Proteus在數(shù)模綜合設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

【摘 要】Proteus是一款結(jié)合了電路分析設(shè)計(jì)與實(shí)物仿真調(diào)試的軟件。按照新的電子電路設(shè)計(jì)方法將Proteus軟件應(yīng)用于數(shù)模綜合設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，利用其強(qiáng)大的仿真調(diào)試功能，解決傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)基于硬件開(kāi)發(fā)的弊端，提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力，改善實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】Proteus；數(shù)模綜合設(shè)計(jì)；實(shí)訓(xùn)教學(xué)

一、引言

數(shù)模綜合設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)是綜合了數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)知識(shí)的一門重要實(shí)踐課程，是通信工程專業(yè)所開(kāi)的必修課。其目的是使學(xué)生鞏固和加深數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)的理論知識(shí)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，通過(guò)對(duì)電路設(shè)計(jì)、調(diào)試、英文資料閱讀分析、分析測(cè)試結(jié)果等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生將數(shù)字和模擬電子技術(shù)的理論知識(shí)和實(shí)踐很好的結(jié)合起來(lái)，初步掌握電子電路工程設(shè)計(jì)技能，以達(dá)到我院培養(yǎng)具有寬厚理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)實(shí)踐能力的高素質(zhì)的復(fù)合性應(yīng)用型的高級(jí)專門人才目標(biāo)。

傳統(tǒng)的電子電路（包括數(shù)字電子電路、模擬電子電路、單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)電路等）開(kāi)發(fā)步驟[1]是：①購(gòu)買相關(guān)的電子元器件②繪制電路原理圖③根據(jù)電路原理圖在萬(wàn)能板上搭建出實(shí)際電路④在示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、直流電源、萬(wàn)用表等電子儀器的配合下調(diào)試電路⑤繪制PCB圖，制板，焊接，再調(diào)試，直到完成。

新方法的開(kāi)發(fā)步驟是：首先，在計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）上用仿真軟件繪制電路原理圖；其次，在PC機(jī)上使用仿真軟件進(jìn)行調(diào)試——繪制一個(gè)發(fā)光二極管，這個(gè)二極管就能發(fā)光；繪制一個(gè)蜂鳴器，這個(gè)蜂鳴器就能發(fā)聲；繪制一個(gè)示波器，這個(gè)示波器就可以用來(lái)測(cè)試波形……可一邊修改一邊測(cè)試，直至調(diào)試完成；最后，購(gòu)買電子元器件，用同一軟件繪制PCB圖，制板，焊接，再調(diào)試，直至完成。新方法的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)須預(yù)先購(gòu)買電子元件，在PC機(jī)上就可調(diào)試完成（假若某方案不行，即換其他方案），從而縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，節(jié)省各方面開(kāi)支。

Proteus 就是一款集合了電路分析與實(shí)物仿真，既可設(shè)計(jì)電路原理圖，亦可繪制PCB圖的軟件。本文以Proteus軟件為例，介紹其在數(shù)模綜合設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用。

二、Proteus軟件介紹

Proteus是英國(guó)Labcenter Electronics公司研發(fā)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)，主要由ISIS電路設(shè)計(jì)與仿真模塊、ProSPICE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（印制電路板）設(shè)計(jì)構(gòu)成，是一個(gè)真正實(shí)現(xiàn)了由概念到產(chǎn)品的EDA工具[2]。

Proteus的特點(diǎn)：①?gòu)?qiáng)大的原理圖設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)功能。為原理圖設(shè)計(jì)提供超過(guò)50000個(gè)元器件，擁有豐富的封裝庫(kù)。②仿真調(diào)試功能。超過(guò)40000個(gè)仿真模型——處理器的仿真模型、大量外圍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、鍵盤、電機(jī)、LED、LCD、傳感器、數(shù)碼管……③提供了大量的信號(hào)源和虛擬儀器、高級(jí)仿真圖表，如函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、示波器、萬(wàn)用表、邏輯分析儀等。

三、以實(shí)例彩燈循環(huán)控制器的設(shè)計(jì)電路體現(xiàn)Proteus在數(shù)模綜合設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

數(shù)模綜合設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)的任務(wù)主要包括方案論證、系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)分析、單元功能電路設(shè)計(jì)、元器件選擇、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)仿真、系統(tǒng)綜合調(diào)試與總結(jié)等。假若按照傳統(tǒng)的電子電路開(kāi)發(fā)步驟來(lái)設(shè)計(jì)的話，學(xué)生要先購(gòu)買元器件之后才能進(jìn)行電路原理圖設(shè)計(jì)，搭建實(shí)際電路進(jìn)行調(diào)試，如果調(diào)試過(guò)程中不小心把元件弄壞或者要換其他方案的話，需要重新購(gòu)買元件從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)，這樣的話就花費(fèi)很多物力和人力，也會(huì)影響積極性。本文按照新的方法用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)彩燈循環(huán)控制器的設(shè)計(jì)電路。

（一）用Proteus ISIS對(duì)電路原理圖進(jìn)行仿真調(diào)試

在計(jì)算機(jī)上用Proteus ISIS搭建出彩燈循環(huán)控制器電路原理圖（如圖1所示），打開(kāi)仿真，就能看到發(fā)光二極管流水依次點(diǎn)亮，通過(guò)調(diào)整555定時(shí)器的電阻可以改變發(fā)光二極管閃爍的頻率，可以按照設(shè)計(jì)要求對(duì)原理圖上的元件進(jìn)行更換、增加等操作，亦可實(shí)時(shí)計(jì)算、修改元器件參數(shù)直至完全滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，完成最終電路原理圖設(shè)計(jì)，確定元器件。

（二）用Proteus ARES繪制PCB圖

四、結(jié)束語(yǔ)

在數(shù)模綜合設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，通過(guò)Proteus軟件進(jìn)行仿真調(diào)試，克服了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中必須基于實(shí)際電子元器件的弊端，能夠很好地把理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合，可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中把所想及時(shí)實(shí)現(xiàn)、隨時(shí)更換元件和計(jì)算調(diào)整參數(shù)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情使得學(xué)生主動(dòng)、積極地設(shè)計(jì)電路，取得良好實(shí)踐教學(xué)效果的同時(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜樹春.基于Proteus的模擬電路分析與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.1-10.

[2]周靈斌，任開(kāi)杰.基于Proteus的電路與PCB設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.1-20.