Protues在電子電路測試與仿真中的應(yīng)用

Protues在電子電路測試與仿真中的應(yīng)用【摘要】分析實(shí)踐教學(xué)在高等工科院校人才培養(yǎng)過程中的重要作用，根據(jù)電子信息專業(yè)實(shí)踐教學(xué)探索，本文介紹一些有效的方法，將電子電路實(shí)踐教學(xué)與采用Protues電路仿真軟件輔助教學(xué)高效融合相輔相成，進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)改革，充分體現(xiàn)因材施教的教學(xué)思想，真正提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。【關(guān)鍵詞】電子電路;Protues;實(shí)踐教學(xué)改革電子信息類應(yīng)用型本科學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)已經(jīng)成為人才培養(yǎng)規(guī)格的一個(gè)重要的標(biāo)志和特征。各高校正在探索如何加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。其突破口和側(cè)重點(diǎn)各個(gè)高校都有不同的作法和經(jīng)驗(yàn)。為此，邵陽學(xué)院信息系電子信息工程專業(yè)（首批湖南省特色專業(yè)）教研室與電子工程實(shí)踐教學(xué)中心（湖南省級(jí)示范實(shí)踐教學(xué)中心）強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，推進(jìn)電子信息工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)改革和研究，進(jìn)行“開放實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的電子電路測試與仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究與實(shí)踐”項(xiàng)目研究，對(duì)獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程電子電路測試與仿真，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法、手段、教材等方面的改革研究和“虛”“實(shí)”結(jié)合的特色化教學(xué)實(shí)踐。1.電子信息工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系根據(jù)電子信息工程專業(yè)（以下簡稱電信專業(yè)）自身的條件和特點(diǎn)，構(gòu)建分模塊多層次的實(shí)踐教學(xué)體系：以培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)、專業(yè)特色明顯、具有創(chuàng)新思維能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，建立分模塊、多層次、相互銜接行之有效的實(shí)踐教學(xué)體系。表1所示把工程實(shí)踐能力和科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)劃分為“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)→專業(yè)實(shí)驗(yàn)→能力訓(xùn)練→科創(chuàng)研究”四個(gè)層次，每一層次能力逐級(jí)提升，相互銜接，上下融合。表1電子信息工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系實(shí)踐環(huán)節(jié)依托平臺(tái)能力培養(yǎng)性質(zhì)參與學(xué)生比例基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)專業(yè)實(shí)驗(yàn)電子工程基礎(chǔ)訓(xùn)練基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)專業(yè)技術(shù)及技術(shù)實(shí)踐能力教學(xué)計(jì)劃內(nèi)100%綜合實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)踐應(yīng)用能力教學(xué)計(jì)劃內(nèi)100%實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)平臺(tái)創(chuàng)新科研平臺(tái)工程實(shí)踐能力教學(xué)計(jì)劃內(nèi)100%創(chuàng)新研究科研參與學(xué)科競賽創(chuàng)新科研平臺(tái)創(chuàng)新能力，科研、技術(shù)開發(fā)能力教學(xué)計(jì)劃外優(yōu)勝劣汰，考核選拔，保持適當(dāng)比例2.電子電路測試與仿真課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究根據(jù)本科教學(xué)計(jì)劃要求和實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，電信專業(yè)自2012年對(duì)課程設(shè)置做了較大修改和調(diào)整，提高了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)所占比重，增加了獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程數(shù)目，突出了實(shí)踐教學(xué)重要性。將電子技術(shù)基礎(chǔ)課程（包含電路分析、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)三門課程）的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容獨(dú)立出來，開設(shè)兩門獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程電子電路測試與仿真和現(xiàn)代電子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。電子電路測試與仿真課程，處于實(shí)踐教學(xué)體系的第一層次，施教于第二學(xué)期，將電路分析和模擬電子技術(shù)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，要求學(xué)生了解電子電路測試與仿真基本方法;掌握典型電子電路的功能、工作原理、設(shè)計(jì)方法;掌握使用軟件繪制電子電路原理圖，并會(huì)利用儀器儀表進(jìn)行電子電路測試和檢測。熟悉使用軟件對(duì)電子電路進(jìn)行指標(biāo)測試和功能測試。電子電路測試與仿真課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容可劃分為三大模塊：元器件模塊、單元電路模塊、綜合電路模塊。在實(shí)踐教學(xué)中充分應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)與方法，對(duì)課程教學(xué)采用多媒體技術(shù)授課，課件上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在選擇實(shí)驗(yàn)手段時(shí)，注重虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，形成個(gè)性化分層次實(shí)施實(shí)驗(yàn)及“虛”“實(shí)”結(jié)合的特色化教學(xué)實(shí)踐。具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容如表2所示。表2電子電路測試與仿真課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模塊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目元器件模塊電容元件、電感元件、電阻元件、二極管元件、三極管元件、集成電路等單元電路模塊濾波電路、整流電路、比較電路、穩(wěn)壓電路、電流放大電路、電壓放大電路、功率放大電路、振蕩電路、反饋電路、諧振電路、模擬運(yùn)算電路等綜合電路模塊串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路、三端穩(wěn)壓電源電路、三端可調(diào)電源電路、開關(guān)電源電路、信號(hào)發(fā)生器電路、組合電源電路、紅外線收發(fā)電路組件等根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容，在具體的實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中把整個(gè)課程實(shí)驗(yàn)分為5個(gè)層次對(duì)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練：第一層次是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，第二層次是設(shè)計(jì)性單元電路，第三層次是綜合性功能電路實(shí)驗(yàn)，第四是功能電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，第五層次是對(duì)指標(biāo)和性能提出較高要求的項(xiàng)目訓(xùn)練。