Protues在電子電路測試與仿真中的應(yīng)用

胡湘娟 楊毅

【摘要】分析實踐教學(xué)在高等工科院校人才培養(yǎng)過程中的重要作用，根據(jù)電子信息專業(yè)實踐教學(xué)探索， 本文介紹一些有效的方法，將電子電路實踐教學(xué)與采用 Protues 電路仿真軟件輔助教學(xué)高效融合相輔相成，進(jìn)行實踐教學(xué)改革，充分體現(xiàn)因材施教的教學(xué)思想，真正提高實踐教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】電子電路;Protues;實踐教學(xué)改革

電子信息類應(yīng)用型本科學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)已經(jīng)成為人才培養(yǎng)規(guī)格的一個重要的標(biāo)志和特征。各高校正在探索如何加強(qiáng)實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力。其突破口和側(cè)重點各個高校都有不同的作法和經(jīng)驗。

為此，邵陽學(xué)院信息系電子信息工程專業(yè)（首批湖南省特色專業(yè)）教研室與電子工程實踐教學(xué)中心（湖南省級示范實踐教學(xué)中心）強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，推進(jìn)電子信息工程專業(yè)的實踐教學(xué)改革和研究，進(jìn)行“開放實驗室環(huán)境下的電子電路測試與仿真實驗教學(xué)的研究與實踐”項目研究，對獨立開設(shè)的實驗課程電子電路測試與仿真，進(jìn)行實驗教學(xué)內(nèi)容、方法、手段、教材等方面的改革研究和“虛”“實”結(jié)合的特色化教學(xué)實踐。

1.電子信息工程專業(yè)實踐教學(xué)體系

根據(jù)電子信息工程專業(yè)（以下簡稱電信專業(yè)）自身的條件和特點，構(gòu)建分模塊多層次的實踐教學(xué)體系：以培養(yǎng)實踐動手能力強(qiáng)、專業(yè)特色明顯、具有創(chuàng)新思維能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，建立分模塊、多層次、相互銜接行之有效的實踐教學(xué)體系。

表1所示把工程實踐能力和科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)劃分為“基礎(chǔ)實驗→專業(yè)實驗→能力訓(xùn)練→科創(chuàng)研究”四個層次，每一層次能力逐級提升， 相互銜接，上下融合。

表1 電子信息工程專業(yè)實踐教學(xué)體系

實踐環(huán)節(jié) 依托平臺 能力培養(yǎng) 性質(zhì) 參與學(xué)生比例

基礎(chǔ)實驗

專業(yè)實驗

電子工程基礎(chǔ)訓(xùn)練 基礎(chǔ)實驗平臺

專業(yè)實驗平臺 專業(yè)技術(shù)及技術(shù)實踐能力 教學(xué)計劃內(nèi) 100%

綜合實驗

課程設(shè)計 專業(yè)實驗平臺 實踐應(yīng)用能力 教學(xué)計劃內(nèi) 100%

實訓(xùn)、實習(xí)

畢業(yè)設(shè)計 實訓(xùn)實習(xí)平臺

創(chuàng)新科研平臺 工程實踐能力 教學(xué)計劃內(nèi) 100%

創(chuàng)新研究

科研參與

學(xué)科競賽 創(chuàng)新科研平臺 創(chuàng)新能力，科研、技術(shù)開發(fā)能力 教學(xué)計劃外 優(yōu)勝劣汰，考核選拔，保持適當(dāng)比例

2.電子電路測試與仿真課程的實驗教學(xué)研究

根據(jù)本科教學(xué)計劃要求和實踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，電信專業(yè)自2012年對課程設(shè)置做了較大修改和調(diào)整，提高了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)所占比重，增加了獨立開設(shè)的實驗課程數(shù)目，突出了實踐教學(xué)重要性。將電子技術(shù)基礎(chǔ)課程（包含電路分析、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)三門課程）的實驗教學(xué)內(nèi)容獨立出來，開設(shè)兩門獨立實驗課程電子電路測試與仿真和現(xiàn)代電子系統(tǒng)實驗。

