Proteus實驗室-綜合性開放性先進性創(chuàng)新性實驗平臺(清華)

Proteus實驗室

—綜合性、開放性、先進性及創(chuàng)新性實驗平臺報告人匡載華2/5/2023大綱PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗室的實驗實例PROTEUS實驗室優(yōu)越性PROTEUS實驗室使用效果分析2/5/20232Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景電子技術的飛速發(fā)展，導致現(xiàn)有的電子類實驗教學系統(tǒng)及實驗教學內(nèi)容不再能滿足實驗教學的要求，人們急需變革現(xiàn)有的實驗教學系統(tǒng)及實驗教學內(nèi)容.在這種情況下，Proteus實驗室應運而生．2/5/20233Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題2/5/20234Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題不利于管理及維護１實驗室門類多：如電路實驗室、電子線路實驗室、數(shù)字電路實驗室、嵌入式系統(tǒng)實驗室（單片機、ARM實驗室）、微機原理實驗室、信號系統(tǒng)實驗室等２設備種類多、數(shù)量大：各類信號源設備、各類測試儀器儀表、各種實驗箱３分批進行的學生實驗2/5/20235Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題不利于管理及維護不利于保持實驗室的先進性，也不利于保護前期的投資

各種新設備、新器件層出不窮，導致一種現(xiàn)狀：某一種實驗設備可能剛到用戶的手中就面臨落后；2-3年后被淘汰是非常正常的現(xiàn)象2/5/20236Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題不利于管理及維護不利于保持實驗室的先進性，也不利于保護前期的投資不利于提高實驗效果

封閉式的實驗教學模式：１規(guī)定的時間內(nèi)２規(guī)定的場地內(nèi)３規(guī)定的實驗內(nèi)容。導致沒有充夠的時間深入了解及研究實驗的內(nèi)容，實驗的興趣也被這些限制所扼殺。實驗效果差，背離了現(xiàn)代實驗教學改革中提出的“優(yōu)化課內(nèi)，強化課外”的實驗教學意識2/5/20237Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題不利于管理及維護不利于保持實驗室的先進性，也不利于保護前期的投資不利于提高實驗效果實驗內(nèi)容彼此孤立，不利于培養(yǎng)學生“從概念到產(chǎn)品“認識的形成內(nèi)容固定的驗證式實驗實驗所用的元器件，線路板已選好，學生所做的工作僅是對實驗箱連連線，使用一下測試儀器、儀表，建立學生的相應概念而已。很難滿足現(xiàn)代實驗教學改革提出的三個實驗層次即“基礎性實驗、綜合性實驗、創(chuàng)新性實驗”的目標2/5/20238Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題不利于管理及維護不利于保持實驗室的先進性，也不利于保護前期的投資不利于提高實驗效果實驗內(nèi)容彼此孤立，不利于培養(yǎng)學生“從概念到產(chǎn)品“認識的形成不利于開展創(chuàng)新性研究

創(chuàng)新性研究的前提：實驗環(huán)境的豐富資源及其靈活可變性。但是，目前基于硬件的實驗平臺，資源非常有限，教師只能在有限的幾種器件或線路實驗板之上進行實驗內(nèi)容的設定或研究，學生也同樣如此。2/5/20239Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題不利于管理及維護不利于保持實驗室的先進性，也不利于保護前期的投資不利于提高實驗效果實驗內(nèi)容彼此孤立，不利于培養(yǎng)學生“從概念到產(chǎn)品“認識的形成不利于開展創(chuàng)新性研究不利于培養(yǎng)學生的實驗興趣及創(chuàng)新思維能力場地不能隨時、隨地對學生開放，并且開放的時間也非常有限，這就不能激發(fā)學生的實驗興趣，另外，實驗資源的有限性也限制了其創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)2/5/202310Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性2/5/202311Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室概念

利用計算機仿真技術，在計算機網(wǎng)絡平臺上，學習電路分析、模電、數(shù)電、嵌入式系統(tǒng)（單片機應用系統(tǒng)、ARM應用系統(tǒng)）、微機原理與接口技術等課程，并進行電路設計、仿真、調(diào)試等通常在相應實驗室完成的實驗。一個計算機網(wǎng)絡硬件平臺（或一臺計算機）、一套電子仿真軟件，再加上一本虛擬實驗教程，就可相當于一個設備先進的實驗室。以虛代實、以軟代硬，即為虛擬實驗室的本質(zhì)。Proteus實驗室采用Proteus仿真軟件和相應的硬件平臺構成一個從虛擬到實際，從軟件到硬件，從概念到產(chǎn)品的全過程設計的多功能實驗平臺。它主要用于電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、嵌入式系統(tǒng)（單片機應用系統(tǒng)、ARM應用系統(tǒng)）等課程的實驗、研究等。2/5/202312Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介

