Proteus 在模拟电子技术课程设计教学中的应用

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摘要：本文介绍了仿真软件proteus的功能和特点，举例说明了该软件在模拟电子技术课程设计中的应用。将Proteus应用到模拟电子技术课程设计中，有助于学生理解理论知识，有利于培养学生的综合分析、设计能力和解决实际问题的能力，切实提高模拟电子技术课程设计的教学效果。

关键词：模拟电子技术 课程设计 Proteus 仿真

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.17.094

模拟电子技术课程设计是在我院经过多年教学实践，结合自动化、电气工程及其自动化、电子信息和通信工程专业的培养目标，旨在提高学生的实践技能和创新能力的综合实践教学环节[1]，是学好模拟电子技术课程的重要教学环节，同时，给学生提供一个自主创新的平台，锻炼了学生自主分析问题，解决问题能力，培养学生理论联系实际的能力、设计的能力、综合应用的能力、动手的能力等。

电路设计仿真软件以其强大的仿真能力，便于学生学习与应用，是提高学生设计电路水平的有效方法[2-4]。Proteus的仿真是基于SPICE3F5的，能够进行模拟分析、数字分析、混合信号分析、频率分析等相关电路分析[5]，在模拟电子技术试验课程设计中引入Proteus仿真软件，利于提高学生动手能力和创新能力，弥补教学资源不足，提高课堂教学的实效性。

1 Proteus软件特点

Proteus是英国Labeenter electronics公司开发的电子线路和单片机系统设计与仿真软件。软件由智能原理图输入系统ISISI（Intelligent Schematic Input System）、虚拟系统模型VSM、高级布线编辑软件ARES三大部分组成。

Proteus具备如下主要特点[6]：

①可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，其最大的特点是可以支持许多型号的单片机仿真，该软件的单片机仿真库里有51系列、PIC系列、AVR系列、摩托罗拉的68MHll系列等。

②提供了虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、电表、Virtual Terminal（使用电脑的键盘和显示器通过串口与外部的单片机系统通讯）等虚拟仪器仪表供选择用。

③能够进行SCH（原理图）与PCB（印制板）的设计。

④能和Keil、MATLAB等软件整合使用，以求达到更好的仿真效果。

2 Proteus在课程设计中的应用

课程设计要求学生利用提供的主要元件：ICL8038、μA741和电位器（由于经费有限）设计出符合要求的函数发生器电路。锻炼学生利用分立元件和集成元件进行模拟电路设计的能力；提高学生综合运用所学的理论知识独立分析和解决实际问题的能力；掌握Proteus仿真、PCB设计、制作实物和安装调试。

函数发生器电路具体要求如下：

①电路能输出正弦波、方波和三角波三种波形；

②输出信号的频率要求可调；

③输出波形的幅度可调。

根据设计要求，该电路主要由波形产生、频率调节和幅度调节等部分组成，总电路原理图如图 1 所示。下面简单说明各单元电路的设计与调试方法。

2.1 波形产生电路的设计

ICL8038是一种能产生三种波形信号的集成芯片。搭配一些调节电路就能产生一定频段的低失真的正弦波、三角波、矩形波等信号。

ICL 8038 的主要特点[7]：

①可同时输出任意的三角波、矩形波和正弦波等；

②频率可调范围：0.001Hz～300kHz；

③输出矩形波的占空比范围：2%～ 98%；

④输出正弦波的失真正：小于1%；

⑤低温度漂移：50ppm/℃；

⑥输出三角波的非线性线性度： 小于0.05%；

⑦输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制；

⑧采用单电源供电时，电压范围是10～30V；采用双电源时，电压可在±5～±15V范围内选取。

2.2 频率和失真调节电路设计

利用ICL8038集成芯片管脚8频率调节功能，设置合适的滑动变阻器RV1和电容C1，来对三种波形频率进行调节；同时利用管脚1和12线性度调节功能，选用合适的滑动变阻器RV2和RV3来进行失真调节。

2.3 幅度调节电路设计

利用ICL8038集成芯片管脚4和5，虽然可以进行一定的波形幅度调节，但是调节幅度范围较小，所以采用在波形产生后，接一个通用集成运放μA741，来进行幅度的调节。μA741采用反相比例运算电路，选择合适电阻R7和滑动变阻器RV5，可以得出电路的放大比例为：RV5/ R7。只要R7 和RV5的阻值选择合适，就可以得出不同的放大比例，满足幅度调节的要求。

2.4 Proteus仿真

利用Proteus提供的虚拟示波器，可得电路的仿真结果如图2。

2.5 PCB设计

利用Proteus 的SCH（原理图）和PCB（印制板）设计功能，设计的布线图如图3。

2.6 安装与调试

利用以上Proteus软件进行的原理图设计、仿真和PCB设计，组织学生亲自动手制作实物。由于Proteus软件强大的功能，使得学生课程设计工作事半功倍，锻炼了学生的独立思考能力，实践动手能力和团队协作能力。

3 结束语

模拟电子技术课程设计是针对学生学完数字电子技术课程和模拟电子技术课程后，开设的综合实践课程，目的在于提高学生对前序课程的理解能力和应用能力，锻炼学生动手能力和自主学习能力。结果表明，利用 Proteus 软件具有的特点，学生在设计电路时，可以多方位思考问题，在教学元器件短缺、经费有限的条件下，充分利用现有资源，设计出符合要求的电路。不仅有利学生进一步学习模拟电子技术课程和数字电子技术课程，而且有利于提高学生解决实际问题的能力和创新能力。最终达到提高学生对已有专业知识的应用能力和培养学生创新意识的目的，并为后续专业课的学习打下牢固的基础。

参考文献：

[1]吴志敏，朱正伟，何宝祥.Multisim10 在模拟电子技术课程实验中的应用[J].实验室科学，2012，（15）：113-116.

[2]侯向锋，周兆丰.Proteus在模拟电子技术教学中的应用[J].湖北师范学院学报（自然科学版），2012，（32）：113-118.

[3]刘艳，朱昌平，宋凤琴等.模拟电子技术实验教学中的学生实践能力培养[J].实验室技术与管理，2010，（27）：110-112.

[4]陈跃华，杜明茜，向启荣.基于计算机仿真技术的电子电路探究性学习[J].实验室研究与探索，2007，（26）：49-55.

[5]乔建华，李临生，田启川.Proteus在单片机教学中的应用分析[J].电气电子教学学报，2008，（20）：70-73.

[6]杨秀增，肖丽玲.Proteus软件在“模拟电子技术”课程教学中的应用[J].中国电力教育，2012，（2）：56-57.

[7]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高教出版社，2006.

作者简介：赵路华（1981-），男，河南安阳人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为信号与信息处理，安阳工学院电子信息与电气工程学院，河南安阳 455000