電子電路測試與仿真課程，處于實踐教學(xué)體系的第一層次，施教于第二學(xué)期，將電路分析和模擬電子技術(shù)理論知識應(yīng)用于實踐，要求學(xué)生了解電子電路測試與仿真基本方法;掌握典型電子電路的功能、工作原理、設(shè)計方法;掌握使用軟件繪制電子電路原理圖，并會利用儀器儀表進(jìn)行電子電路測試和檢測。熟悉使用軟件對電子電路進(jìn)行指標(biāo)測試和功能測試。

電子電路測試與仿真課程的實驗教學(xué)內(nèi)容可劃分為三大模塊：元器件模塊、單元電路模塊、綜合電路模塊。在實踐教學(xué)中充分應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)與方法，對課程教學(xué)采用多媒體技術(shù)授課，課件上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在選擇實驗手段時，注重虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，形成個性化分層次實施實驗及“虛”“實”結(jié)合的特色化教學(xué)實踐。

具體實驗項目內(nèi)容如表2所示。

表2 電子電路測試與仿真課程實驗項目

模塊 實驗項目

元器件模塊 電容元件、電感元件、電阻元件、二極管元件、三極管元件、集成電路等

單元電路模塊 濾波電路、整流電路、比較電路、穩(wěn)壓電路、電流放大電路、電壓放大電路、功率放大電路、振蕩電路、反饋電路、諧振電路、模擬運算電路等

綜合電路模塊 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路、三端穩(wěn)壓電源電路、三端可調(diào)電源電路、開關(guān)電源電路、信號發(fā)生器電路、組合電源電路、紅外線收發(fā)電路組件等

根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和實驗項目內(nèi)容，在具體的實驗實施過程中把整個課程實驗分為5個層次對學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練：第一層次是驗證性實驗，第二層次是設(shè)計性單元電路，第三層次是綜合性功能電路實驗，第四是功能電路設(shè)計實現(xiàn)，第五層次是對指標(biāo)和性能提出較高要求的項目訓(xùn)練。

第一、二、三層次要求所有學(xué)生必須參加，而第四、第五層次是針對學(xué)習(xí)進(jìn)度快、基礎(chǔ)扎實、動手能力強(qiáng)、學(xué)習(xí)效果好、興趣愛好濃的學(xué)有余力的學(xué)生開設(shè)的，先要求學(xué)生進(jìn)行模擬軟件設(shè)計電路、仿真、測試，再進(jìn)行硬件實現(xiàn)，利用儀器儀表完成功能測試和指標(biāo)測量。實驗課程教學(xué)靈活地采用集中指導(dǎo)、自主訓(xùn)練和項目驅(qū)動等教學(xué)方式，使學(xué)生逐步形成學(xué)生自主式、合作式、研究式為主的學(xué)習(xí)方式。

3.Protues在電子電路測試與仿真中的應(yīng)用

Protues 是指一種現(xiàn)代化通用電路分析軟件，廣泛應(yīng)用于電子線路計算機(jī)輔助分析和設(shè)計。如今，高版本的Protues 能夠?qū)δM電子線路從三個層面進(jìn)行分析——直流、瞬態(tài)、交流，還能對數(shù)字電子電路和數(shù)?；旌想娐愤M(jìn)行比對分析[6]。

采用Protues仿真軟件進(jìn)行電子電路測試實驗，具有比較明顯的優(yōu)勢，例如涉及到的實驗內(nèi)容全面，可涵蓋表2三大模塊的幾乎所有實驗項目內(nèi)容，實驗投入少元器件損耗小，學(xué)生可自行實驗，不受實驗室硬件條件限制，與工程實踐最為接近，對元器件的參數(shù)設(shè)置和改變電路連接非常靈活，便于實現(xiàn)不同功能電路的指標(biāo)和性能要求。在實驗過程中，學(xué)生先進(jìn)行仿真實驗，再在硬件平臺上進(jìn)行驗證，完成第一、二層次的實驗項目，而對于第三層次的項目，要求學(xué)生完成仿真設(shè)計和測試，然后學(xué)生可以進(jìn)行更高層次的創(chuàng)新設(shè)計和開發(fā)項目的研究。