一款功能強大的電子設計自動化軟件：提供智能原理圖設計系統(tǒng)；混合仿真系統(tǒng)：（SPICE模擬電路仿真器＋數(shù)字電路仿真器＋及MCU器件仿真器）PCB設計系統(tǒng)；其不僅可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)的電路分析實驗、模擬電子線路實驗、數(shù)字電路實驗等，而且可以仿真嵌入式系統(tǒng)的實驗（單片機應用系統(tǒng)、ARM應用系統(tǒng)）最大特色：嵌入式系統(tǒng)仿真，這也是其它任何仿真軟件無力所及的。例如，其支持MCU和周邊設備，可以仿真51系列、AVR、PIC、Motorola的68系列、ARM7等常用的MCU，并提供周邊設備的仿真，例如示波器、信號源等。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件等。在編譯方面，它也支持Keil和MPLAB等多種編譯器2/5/202313Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點2/5/202314Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點綜合型實驗室仿真：電路分析實驗、模擬電子線路實驗、數(shù)字電路實驗，而且可以仿真嵌入式系統(tǒng)的實驗，其最大的特色在于可以提供嵌入式系統(tǒng)（單片機應用系統(tǒng)、ARM應用系統(tǒng)）的仿真實驗可稱之為：多功能的實驗平臺。2/5/202315Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點綜合型實驗室開放型實驗室

基于網(wǎng)絡平臺的，如一個單位內(nèi)的局域網(wǎng)、或企業(yè)網(wǎng)、或校園網(wǎng)（或單機板，基于一臺PC）。實驗用戶不受傳統(tǒng)實驗室的時間、空間、及實驗內(nèi)容的限制。用戶可以跨越時間、空間及實驗內(nèi)容的約束，盡情釋放自己的實驗興趣及創(chuàng)新思維；這也使得設備的利用率得到最大的發(fā)揮。2/5/202316Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點綜合型實驗室開放型實驗室先進型實驗室

萬種以上的元器件（數(shù)字的、模擬的、交流的和直流的）及多達30多個元件庫；多種現(xiàn)實存在的虛擬儀器儀表，如示波器、頻譜分析儀，電壓表、電流表、圖表分析、邏輯分析儀、虛擬終端等。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，可盡可能減少儀器對測量結(jié)果的影響。豐富的測試信號源用于電路的測試，這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。先進的混合仿真系統(tǒng)（SPICE電路仿真器+數(shù)字仿真器+MCU仿真器）。這是一個組合了SPICE3F5模擬仿真器核、基于快速事件驅(qū)動的數(shù)字仿真器及MCU仿真器的混合仿真系統(tǒng)，SPICE的使用使得您能夠采用數(shù)目眾多的制造商提供的SPICE模型，目前該軟件包含了6000多個模型。軟件還許可用戶自己定制器件模型，英國Labcenter公司也能夠為用戶制作，除此之外，軟件的不斷升級也可保證其器件模型同當今世界的電子技術發(fā)展同步，以上所有這些均極大地保證了實驗室的先進性，并可在相當長的時間內(nèi)保持其先進性。。2/5/202317Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點綜合型實驗室開放型實驗室先進型實驗室創(chuàng)新型實驗室

Proteus仿真軟件內(nèi)置的豐富資源為進行創(chuàng)新型實驗研究奠定了基礎。其儀器儀表、信號源、元器件、器件模型一應俱全，教師可以在此開展創(chuàng)新實驗內(nèi)容的研究，設計創(chuàng)新實驗內(nèi)容，學生也可以在這里開展除規(guī)定實驗內(nèi)容之外的個性化實驗研究、創(chuàng)新開發(fā)研究。在這里沒有時間、空間的限制、也沒有元器件及線路板的限制。2/5/202318Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點綜合型實驗室開放型實驗室先進型實驗室創(chuàng)新型實驗室

