電子電路課程設計Proteus運用
時間:2022-06-13 07:05:00
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電子電路課程設計是電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)技術實踐課,它是實現專業(yè)人才培養(yǎng)目標、培養(yǎng)學生職業(yè)能力、業(yè)務素質的課程之一。該課程的主要任務是鍛煉學生運用所學的電子電路技術知識進行設計的能力,培養(yǎng)學生的電路設計能力、實踐動手能力與創(chuàng)新能力。課程設計,顧名思義,應該是在老師的指導下由學生親自去設計。只有把設計這個環(huán)節(jié)交給學生,讓學生成為設計的主體,才能督促學生去復習有關的電子電路知識,并開動腦筋運用所學知識去設計,從而鞏固和提高已學知識,培養(yǎng)設計能力,提高他們的創(chuàng)新精神及創(chuàng)新能力。然而,現有的實驗室設計平臺具有工作效率低、耗時、費力、可擴展性差、經濟成本高的缺點,致使一些學生對設計望而生畏。筆者認為,把proteus軟件運用于電子電路課程設計的教學,可以大大節(jié)約設計時間和經濟,提高學生的學習興趣,從而鍛煉學生的設計能力,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。Proteus是英國LabcenterElectronics公司研發(fā)的一款多功能EDA工具軟件,它含有30多個元件庫及萬種以上的元器件、多種現實存在的虛擬儀器儀表如示波器、豐富的測試信號源用于電路的測試以及先進的混合仿真系統(tǒng)。它除了具有和其他EDA工具軟件一樣的原理圖繪制、PCB自動或人工布線及電路仿真外,其電路仿真還具有互動性,如有顯示和輸出,還能看到運行后輸入輸出的效果。
1方案
我們的方案是:利用Proteus構建虛擬實驗室,教師給出設計任務書,學生在PC機上根據任務書在Proteus上設計電路,并利用系統(tǒng)提供的功能完成電氣檢查及仿真調試,當仿真結果滿足任務書要求后,再在面包板上進行實物的安裝調試。下面以數字鐘的設計為例加以說明。
1.1進行Proteus軟件的講授
Proteus軟件與學生之前學過的Protel99se具有相似之處,其電路原理圖的設計流程是一致的,都包含新建設計文檔、設置編輯環(huán)境、放置元器件、原理圖布線、建立網絡表、電氣檢查、仿真、存盤輸出的基本過程。在教學中應充分利用知識的遷移作用,把Proteus與Protell99聯系起來,使新舊知識建立聯系,從而降低學習的難度。在這里主要要求學生掌握Proteus的界面組成、菜單、工具欄的使用方法以及電路原理圖的設計流程。
1.2布置任務書
數字鐘的設計可以用多種元件來實現,但為了便于組織教學,在任務書中可對元件進行統(tǒng)一規(guī)定。任務書如下:設計要求:1)用Proteus畫出原理圖并進行仿真調試2)在面包板上用6只LED數碼管輸出顯示時、分、秒3)寫出詳細的設計報告所用元器件:1)集成電路:74LS1606片,CD45116片,與非門74LS005片,CC7555定時器1片,2)電阻:10K電阻2個3)電容:47μF1個,0.01μF1個4)其他:共陰極顯示器6片
1.3原理圖的設計與仿真
1)教師給出電路框圖,并分析各單元電路的功能。電路框圖是整個課程設計的總體框架,教師直接給出電路框圖,可以避免學生設計的盲目性,提高針對性,數字鐘的電路框圖如圖1所示2)電路原理圖的設計這項工作是整個課程設計的核心工作。第一步,教師可對學生學過的555定時器構成的多諧振蕩器、計數器、譯碼器及數碼管的知識進行針對性的復習,指導學生查閱74LS160、CD4511、74LS00及CC7555定時器的功能及引腳圖。第二步,學生根據教師給定的元件在Proteus平臺上行各單元電路原理圖的設計??刹捎迷O計與仿真調試交叉進行的方法。按照由易到難的原則,可采用如下的設計順序:①振蕩器的設計與仿真調試;②顯示器、譯碼器的設計與仿真調試;③計數器的設計與仿真調試。設計的基本操作步驟是:①選擇、放置元件;②設置元件的屬性;③連線。仿真調試的基本操作步驟是:①單擊仿真工具欄中的“開始”按鈕,即可進行仿真;②系統(tǒng)自動檢測電路,如有錯誤,會有出錯提示。或者運行結果不符合任務書要求時,可單擊仿真工具欄上的停止按鈕;③修改電路;④再仿真,直至運行結果符合要求為止。3)總電路的設計把上述已設計好的各單元電路按照電路框圖連接起來,即可得到總電路原理圖。4)總電路的仿真單擊仿真工具欄中的“開始”按鈕,即可進行仿真,如有錯誤,則對電路進行修改,再進行仿真,直至6只數碼管均能正常顯示時間為止。
1.4在面包板上完成搭建并調試
經過前期在Proteus上的設計及仿真成功,已經證明電路圖的正確性。在面包板上的搭建及調試,主要是鍛煉學生的實踐動手能力,培養(yǎng)認真細致的工作態(tài)度,熟練掌握常用儀器的使用方法。
2注意事項
單元電路的設計是整個課程設計的核心環(huán)節(jié),教師應給予充分的重視。既要避免越俎代庖,又要避免放任自流。教師的身份是主導者,在教學中應采用啟發(fā)式教學,鼓勵學生開展積極討論。引導學生積極利用互聯網自學,例如在查找元件時,可以上網搜索元件名稱。充分利用Proteus的實時仿真功能,設計—仿真—再設計—再仿真,直至達到任務書的要求為止。當然,理論是實踐的基礎,首先要幫助學生鞏固相關的理論知識。
總之,把Proteus運用于電子電路課程設計教學可以大大節(jié)省實驗時間成本及經濟成本,實驗可擴展性強,最重要的是Proteus強大的實時仿真功能可以使學生馬上能看到運行過程及結果,原本單調乏味的設計變得生動有趣,可以大大提高學生的學習興趣。Proteus操作簡便的特點使學生很快入門,對電路的修改也極其方便,這有利于充分調動學生的學習積極性,提高他們的電路設計能力,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神及創(chuàng)新能力。
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