虚拟技术在电子技术教学中的应用

摘要：通过介绍EDA应用软件Proteus，探讨其在电子技术教学中的应用。实验表明，在电子技术教学中应用虚拟仿真的教学方法和手段，可以增强学生学习兴趣，提高教师教学效果。

关键词：虚拟技术 Proteus 电子技术 仿真

中图分类号：TN710-4文献标识码：A文章编号：1007-9416(2011)09-0038-02

1、引言

虚拟现实(Virtual Roality，VR) 技术产生于20世纪80年代末期，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它采用计算机图形显示技术为核心新技术，在计算机中生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境[1]。

目前, 虚拟现实技术系统的类型有三种: 一是沉浸型虚拟现实系统。使用者必须戴头套、数据手套等传感跟踪装置，才能与虚拟世界进行交互。二是简易型虚拟现实系统,由一台普通计算机系统组成。使用者通过键盘、鼠标便可与虚拟环境进行交互。三是共享型虚拟现实系统,利用远程网络, 将异地不同用户联结起来, 共享一个虚拟空间，多个用户通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，达到协同工作的目的[2]。

我们在电子技术教学中引入的虚拟现实系统是简易型虚拟现实系统，系统配置是在多媒体计算机中装入EDA应用软件。

EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，以计算机为工作平台, 融合了应用电子、计算机、信息处理及智能化技术的最新成果。在此，我们选用了具有广泛影响的EDA软件Proteus软件。

2、Proteus简介[3]

Proteus 软件是由英国 Labcenter Electronics 公司开发的EDA工具软件，已有近20年的历史，在全球得到了广泛应用。它包含ISIS和ARES应用软件，ISIS是智能原理图输入系统，系统设计与仿真的基本平台。ARES是高级PCB布线编辑软件。

Proteus是一个基于ProSPICE混合模型仿真器的，完整的嵌入式系统软硬件设计仿真平台。它除了具有和其他EDA工具一样的原理图设计、PCB自动生成及电路仿真的功能外，实现了混合模式的SPICE电路仿真。它将虚拟仪器、高级图表仿真、微处理器软仿真器、第三方的编译器和调试器等有机结合起来。在Proteus中，从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计一气呵成，真正实现了从概念到产品的完整设计。

3、Proteus在电子技术教学中的应用

3.1 Proteus在电路基础教学中的应用

基尔霍夫定律是电路最基本的定律，但对初学者，电流的参考方向和实际方向，电位和电压等概念不容易理解。

在课堂教学中，通过Proteus演示如图一所示电路。图中电流探针的方向是参考方向，电路中标注的是实际的电流方向，I3探针测得的电流为-0.322A，说明实际方向和参考方向相反，I1、I2探针测得的电流为0.350A和0.028A，说明I1、I2实际方向和参考方向相同；电压探针测得的是对地电压，即电位，电位器RV1的压降即UAB=VA-VB=8.74V。

3.2 Proteus在模拟电子技术教学中的应用

模拟电子技术课程的有些概念非常抽象，学生很难理解。如单管放大电路中静态工作点的改变会引起电路的不同失真，为了形象化地描述这部分内容，在教学中引入了Proteus软件辅助教学，将静止的、纸上谈兵的理论教学变为动态的、可视的一体化教学，从而激发学生的学习兴趣，增强了学生对知识的理解。

电路如图二所示，输入信号源幅值100mV,频率为10KHz。逐步调大电位器RV1的接入值，电路仿真结果可以看到信号由饱和失真、放大、截止失真的整个过程。从中可以领会计算公式:IC↓≈R2VCC/R4(R1+RP↑+R2)，当增大RP的阻值，基极的电位减小，基极电流减小，静态工作点逐步往下偏移，电路状态分别是饱和、放大、失真。图三是输入输出仿真波形图。

3.3 Proteus在数字电子技术教学中的应用

数字电子技术和模拟电子技术相比，虽然没有很多抽象、难以理解的理论知识，但有些基本概念的正确理解是学好此门课程的关键。

如同步和异步的概念，在讲解时序电路时，清零信号的同步、异步是分析、设计电路的关键。一般教师会化较多的时间去理论讲解、练习，然后再实验验证，但学生往往感觉云里雾里。俗语说：眼见为实耳听为虚。这除了在讲授基本RS和同步RS触发器做好概念铺垫外，在讲课过程中，引入Proteus软件仿真是良好的辅助教学手段。

如在计数器74161和74163的讲述时，两者的唯一区别是复位信号。图四和图五电路相同，计数器不同。74161的是异步置0，一旦出现低电平，输出立刻复位，计数在0000到1010间变化，是十一进制计数器。而74163的是同步置0，必须和CLK的有效信号（沿）同时作用时，输出才复位，计数在0000到1011间变化，是十二进制计数器。

3.4 Proteus在单片机应用技术教学中的应用

单片机应用技术是一门理论性和实践性很强的课程，在理论和实践教学中必须要软硬件结合才能获得较好的教学效果。在课堂教学中，单片机繁杂艰涩的硬件结构、指令系统和汇编程序设计令人望而生畏。实践教学中，由于生源的增加、硬件的缺陷、装置的更新换代，无法做到一人一套单片机硬件系统开展教学。

在单片机教学中，采用软件仿真，一般用Keil进行源程序的编写、编译、产生源代码（.HEX文件）。在Proteus ISIS界面中进行电路原理图设计，再调用.HEX文件即可仿真。

在学习单片机接口电路DAC转换器0832时，以波形产生的电路为例。图六是在Keil uVision3软件中进行单片机C语言编程，图七是在Proteus ISIS中调用程序进行仿真的结果。

4、结语

通过把虚拟技术引入教学中，既丰富了课堂教学的手段，使原本枯燥的理论教学变得形象生动起来，可大大激发学生对电子技术的学习兴趣和热情，又可弥补实验台套数不足，学生不能独立操作的现状，同时，在课外学生还可通过网络下载相关的EDA软件，在课后自己学习使用，加深对教学内容的理解。

这种虚拟仿真的教学方法和手段有效解决了教师难教、学生难学的教学困惑。但我们也深刻认识到，虚拟仿真毕竟不能完全代替硬件实践，为了全面培养学生真正的动手能力和技能，还必须要进行电路的实践操作。

参考文献

[1]刘伟.Proteus在电子实验教学中的应用研究[A].山东师范大学,2008.4

[2] 刘凤田,刘玉兰.虚拟现实技术及其在教育领域中的应用研究[J].河南农业大学学报,2005,7(1):13-15.

[3]周润景,张丽娜,丁莉.基于Proteus的电路及单片机设计与仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2010.1.

推荐访问： 电子技术 虚拟 技术 教学中

---