易管理、維護型實驗室

核心為Proteus仿真軟件，因此，其實驗是無損耗的，其管理、維護也就是用戶帳戶的管理、軟件的安裝及更新而已，這極大地降低了教師的設備管理工作量，使得教師可以有更多的精力投入到實驗內(nèi)容的創(chuàng)新研究之中出。2/5/202319Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點綜合型實驗室開放型實驗室先進型實驗室創(chuàng)新型實驗室

易管理、維護型實驗室低投入、高回報型實驗室

實驗室的維護費用幾乎為零，同時，建立這樣的實驗室一個卻可以同時起到多個實驗室的功效（如電路分析實驗室、模擬電路實驗室、數(shù)字電路實驗室、嵌入式系統(tǒng)實驗室（單片機應用系統(tǒng)、ARM應用系統(tǒng)）、微機原理與接口技術實驗室等）。2/5/202320Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構2/5/202321Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗平臺架構2/5/2023222/5/202323Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗平臺架構PROTEUS實驗資源架構2/5/2023242/5/202325Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗平臺架構PROTEUS實驗資源架構PROTEUS實驗內(nèi)容架構2/5/202326Proteus實驗室結(jié)構圖計算機與網(wǎng)絡平臺ProteusISIS（智能原理圖輸入系統(tǒng)）、ProteusProspice（電路仿真器）高級圖形仿真（ASF）處理器模型（（VSM）PCB設計（ARES）電路實驗單片機實驗系統(tǒng)ARM實驗系統(tǒng)8086實驗系統(tǒng)PCB布線實驗綜合設計與創(chuàng)新平臺數(shù)、模電實驗信號與系統(tǒng)實驗Proteus軟件平臺Proteus實驗系統(tǒng)2/5/2023272/5/202328Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗方法2/5/202329基于Proteus的實驗流程2/5/202330配套的Proteus實驗系統(tǒng)硬件有：數(shù)模電綜合實驗系統(tǒng)8/16位單片機實驗系統(tǒng)8086微機原理與接口教學實驗系統(tǒng)ARM實驗系統(tǒng)32位微控制器系統(tǒng)實驗平臺PIC綜合實驗平臺DSP實驗系統(tǒng)信號與系統(tǒng)教學實驗系統(tǒng)傳感檢測教學實驗系統(tǒng)樓宇控制實驗與實訓系統(tǒng)微控制器仿真實驗實訓臺現(xiàn)代電工電子仿真實驗實訓臺2/5/202331Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗室的實驗方法電路分析課程實驗實例2/5/2023322/5/202333Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗方法電路分析課程實驗實例模電課程實驗實例

2/5/2023342/5/202335Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗方法電路分析課程實驗實例模電課程實驗實例數(shù)電課程實驗實例2/5/2023362/5/202337Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗方法電路分析課程實驗實例模電課程實驗實例數(shù)電課程實驗實例嵌入式系統(tǒng)課程實驗實例2/5/2023382/5/202339Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗方法PROTEUS實驗平臺的優(yōu)越性2/5/202340Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗方法PROTEUS實驗平臺的優(yōu)越性實現(xiàn)實驗教學系統(tǒng)改革的目標綜合型實驗室目標開放型實驗室目標先進型實驗室目標創(chuàng)新型實驗室目標易管理維護型實驗室目標2/5/202341Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗方法PROTEUS實驗平臺的優(yōu)越性實現(xiàn)實驗教學系統(tǒng)改革的目標實現(xiàn)實驗教學內(nèi)容改革的目標實現(xiàn)實驗教學內(nèi)容改革制定新實驗教學大綱編寫新實驗教材和實驗指導書更新傳統(tǒng)的基礎型實驗開設綜合型實驗開設創(chuàng)新型實驗實現(xiàn)個性化培養(yǎng)目標培養(yǎng)操作能力院校，可側(cè)重于基礎性實驗；培養(yǎng)綜合性能力院校，可側(cè)重綜合性實驗；培養(yǎng)學生創(chuàng)新性能力的院校，側(cè)重創(chuàng)新性實驗。2/5/202342Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗方法PROTEUS實驗平臺的優(yōu)越性實現(xiàn)實驗教學系統(tǒng)改革的目標實現(xiàn)實驗教學內(nèi)容改革的目標減少產(chǎn)品開發(fā)時間及降低開發(fā)成本2/5/2023432/5/202344Proteus實驗室的建設PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設的必要性PROTEUS實驗室架構PROTEUS實驗方法PROTEUS實驗平臺的優(yōu)越性PROTEUS實驗室使用效果分析2/5/202