Proteus在数模综合设计实训教学中的应用

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  【摘 要】Proteus是一款结合了电路分析设计与实物仿真调试的软件。按照新的电子电路设计方法将Proteus软件应用于数模综合设计实训教学中,利用其强大的仿真调试功能,解决传统的电子电路设计基于硬件开发的弊端,提高学生主动学习能力和创新实践能力,改善实训教学效果。
  【关键词】Proteus;数模综合设计;实训教学
  一、引言
  数模综合设计实训是综合了数字电子技术和模拟电子技术知识的一门重要实践课程,是通信工程专业所开的必修课。其目的是使学生巩固和加深数字电子技术和模拟电子技术的理论知识,锻炼学生的动手实践能力,通过对电路设计、调试、英文资料阅读分析、分析测试结果等环节,让学生将数字和模拟电子技术的理论知识和实践很好的结合起来,初步掌握电子电路工程设计技能,以达到我院培养具有宽厚理论基础和较强实践能力的高素质的复合性应用型的高级专门人才目标。
  传统的电子电路(包括数字电子电路、模拟电子电路、单片机嵌入式系统电路等)开发步骤[1]是:①购买相关的电子元器件②绘制电路原理图③根据电路原理图在万能板上搭建出实际电路④在示波器、函数信号发生器、直流电源、万用表等电子仪器的配合下调试电路⑤绘制PCB图,制板,焊接,再调试,直到完成。
  新方法的开发步骤是:首先,在计算机(PC机)上用仿真软件绘制电路原理图;其次,在PC机上使用仿真软件进行调试——绘制一个发光二极管,这个二极管就能发光;绘制一个蜂鸣器,这个蜂鸣器就能发声;绘制一个示波器,这个示波器就可以用来测试波形……可一边修改一边测试,直至调试完成;最后,购买电子元器件,用同一软件绘制PCB图,制板,焊接,再调试,直至完成。新方法的优势在于无须预先购买电子元件,在PC机上就可调试完成(假若某方案不行,即换其他方案),从而缩短开发周期,降低开发费用,节省各方面开支。
  Proteus 就是一款集合了电路分析与实物仿真,既可设计电路原理图,亦可绘制PCB图的软件。本文以Proteus软件为例,介绍其在数模综合设计实训教学中的应用。
  二、Proteus软件介绍
  Proteus是英国Labcenter Electronics公司研发的电子设计自动化系统,主要由ISIS电路设计与仿真模块、ProSPICE模数混合仿真器、VSM单片机/嵌入式系统协同仿真和ARES PCB(印制电路板)设计构成,是一个真正实现了由概念到产品的EDA工具[2]。
  Proteus的特点:①强大的原理图设计和PCB设计功能。为原理图设计提供超过50000个元器件,拥有丰富的封装库。②仿真调试功能。超过40000个仿真模型——处理器的仿真模型、大量外围器件和芯片的仿真模型,如RAM、ROM、SPI和IIC器件、AD/DA、74系列、82系列、常用元件、键盘、电机、LED、LCD、传感器、数码管……③提供了大量的信号源和虚拟仪器、高级仿真图表,如函数信号发生器、示波器、万用表、逻辑分析仪等。
  三、以实例彩灯循环控制器的设计电路体现Proteus在数模综合设计实训教学中的应用
  数模综合设计实训的任务主要包括方案论证、系统电路设计分析、单元功能电路设计、元器件选择、计算机辅助设计仿真、系统综合调试与总结等。假若按照传统的电子电路开发步骤来设计的话,学生要先购买元器件之后才能进行电路原理图设计,搭建实际电路进行调试,如果调试过程中不小心把元件弄坏或者要换其他方案的话,需要重新购买元件从头开始设计,这样的话就花费很多物力和人力,也会影响积极性。本文按照新的方法用Proteus软件实现彩灯循环控制器的设计电路。
  (一)用Proteus ISIS对电路原理图进行仿真调试
  在计算机上用Proteus ISIS搭建出彩灯循环控制器电路原理图(如图1所示),打开仿真,就能看到发光二极管流水依次点亮,通过调整555定时器的电阻可以改变发光二极管闪烁的频率,可以按照设计要求对原理图上的元件进行更换、增加等操作,亦可实时计算、修改元器件参数直至完全满足设计目标,完成最终电路原理图设计,确定元器件。
  (二)用Proteus ARES绘制PCB图
  四、结束语
  在数模综合设计实训教学中,通过Proteus软件进行仿真调试,克服了实验教学中必须基于实际电子元器件的弊端,能够很好地把理论知识和实践相结合,可以在设计过程中把所想及时实现、随时更换元件和计算调整参数,激发学习热情使得学生主动、积极地设计电路,取得良好实践教学效果的同时,提高学生的实践动手能力和创新能力。
  参考文献:
  [1]杜树春.基于Proteus的模拟电路分析与仿真[M].北京:电子工业出版社,2013.1-10.
  [2]周灵斌,任开杰.基于Proteus的电路与PCB设计[M].北京:电子工业出版社,2010.1-20.
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