《电子技术应用》

Proteus仿真软件在电类专业课程中的应用研究

2017年微型机与应用第8期 作者:朱嵘涛1,徐爱钧2
2017/6/6 0:12:00

  朱嵘涛1,徐爱钧2

  (1. 长江大学 工程技术学院,湖北 荆州 434020;2. 长江大学 电信学院,湖北 荆州 434023)

       摘要:针对目前Proteus仿真软件在电类专业课程中应用研究单一的现状和问题,提出应强调Proteus仿真软件在电类专业课程中的相互融合与促进,提升学生对所学相关课程知识的理解和相互贯通,不再局限与某一门课程。在结合理论分析的基础上,首先用Proteus对模拟电子技术中直流稳压电路进行仿真,然后使用Proteus对数字电子技术中模数转换电路进行硬件仿真,最后将直流稳压电路和模数转换电路应用到单片机系统中,使用Proteus软件进行联合仿真测试。实践教学结果表明,这种方法能更好地帮助学生理解和认识所学电类专业课程,在很大程度上提高了学生对电类专业课程的兴趣和积极性。

  关键词:仿真;直流稳压电路;模数转换;单片机

  中图分类号:TP368.1;TN79;TN7104文献标识码:ADOI: 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.08.028

  引用格式:朱嵘涛,徐爱钧.Proteus仿真软件在电类专业课程中的应用研究[J].微型机与应用,2017,36(8):88-91.

0引言

  *基金项目:长江大学工程技术学院教学研究基金项目(2016JY07)Proteus是全球著名的EDA工具(仿真软件),从原理图绘制、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。在教学领域,Proteus是一个巨大的教学资源,可以应用于:(1)模拟电路与数字电路的教学与实验仿真;(2)单片机与嵌入系统软件的教学与实验仿真;(3) 微控制器系统的综合实验仿真;(4)创新实验与毕业设计仿真。主流的电类专业有4个,分别是通信工程、电子信息工程、自动化和测控技术与仪器专业。电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术和单片机微机原理与应用这4门课是电类4个专业的通用课程,且这4门课程都可以用Proteus进行仿真教学,因此本项目的研究具有较强的应用价值和推广价值。

  近5年来与Proteus相关的参考文献[14]只对Proteus软件在某一门电类专业课程上的应用做了研究,并没有对Proteus软件在电类专业课程中的应用进行一个系统化研究。因此本文有助于解决电类课程相对独立的现象,使之成为一个相互补充、相互促进的有机整体,而不再是某一门具体课程,使学生能从一个更高的层面来学习电类专业的相关课程,也能让学生理解为什么要学好这些课程和学好这些课程的用途。

1直流稳压电源仿真

  直流稳压电源是模拟电子技术课程中很重要的一个部分,很多数字芯片,如模数转换芯片、数模转换芯片和单片机正常工作时都需要稳定的±5 V的直流电压供电。

  直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。电源变压器将220 V、50 Hz的交流电压变为所需的电压信号,接着通过整流电路将交流电变成脉动的直流电压,然后通过滤波电路滤除较大的纹波电压,最后通过7805和7905稳压芯片所组成的稳压电路获得所需的±5V稳定电压[5]。

  直流稳压电路的仿真测试原理图如图1所示,经测试:当输入220 V、50 Hz的交流电压时,输出端获得的电压为+5.01 V和-5.02 V,与理论值5 V的误差分别为0.2%和0.4%,能较好地满足常用数字芯片的供电要求。

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  2.1ADC0808简介

  图2ADC0808内结构图ADC0809是数字电路中经典的A/D转换器,具有8路模拟量输入通道,有转换起停控制,模拟输入电压范畴为0~+5 V,转换时间为100 μs,它的内部结构如图2所示。ADC0808的引脚功能描述如下:IN0~IN7为模拟采集通道;ADDA、ADDB和ADDC用于选择8路模拟采样通道的一路;ALE为输入信号用于锁存采样通道,高电平有效;START为输入信号用于启动模数转换,高电平有效;EOC为A/D转换结束信号,高电平表示模数转换结束,低电平表示模数转换正在进行;OE为输入信号,转换结束时,若OE为高电平则允许转换数据从D0~D7输出;CLK为时钟脉冲输入端,要求时钟频率不高于640 kHz;VREF+、VREF-为基准电压输入端,典型值分别为+5 V和0 V;VCC接+5 V电源,GND接地[6]。

  2.2ADC0808时序图和操作步骤

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  ADC0808的工作流程图如图3所示,故对ADC0808的操作分为以下4个步骤:

  (1)输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中,经地址译码器译码从8路模拟通道中选通一路模拟量送到比较器;

  (2)送START一高脉冲,START的上升沿使逐次逼近寄存器复位,下降沿启动A/D转换,并使EOC信号为低电平;

  (3)当转换结束时,将转换的结果送入到输出三态锁存器,并使EOC信号回到高电平,通知CPU已转换结束;