第一、二、三層次要求所有學(xué)生必須參加，而第四、第五層次是針對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)度快、基礎(chǔ)扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)、學(xué)習(xí)效果好、興趣愛好濃的學(xué)有余力的學(xué)生開設(shè)的，先要求學(xué)生進(jìn)行模擬軟件設(shè)計(jì)電路、仿真、測試，再進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)，利用儀器儀表完成功能測試和指標(biāo)測量。實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)靈活地采用集中指導(dǎo)、自主訓(xùn)練和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等教學(xué)方式，使學(xué)生逐步形成學(xué)生自主式、合作式、研究式為主的學(xué)習(xí)方式。3.Protues在電子電路測試與仿真中的應(yīng)用Protues是指一種現(xiàn)代化通用電路分析軟件，廣泛應(yīng)用于電子線路計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)。如今，高版本的Protues能夠?qū)δM電子線路從三個(gè)層面進(jìn)行分析——直流、瞬態(tài)、交流，還能對(duì)數(shù)字電子電路和數(shù)模混合電路進(jìn)行比對(duì)分析[6]。采用Protues仿真軟件進(jìn)行電子電路測試實(shí)驗(yàn)，具有比較明顯的優(yōu)勢，例如涉及到的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全面，可涵蓋表2三大模塊的幾乎所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)投入少元器件損耗小，學(xué)生可自行實(shí)驗(yàn)，不受實(shí)驗(yàn)室硬件條件限制，與工程實(shí)踐最為接近，對(duì)元器件的參數(shù)設(shè)置和改變電路連接非常靈活，便于實(shí)現(xiàn)不同功能電路的指標(biāo)和性能要求。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生先進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，再在硬件平臺(tái)上進(jìn)行驗(yàn)證，完成第一、二層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而對(duì)于第三層次的項(xiàng)目，要求學(xué)生完成仿真設(shè)計(jì)和測試，然后學(xué)生可以進(jìn)行更高層次的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和開發(fā)項(xiàng)目的研究。Protues在電子電路測試與仿真中的應(yīng)用，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）可對(duì)所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真操作，僅僅只需一臺(tái)電腦安裝Protues軟件，而元器件成本幾乎為零。（2）能在不變換電路元件的條件下，僅僅通過改變電路參數(shù)來改變電路的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常直觀，而實(shí)驗(yàn)過程簡便，實(shí)驗(yàn)損耗幾乎為零。（3）Protues提供了幾乎所有電子儀器——示波器、掃頻儀、邏輯分析儀、器件特性分析儀及信號(hào)源等。學(xué)生直接可以獲得各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如輸入輸出波形、頻率特性曲線、動(dòng)態(tài)變化曲線等。（4）對(duì)于設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及對(duì)指標(biāo)和性能提出較高要求的項(xiàng)目，可對(duì)學(xué)生的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真測試，驗(yàn)證方案是否可行，便于方案的修改和調(diào)整。（5）PCB的自動(dòng)布線功能，能實(shí)現(xiàn)從原理圖到PCB圖的轉(zhuǎn)換，為電路的硬件實(shí)現(xiàn)提供了方便。（6）學(xué)生通過Protues仿真實(shí)驗(yàn)，積累大量電路原理圖和功能仿真、性能測試的經(jīng)驗(yàn)，為綜合電路模塊的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)甚至為未來創(chuàng)新能力，科研、技術(shù)開發(fā)能力的提高奠定非常好的基礎(chǔ)。（7）能將學(xué)科競賽培訓(xùn)的部分內(nèi)容融入到實(shí)驗(yàn)課程的訓(xùn)練中進(jìn)行。4.教學(xué)效果我們對(duì)獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程電子電路測試與仿真，在開放實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法、手段等方面的改革研究和“虛”“實(shí)”結(jié)合的特色化教學(xué)實(shí)踐。實(shí)踐教學(xué)取得很好成效。（1）使得實(shí)驗(yàn)課程能夠吸引學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，且使得學(xué)生對(duì)于電子電路方面的研究分析與模擬仿真能力得到大幅度的提升;（2）學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合知識(shí)應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識(shí)與思維能力得到提高;（3）形成了一個(gè)具有較強(qiáng)實(shí)踐能力和實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)的師資隊(duì)伍，提高了教師進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)和科學(xué)研究的能力;（4）成為競賽培訓(xùn)的重要一環(huán)，促進(jìn)了學(xué)生競賽成績的提高。近三年，學(xué)生參加全國電子競賽、應(yīng)用型人才技能競賽及科技作品競賽，獲得國家二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)、優(yōu)秀獎(jiǎng)3項(xiàng)，獲省級(jí)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)6項(xiàng)，三等獎(jiǎng)12項(xiàng)，優(yōu)秀獎(jiǎng)7項(xiàng)。根據(jù)電信專業(yè)自身的條件和特點(diǎn)，對(duì)多年的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和成果進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)行了“開放實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的電子電路測試與仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究與實(shí)踐”項(xiàng)目研究。雖然教學(xué)改革取得了一定成效，但是還存在或多或少的問題和缺點(diǎn)，還有待進(jìn)一步改革探索，還需通過實(shí)踐不斷加以檢驗(yàn)和完善。參考文獻(xiàn)[1]丁道一，何焰蘭，黃松筠，鄭浩斌.構(gòu)筑一個(gè)完整的金字塔教學(xué)體系——教學(xué)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)實(shí)驗(yàn)接軌[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2011，34（1）：77-79.[2]丁保華，陳軍.建立相對(duì)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)體系，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，24（4）：22-23，44.[3]郭偉良，陳雪芬，周永燦.創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建與實(shí)踐[J].海南大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2014，32（1）：97-101.[4]陳冠玲，馬