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一、目前電子設(shè)計(jì)大賽教學(xué)中存在的問(wèn)題

(1)學(xué)生掌握的專業(yè)知識(shí)參差不齊，而電子設(shè)計(jì)所用的集成芯片種類型號(hào)繁多，學(xué)生必須學(xué)會(huì)自己查閱資料，尤其要會(huì)查閱英文資料。

(2)學(xué)生雖有一定的動(dòng)手能力，但容易僅憑經(jīng)驗(yàn)?zāi)玫皆骷苯釉陔娐钒迳线M(jìn)行焊接，往往導(dǎo)致功能測(cè)試時(shí)糾錯(cuò)困難。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，學(xué)生利用計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行硬件原理圖的設(shè)計(jì)是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

(3)學(xué)生制作出的電子作品外觀布局多樣，如何將設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行科學(xué)PCB制板能力制板，才能方便焊接，且減少相互干擾，是設(shè)計(jì)最終成功的關(guān)鍵。

(4)學(xué)生在焊接技術(shù)不夠嫻熟，使得電子作品調(diào)試不能完全達(dá)到要求，焊接的好壞，直接關(guān)系到電子產(chǎn)品或制作的質(zhì)量。為了取得好的賽績(jī)，必須著力培養(yǎng)學(xué)生電子設(shè)計(jì)制作的綜合能力，即查閱資料、硬件原理圖的設(shè)計(jì)、電路板的布線與制作、焊接功能測(cè)試能力。其中硬件原理圖的設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)是教學(xué)中的突出難點(diǎn)。

二、Proteus硬件仿真技術(shù)改革電子設(shè)計(jì)大賽教學(xué)內(nèi)容

電子設(shè)計(jì)大賽采取理論教學(xué)與制作訓(xùn)練結(jié)合的集訓(xùn)思路對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。理論部分進(jìn)行模塊化分解包括:基本元件;傳感器;集成芯片部分。教師按此分類進(jìn)行模塊化理論教學(xué)，學(xué)生通過(guò)模塊來(lái)構(gòu)建自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，形成個(gè)體獨(dú)特的知識(shí)體系。制作訓(xùn)練部分包括:電子儀器和Proteus仿真軟件的使用;常用的基本單元模塊的設(shè)計(jì)和制作;綜合電子制作訓(xùn)練。理論教學(xué)和制作訓(xùn)練在時(shí)間安排上遵循交替進(jìn)行原則，并增加了Proteus硬件仿真技術(shù)的應(yīng)用。Proteus是英國(guó)Lab-centerelectronics公司于1989年開(kāi)發(fā)的一款電路仿真軟件，擁有豐富的元器件、各種虛擬儀器、圖形化的分析功能，現(xiàn)已在全球50多個(gè)國(guó)家得到應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于高校的大學(xué)生或研究生電子學(xué)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)以及公司實(shí)際電路設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。Proteus主要由兩部分組成:ISIS原理圖設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng);ARES印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)。硬件原理圖的設(shè)計(jì)能力是困擾學(xué)生的突出難題，也是保障電子設(shè)計(jì)制作成功的重要前提。因此，在電子設(shè)計(jì)大賽中將主要應(yīng)用Proteus軟件的ISIS原理圖設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)輔助教學(xué)。Proteus軟件硬件原理圖設(shè)計(jì)及仿真的具體步驟為:新建設(shè)計(jì)文件并設(shè)置圖紙參數(shù)和相關(guān)信息;放置元器件;對(duì)原理圖進(jìn)行布線;利用ISIS提供的電氣規(guī)則檢查命令檢查原理圖，調(diào)整原理圖布局;電路運(yùn)行調(diào)試。

三、Proteus硬件仿真技術(shù)在電子設(shè)計(jì)大賽中的教學(xué)實(shí)施

Proteus硬件仿真技術(shù)作為一種先進(jìn)的教學(xué)手段，貫穿應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)大賽的理論教學(xué)和制作訓(xùn)練教學(xué)全過(guò)程。

1．Proteus硬件仿真技術(shù)在理論教學(xué)中應(yīng)用Proteus軟件提供了很多種類的虛擬仿真工具，包括探針、虛擬儀器、信號(hào)發(fā)生器、仿真圖表等。Proteus軟件的虛擬仿真模式包括交互式動(dòng)態(tài)仿真和基于圖表的靜態(tài)仿真。采用虛擬演示實(shí)驗(yàn)的方法，將Proteus仿真技術(shù)引入電子設(shè)計(jì)大賽理論教學(xué)環(huán)節(jié)，教師可以通過(guò)多媒體展示電路的仿真情況，形象地講解電路理論及原理，使學(xué)生清晰觀察到電路運(yùn)行的現(xiàn)象、信號(hào)波形以及各種參數(shù)曲線，從感性上加深對(duì)電路原理與性能的理解，直觀地掌握教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)的效果與效率。以非門電路組成非對(duì)稱型振蕩電路為例，電路的基本工作原理是利用電容器的充放電。當(dāng)輸入電壓達(dá)到非門的閥值電壓Vth時(shí)，非門的輸出狀態(tài)發(fā)生變化。因此，電路輸出地脈沖波形參數(shù)直接取決于電路中阻容元件的數(shù)值。通過(guò)Proteus軟件的交互式動(dòng)態(tài)仿真方式，采用虛擬示波器輸出電路中的四處節(jié)點(diǎn)波形，從波形結(jié)果發(fā)現(xiàn):非對(duì)稱型多諧振蕩器的輸出波形是不對(duì)稱的，輸出脈沖寬度tw1=RC，tw2=1．2RC，T=2．2RC。通過(guò)調(diào)節(jié)R和C值，可改變輸出信號(hào)的振蕩頻率，改變C實(shí)現(xiàn)輸出頻率的粗調(diào)，改變R實(shí)現(xiàn)輸出頻率的細(xì)調(diào)。