  (4)当CPU执行一读数据指令,使OE为高电平,则从输出端D0~D1读出数据。

  2.3ADC0808的硬件测试

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  ADC0808的硬件仿真测试原理图如图4所示,ADDA、ADDB和ADDC均接地表示选中模拟采样通道0,具体测试步骤如下:(1)首先松开ALE按键,使ALE引脚为高电平锁存模拟通道0,接着松开START按键,然后闭合ALE键和START按键,使START产生一个高脉冲来启动A/D转换;(2)当看到EOC引脚由低电平变成高电平时,表示A/D转换结束,但此时并没有对应的发光二极管点亮,因为OE还没有变成高电平;(3)松开OE按键,使OE引脚为高电平,会看到与通道0电压值相对应的发光二极管都会被点亮。理论上A/D采样的电压值与输出引脚的之间的关系为:模拟采样电压值=5*A/D转换结果/255。


  首先将滑动变阻器调至电压表示数为0 V的位置,然后按照硬件测试的步骤,会得到与0 V电压值对应的A/D转换的结果,记录在表1中,重复上述的步骤,分别测出电压表示数为1.25 V、2.5 V、3.75 V和5 V对应的A/D转换的结果,记录在表1中。仿真测试的结果与理论分析结果一致,说明硬件测试的方法和步骤是正确的。

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3数据采集系统仿真

  多路数据采集系统由直流稳压电源、单片机最小系统和ADC0808模数转换三个部分组成。直流稳压电源是模拟电子技术中课程中的内容,单片机最小系统是单片机原理与应用课程中的内容,ADC0808模数转换模块是数字电子技术课程中的内容。从这一个小的方面就可以看出,电类专业的很多课程是相铺相成、互相促进、有机协调的一个整体,只是不同课程的侧重点不同而已。ADC0808硬件测试就是为了单片机编程服务的,只要理解按键的两种状态就可以了,如按键按下表示低电平,按键松开表示高电平。单片机的I/O引脚正好也只有两种状态,即高电平和低电平,那么就可以用单片机的I/O引脚来替换按键,通过编程就可使对应的引脚输出高电平或低电平。

  数据采集系统的仿真电路原理图如图5所示,直流稳压电源为单片机和ADC0808的正常工作提供稳定的直流稳定电压。

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  数据采集主程序如下[7]:

  void main()

  {uint ad;

  while(1)

  {

  ADDC=0;ADDB=0;ADDA=0;//选择通道0

  ALE=1;START=1;//将引脚置高电平

  Delay20us();//延时用于锁存采样通道

  ALE=0;START=0;//将引脚置高电平

  while(!EOC);//EOC引脚为高电平,表示转换结束

  OE=1;//将OE引脚置高电平

  ad=P1;

  P0=ad;

  OE=0;//将OE置低电平,禁止数据输出

  }

  }

  经仿真测试,数据采集系统仿真的测试结果与表1的结果相同,说明先对数字芯片进行硬件测试有利于单片机程序的编写,也加深了学生对数字芯片的认识。当自己不会写单片机程序或者写的程序没有出现预期的结果时,可以先从数字芯片硬件测试入手查找问题的所在。

4结论

  在电类专业的很多课程的教学中,教师们会经常使用Proteus仿真软件,这样有利于加深学生对所学知识的理解,但更重要的一点在于要强调所学的知识在电类专业的其他课程中会用到,并且还可以使用Proteus仿真软件进行联合仿真测试,这样学生心理就会明白Proteus仿真软件不仅能帮助自己理解现在所学的课程,还能帮助自己学习电类专业的其他课程。

  实践证明:本项目的研究不仅提高了学生的学习兴趣和课程的教学质量,还让学生对电类专业的课程有了一个更高层次的认识,同时也解决了电类专业课程相对独立的现象,使之成为一个有机高效的整体。

  参考文献

  [1] 王海燕,杨艳华.Proteus和Keil软件在单片机实验教学中的应用[J].实验室研究与探索,2012,31(5):88-91.

  [2] 侯向锋,周兆丰.Proteus在模拟电子技术教学中的应用[J].湖北师范学院学报(自然科学版),2012,32(4):114-118.

  [3] 王尔申,庞涛,李鹏,等.Multisim和Proteus仿真在数字电路课程教学中的应用[J].实验室技术与管理,2013,30(3):78-81.

  [4] 胡中玉,岳强,任杰,等.基于Proteus仿真的电工电子课程教学创新[J].实验室技术与管理,2016,33(4):128-130.

  [5] 康华光.电子技术基础模拟部分(第六版)[M].北京:高等教育出版社,2013.

  [6] 毕满清.电子技术实验与课程设计(第三版)[M].北京: 机械工业出版社,2011.

  [7] 徐爱钧,徐阳.单片机原理与应用——基于Proteus虚拟仿真技术[M].北京: 机械工业出版社,2013.


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