大學生電子設計大賽論文范文

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一、目前電子設計大賽教學中存在的問題

(1)學生掌握的專業知識參差不齊，而電子設計所用的集成芯片種類型號繁多，學生必須學會自己查閱資料，尤其要會查閱英文資料。

(2)學生雖有一定的動手能力，但容易僅憑經驗拿到元器件直接在電路板上進行焊接，往往導致功能測試時糾錯困難。隨著計算機技術的飛速發展，學生利用計算機仿真軟件進行硬件原理圖的設計是發展的必然趨勢。

(3)學生制作出的電子作品外觀布局多樣，如何將設計好的電路進行科學PCB制板能力制板，才能方便焊接，且減少相互干擾，是設計最終成功的關鍵。

(4)學生在焊接技術不夠嫻熟，使得電子作品調試不能完全達到要求，焊接的好壞，直接關系到電子產品或制作的質量。為了取得好的賽績，必須著力培養學生電子設計制作的綜合能力，即查閱資料、硬件原理圖的設計、電路板的布線與制作、焊接功能測試能力。其中硬件原理圖的設計能力的培養是教學中的突出難點。

二、Proteus硬件仿真技術改革電子設計大賽教學內容

電子設計大賽采取理論教學與制作訓練結合的集訓思路對學生進行指導。理論部分進行模塊化分解包括:基本元件;傳感器;集成芯片部分。教師按此分類進行模塊化理論教學，學生通過模塊來構建自己的知識結構，形成個體獨特的知識體系。制作訓練部分包括:電子儀器和Proteus仿真軟件的使用;常用的基本單元模塊的設計和制作;綜合電子制作訓練。理論教學和制作訓練在時間安排上遵循交替進行原則，并增加了Proteus硬件仿真技術的應用。Proteus是英國Lab-centerelectronics公司于1989年開發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，現已在全球50多個國家得到應用，廣泛應用于高校的大學生或研究生電子學教學與實驗以及公司實際電路設計與生產。Proteus主要由兩部分組成:ISIS原理圖設計仿真系統;ARES印制電路板設計系統。硬件原理圖的設計能力是困擾學生的突出難題，也是保障電子設計制作成功的重要前提。因此，在電子設計大賽中將主要應用Proteus軟件的ISIS原理圖設計仿真系統輔助教學。Proteus軟件硬件原理圖設計及仿真的具體步驟為:新建設計文件并設置圖紙參數和相關信息;放置元器件;對原理圖進行布線;利用ISIS提供的電氣規則檢查命令檢查原理圖，調整原理圖布局;電路運行調試。

三、Proteus硬件仿真技術在電子設計大賽中的教學實施

Proteus硬件仿真技術作為一種先進的教學手段，貫穿應用于電子設計大賽的理論教學和制作訓練教學全過程。

1．Proteus硬件仿真技術在理論教學中應用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、信號發生器、仿真圖表等。Proteus軟件的虛擬仿真模式包括交互式動態仿真和基于圖表的靜態仿真。采用虛擬演示實驗的方法，將Proteus仿真技術引入電子設計大賽理論教學環節，教師可以通過多媒體展示電路的仿真情況，形象地講解電路理論及原理，使學生清晰觀察到電路運行的現象、信號波形以及各種參數曲線，從感性上加深對電路原理與性能的理解，直觀地掌握教學內容，提高教學的效果與效率。以非門電路組成非對稱型振蕩電路為例，電路的基本工作原理是利用電容器的充放電。當輸入電壓達到非門的閥值電壓Vth時，非門的輸出狀態發生變化。因此，電路輸出地脈沖波形參數直接取決于電路中阻容元件的數值。通過Proteus軟件的交互式動態仿真方式，采用虛擬示波器輸出電路中的四處節點波形，從波形結果發現:非對稱型多諧振蕩器的輸出波形是不對稱的，輸出脈沖寬度tw1=RC，tw2=1．2RC，T=2．2RC。通過調節R和C值，可改變輸出信號的振蕩頻率，改變C實現輸出頻率的粗調，改變R實現輸出頻率的細調。

2．Proteus硬件仿真技術在制作訓練中應用

制作訓練采用循序漸進的方式進行，制作訓練初期主要是電子儀器和Proteus軟件的使用;從制作訓練中期開始，需針對常用的基本單元模塊進行設計與制作;制作訓練后期，以往屆賽題和模擬賽題為訓練內容進行綜合電子制作。通過分析往屆賽題發現，計數顯示電路的設計訓練是賽前培訓的重點之一。現以一款數字顯示倒計時定時基本單元電路的設計為例，該電路適用于各種需要定時的場合，如電話定時、路燈定時、某一種狀態或過程控制定時等。按照Proteus硬件原理圖設計步驟，電路主要由計數脈沖產生電路、減法計數與數字顯示電路組成。其中計數脈沖產生電路可以由NE555芯片按照多諧振蕩電路進行接線，也可以由簡單的門電路產生，還可以由運放電路產生，此處簡要地用矩形波信號源表示計數脈沖輸入信號。減法計數與數字顯示電路主要由可預置4位二進制可逆計數器U1(74HC193)、U2(譯碼/驅動CD4511)、U3共陰極七段數碼管組成。R2與C1組成預置數電路，在通電瞬間對U1(74HC193)進行預置數9。之后，U1的4腳每接收到一個負脈沖，U1計數一次并減一，數碼顯示由9變成8，當定時時間一到，顯示器顯示0，并且U1的13腳TCD輸出一負脈沖，由該信號驅動各種執行元件，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，只需稍作改動就可實現多種功能，例如需要進行兩位數顯示，只需改用兩片74HC193分別對個位和十位進行計數，再用兩片CD4511驅動兩位數字顯示即可;如果需要實現倒計時定時報警功能，只需利用U1(74HC193)的13腳TCD作為觸發信號連接驅動蜂鳴器的執行電路即可。采用Proteus硬件仿真技術，在原理圖設計階段就可以進行評估，驗證所設計的電路是否達到要求的技術指標，還可以通過改變元器件參數使整個電路的性能最優化，大大節省了設計時間與經費，提高了設計效果和質量。

四、Proteus硬件仿真技術在電子設計大賽中實施的效果評價

1．Proteus為電子設計大賽提供了多媒體教學平臺

Proteus軟件為理論教學提供了先進的實驗、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，講解各種參數改變對電路的影響，幫助學生突破抽象的難點知識的理解，形成扎實系統的知識體系。

2．Proteus為電子設計大賽提供了虛擬實訓平臺

Proteus軟件所提供的一系列元件庫，既能實現實驗箱固定模塊的驗證功能，還能根據教學內容進行調整，整個過程不受時間、空間限制，突破了傳統實訓室的局限性，克服了學校經費不足和儀器設備不足對教學指導的困擾。

3．Proteus為電子設計大賽提供了創新平臺

Proteus軟件提供的硬件仿真功能，為電子設計大賽注入了活力，培養了學生科學的電子設計方法，有效地提高了學生針對實際問題進行電子設計制作的能力以及創新發揮的能力。

五、結語

Proteus以其強大的互動硬件仿真功能，給電子設計大賽提供了一個電子設計的教學平臺、實訓平臺和創新平臺，提高了電子設計大賽指導的效率，為當今電子類專業的教學改革提供了強有力的手段，但在教學實施過程中仍需明確:堅持Proteus虛擬演示為手段，深層理解電子理論為目的;堅持Pro-teus硬件仿真技術為手段，實際制作為目的。

作者：謝富珍單位：新余學院機械工程學院