2．Proteus硬件仿真技術(shù)在制作訓(xùn)練中應(yīng)用

制作訓(xùn)練采用循序漸進(jìn)的方式進(jìn)行，制作訓(xùn)練初期主要是電子儀器和Proteus軟件的使用;從制作訓(xùn)練中期開(kāi)始，需針對(duì)常用的基本單元模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作;制作訓(xùn)練后期，以往屆賽題和模擬賽題為訓(xùn)練內(nèi)容進(jìn)行綜合電子制作。通過(guò)分析往屆賽題發(fā)現(xiàn)，計(jì)數(shù)顯示電路的設(shè)計(jì)訓(xùn)練是賽前培訓(xùn)的重點(diǎn)之一。現(xiàn)以一款數(shù)字顯示倒計(jì)時(shí)定時(shí)基本單元電路的設(shè)計(jì)為例，該電路適用于各種需要定時(shí)的場(chǎng)合，如電話定時(shí)、路燈定時(shí)、某一種狀態(tài)或過(guò)程控制定時(shí)等。按照Proteus硬件原理圖設(shè)計(jì)步驟，電路主要由計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生電路、減法計(jì)數(shù)與數(shù)字顯示電路組成。其中計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生電路可以由NE555芯片按照多諧振蕩電路進(jìn)行接線，也可以由簡(jiǎn)單的門電路產(chǎn)生，還可以由運(yùn)放電路產(chǎn)生，此處簡(jiǎn)要地用矩形波信號(hào)源表示計(jì)數(shù)脈沖輸入信號(hào)。減法計(jì)數(shù)與數(shù)字顯示電路主要由可預(yù)置4位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器U1(74HC193)、U2(譯碼/驅(qū)動(dòng)CD4511)、U3共陰極七段數(shù)碼管組成。R2與C1組成預(yù)置數(shù)電路，在通電瞬間對(duì)U1(74HC193)進(jìn)行預(yù)置數(shù)9。之后，U1的4腳每接收到一個(gè)負(fù)脈沖，U1計(jì)數(shù)一次并減一，數(shù)碼顯示由9變成8，當(dāng)定時(shí)時(shí)間一到，顯示器顯示0，并且U1的13腳TCD輸出一負(fù)脈沖，由該信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元件，如晶體管、晶閘管、繼電器、光耦合器等。本電路作為一款通用基本電路，只需稍作改動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)多種功能，例如需要進(jìn)行兩位數(shù)顯示，只需改用兩片74HC193分別對(duì)個(gè)位和十位進(jìn)行計(jì)數(shù)，再用兩片CD4511驅(qū)動(dòng)兩位數(shù)字顯示即可;如果需要實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)定時(shí)報(bào)警功能，只需利用U1(74HC193)的13腳TCD作為觸發(fā)信號(hào)連接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的執(zhí)行電路即可。采用Proteus硬件仿真技術(shù)，在原理圖設(shè)計(jì)階段就可以進(jìn)行評(píng)估，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路是否達(dá)到要求的技術(shù)指標(biāo)，還可以通過(guò)改變?cè)骷?shù)使整個(gè)電路的性能最優(yōu)化，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間與經(jīng)費(fèi)，提高了設(shè)計(jì)效果和質(zhì)量。

四、Proteus硬件仿真技術(shù)在電子設(shè)計(jì)大賽中實(shí)施的效果評(píng)價(jià)

1．Proteus為電子設(shè)計(jì)大賽提供了多媒體教學(xué)平臺(tái)

Proteus軟件為理論教學(xué)提供了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)、演示和電路分析。教師可以在多媒體教室中深入淺出地分析各種電路的特性，講解各種參數(shù)改變對(duì)電路的影響，幫助學(xué)生突破抽象的難點(diǎn)知識(shí)的理解，形成扎實(shí)系統(tǒng)的知識(shí)體系。

2．Proteus為電子設(shè)計(jì)大賽提供了虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

Proteus軟件所提供的一系列元件庫(kù)，既能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)箱固定模塊的驗(yàn)證功能，還能根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，整個(gè)過(guò)程不受時(shí)間、空間限制，突破了傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室的局限性，克服了學(xué)校經(jīng)費(fèi)不足和儀器設(shè)備不足對(duì)教學(xué)指導(dǎo)的困擾。

3．Proteus為電子設(shè)計(jì)大賽提供了創(chuàng)新平臺(tái)

Proteus軟件提供的硬件仿真功能，為電子設(shè)計(jì)大賽注入了活力，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)的電子設(shè)計(jì)方法，有效地提高了學(xué)生針對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力以及創(chuàng)新發(fā)揮的能力。

五、結(jié)語(yǔ)

Proteus以其強(qiáng)大的互動(dòng)硬件仿真功能，給電子設(shè)計(jì)大賽提供了一個(gè)電子設(shè)計(jì)的教學(xué)平臺(tái)、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)和創(chuàng)新平臺(tái)，提高了電子設(shè)計(jì)大賽指導(dǎo)的效率，為當(dāng)今電子類專業(yè)的教學(xué)改革提供了強(qiáng)有力的手段，但在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中仍需明確:堅(jiān)持Proteus虛擬演示為手段，深層理解電子理論為目的;堅(jiān)持Pro-teus硬件仿真技術(shù)為手段，實(shí)際制作為目的。

作者：謝富珍單位：新余學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院