Protues在電子電路測試與仿真中的應(yīng)用，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）可對所有實驗內(nèi)容進(jìn)行實驗仿真操作，僅僅只需一臺電腦安裝Protues軟件，而元器件成本幾乎為零。

（2）能在不變換電路元件的條件下，僅僅通過改變電路參數(shù)來改變電路的性能，實驗結(jié)果非常直觀，而實驗過程簡便，實驗損耗幾乎為零。

（3）Protues提供了幾乎所有電子儀器——示波器、掃頻儀、邏輯分析儀、器件特性分析儀及信號源等。學(xué)生直接可以獲得各種實驗結(jié)果，如輸入輸出波形、頻率特性曲線、動態(tài)變化曲線等。

（4）對于設(shè)計性、綜合性實驗項目及對指標(biāo)和性能提出較高要求的項目，可對學(xué)生的方案進(jìn)行設(shè)計和仿真測試，驗證方案是否可行，便于方案的修改和調(diào)整。

（5）PCB的自動布線功能，能實現(xiàn)從原理圖到PCB圖的轉(zhuǎn)換，為電路的硬件實現(xiàn)提供了方便。

（6）學(xué)生通過Protues仿真實驗，積累大量電路原理圖和功能仿真、性能測試的經(jīng)驗，為綜合電路模塊的項目實驗甚至為未來創(chuàng)新能力，科研、技術(shù)開發(fā)能力的提高奠定非常好的基礎(chǔ)。

（7）能將學(xué)科競賽培訓(xùn)的部分內(nèi)容融入到實驗課程的訓(xùn)練中進(jìn)行。

4.教學(xué)效果

我們對獨立開設(shè)的實驗課程電子電路測試與仿真，在開放實驗室環(huán)境下進(jìn)行實驗教學(xué)內(nèi)容、方法、手段等方面的改革研究和“虛”“實”結(jié)合的特色化教學(xué)實踐。實踐教學(xué)取得很好成效。（1）使得實驗課程能夠吸引學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，且使得學(xué)生對于電子電路方面的研究分析與模擬仿真能力得到大幅度的提升;（2）學(xué)生實踐動手能力、綜合知識應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識與思維能力得到提高;（3）形成了一個具有較強(qiáng)實踐能力和實踐教學(xué)指導(dǎo)的師資隊伍，提高了教師進(jìn)行實踐教學(xué)和科學(xué)研究的能力;（4）成為競賽培訓(xùn)的重要一環(huán)，促進(jìn)了學(xué)生競賽成績的提高。近三年，學(xué)生參加全國電子競賽、應(yīng)用型人才技能競賽及科技作品競賽，獲得國家二等獎1項、三等獎1項、優(yōu)秀獎3項，獲省級一等獎3項、二等獎6項，三等獎12項，優(yōu)秀獎7項。

根據(jù)電信專業(yè)自身的條件和特點，對多年的實踐教學(xué)經(jīng)驗和成果進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)行了“開放實驗室環(huán)境下的電子電路測試與仿真實驗教學(xué)的研究與實踐”項目研究。雖然教學(xué)改革取得了一定成效，但是還存在或多或少的問題和缺點，還有待進(jìn)一步改革探索，還需通過實踐不斷加以檢驗和完善。

參考文獻(xiàn)

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[6]劉建海，方曉群.Protues仿真軟件在電子實訓(xùn)課程中的應(yīng)用[J].電子制作，2014（6）：115.

基金項目：湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度課題（XJK013CGD022）;邵陽學(xué)院教改項目（2013JG30）。

作者簡介：胡湘娟（1980—），女，湖南湘潭人，碩士，邵陽學(xué)院信息工程系教師，主要從事電子信息工程的教學(xué)、研究。