電子電路課程設(shè)計(jì)Proteus運(yùn)用
時間:2022-06-13 07:05:00
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電子電路課程設(shè)計(jì)是電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)技術(shù)實(shí)踐課,它是實(shí)現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力、業(yè)務(wù)素質(zhì)的課程之一。該課程的主要任務(wù)是鍛煉學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的電子電路技術(shù)知識進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力,培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動手能力與創(chuàng)新能力。課程設(shè)計(jì),顧名思義,應(yīng)該是在老師的指導(dǎo)下由學(xué)生親自去設(shè)計(jì)。只有把設(shè)計(jì)這個環(huán)節(jié)交給學(xué)生,讓學(xué)生成為設(shè)計(jì)的主體,才能督促學(xué)生去復(fù)習(xí)有關(guān)的電子電路知識,并開動腦筋運(yùn)用所學(xué)知識去設(shè)計(jì),從而鞏固和提高已學(xué)知識,培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力,提高他們的創(chuàng)新精神及創(chuàng)新能力。然而,現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)平臺具有工作效率低、耗時、費(fèi)力、可擴(kuò)展性差、經(jīng)濟(jì)成本高的缺點(diǎn),致使一些學(xué)生對設(shè)計(jì)望而生畏。筆者認(rèn)為,把proteus軟件運(yùn)用于電子電路課程設(shè)計(jì)的教學(xué),可以大大節(jié)約設(shè)計(jì)時間和經(jīng)濟(jì),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從而鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)能力,培養(yǎng)學(xué)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(xiàn)實(shí)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(jìn)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(yùn)行后輸入輸出的效果。
1方案
我們的方案是:利用Proteus構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室,教師給出設(shè)計(jì)任務(wù)書,學(xué)生在PC機(jī)上根據(jù)任務(wù)書在Proteus上設(shè)計(jì)電路,并利用系統(tǒng)提供的功能完成電氣檢查及仿真調(diào)試,當(dāng)仿真結(jié)果滿足任務(wù)書要求后,再在面包板上進(jìn)行實(shí)物的安裝調(diào)試。下面以數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)為例加以說明。
1.1進(jìn)行Proteus軟件的講授
Proteus軟件與學(xué)生之前學(xué)過的Protel99se具有相似之處,其電路原理圖的設(shè)計(jì)流程是一致的,都包含新建設(shè)計(jì)文檔、設(shè)置編輯環(huán)境、放置元器件、原理圖布線、建立網(wǎng)絡(luò)表、電氣檢查、仿真、存盤輸出的基本過程。在教學(xué)中應(yīng)充分利用知識的遷移作用,把Proteus與Protell99聯(lián)系起來,使新舊知識建立聯(lián)系,從而降低學(xué)習(xí)的難度。在這里主要要求學(xué)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(shè)計(jì)流程。
1.2布置任務(wù)書
數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)可以用多種元件來實(shí)現(xiàn),但為了便于組織教學(xué),在任務(wù)書中可對元件進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。任務(wù)書如下:設(shè)計(jì)要求:1)用Proteus畫出原理圖并進(jìn)行仿真調(diào)試2)在面包板上用6只LED數(shù)碼管輸出顯示時、分、秒3)寫出詳細(xì)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的總體框架,教師直接給出電路框圖,可以避免學(xué)生設(shè)計(jì)的盲目性,提高針對性,數(shù)字鐘的電路框圖如圖1所示2)電路原理圖的設(shè)計(jì)這項(xiàng)工作是整個課程設(shè)計(jì)的核心工作。第一步,教師可對學(xué)生學(xué)過的555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器、譯碼器及數(shù)碼管的知識進(jìn)行針對性的復(fù)習(xí),指導(dǎo)學(xué)生查閱74LS160、CD4511、74LS00及CC7555定時器的功能及引腳圖。第二步,學(xué)生根據(jù)教師給定的元件在Proteus平臺上行各單元電路原理圖的設(shè)計(jì)??刹捎迷O(shè)計(jì)與仿真調(diào)試交叉進(jìn)行的方法。按照由易到難的原則,可采用如下的設(shè)計(jì)順序:①振蕩器的設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試;②顯示器、譯碼器的設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試;③計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試。設(shè)計(jì)的基本操作步驟是:①選擇、放置元件;②設(shè)置元件的屬性;③連線。仿真調(diào)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(jìn)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(yùn)行結(jié)果不符合任務(wù)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(yùn)行結(jié)果符合要求為止。3)總電路的設(shè)計(jì)把上述已設(shè)計(jì)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(jìn)行仿真,如有錯誤,則對電路進(jìn)行修改,再進(jìn)行仿真,直至6只數(shù)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(diào)試
經(jīng)過前期在Proteus上的設(shè)計(jì)及仿真成功,已經(jīng)證明電路圖的正確性。在面包板上的搭建及調(diào)試,主要是鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動手能力,培養(yǎng)認(rèn)真細(xì)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(xiàng)
單元電路的設(shè)計(jì)是整個課程設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié),教師應(yīng)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(dǎo)者,在教學(xué)中應(yīng)采用啟發(fā)式教學(xué),鼓勵學(xué)生開展積極討論。引導(dǎo)學(xué)生積極利用互聯(lián)網(wǎng)自學(xué),例如在查找元件時,可以上網(wǎng)搜索元件名稱。充分利用Proteus的實(shí)時仿真功能,設(shè)計(jì)—仿真—再設(shè)計(jì)—再仿真,直至達(dá)到任務(wù)書的要求為止。當(dāng)然,理論是實(shí)踐的基礎(chǔ),首先要幫助學(xué)生鞏固相關(guān)的理論知識。
總之,把Proteus運(yùn)用于電子電路課程設(shè)計(jì)教學(xué)可以大大節(jié)省實(shí)驗(yàn)時間成本及經(jīng)濟(jì)成本,實(shí)驗(yàn)可擴(kuò)展性強(qiáng),最重要的是Proteus強(qiáng)大的實(shí)時仿真功能可以使學(xué)生馬上能看到運(yùn)行過程及結(jié)果,原本單調(diào)乏味的設(shè)計(jì)變得生動有趣,可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。Proteus操作簡便的特點(diǎn)使學(xué)生很快入門,對電路的修改也極其方便,這有利于充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,提高他們的電路設(shè)計(jì)能力,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神及創(chuàng)新能力。