)期的要求，可按照仿真圖制作PCB電路板，在設(shè)計PCB時對元器件以及走線進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，確保電路中功率、信號和高頻等分開設(shè)計，保證其工作的穩(wěn)定。

4實(shí)際教學(xué)效果

結(jié)合對2017級汽車維修專業(yè)5年制高級工班近30名學(xué)生的實(shí)踐證明，讓學(xué)生通過動腦設(shè)計電路，使用Proteus軟件對實(shí)驗(yàn)中電路搭建并仿真，讓枯燥的理論和公式變得直觀、形象，學(xué)生掌握知識點(diǎn)和對知識點(diǎn)的理解相比較之前更加深刻。

4.1仿真試驗(yàn)的直觀性，使學(xué)生的興趣大幅度提高

目前一體化教學(xué)模式在中職院校得到大力推廣，而Proteus仿真軟件的應(yīng)用將電子電路基礎(chǔ)的傳統(tǒng)式理論教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化且動態(tài)直觀的現(xiàn)代化教學(xué)模式。把傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所能做的實(shí)驗(yàn)搬到了計算機(jī)屏幕上，這是一體化教學(xué)中理論、仿真和實(shí)踐的三合一體現(xiàn)，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.2安全、省時、省費(fèi)用

在教學(xué)中，使用Proteus仿真軟件只是在計算機(jī)上進(jìn)行模擬仿真與試驗(yàn)，避免學(xué)生由于接錯電路或者操作不當(dāng)引起的安全事故。傳統(tǒng)的電子電路實(shí)驗(yàn)是基于PCB印制板或者萬能電路板上進(jìn)行的，需要安裝元器件、連接導(dǎo)線等操作，這樣的操作費(fèi)時費(fèi)力，而且很容易損壞元器件并且有安全風(fēng)險。應(yīng)用該仿真軟件在計算機(jī)上，可以方便對元件的參數(shù)進(jìn)行修改，縮短了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備時間，有利于在單位時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的試驗(yàn)，不僅對學(xué)生的興趣有極大的提高，也大大提高了教學(xué)的效率。

4.3展示技能，拓展提升

深入掌握了Proteus的使用方法后，還可以利用業(yè)余時間將其拓展應(yīng)用到單片機(jī)的學(xué)習(xí)和PCB的制作上。學(xué)生的學(xué)習(xí)能力得到充分的拓展，基礎(chǔ)知識掌握得到充分鞏固，Proteus將是推動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的一個有力手段。