朱嶸濤1,徐愛鈞2
?。?. 長江大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院,,湖北 荊州 434020;2. 長江大學(xué) 電信學(xué)院,,湖北 荊州 434023)
摘要:針對目前Proteus仿真軟件在電類專業(yè)課程中應(yīng)用研究單一的現(xiàn)狀和問題,,提出應(yīng)強調(diào)Proteus仿真軟件在電類專業(yè)課程中的相互融合與促進(jìn),提升學(xué)生對所學(xué)相關(guān)課程知識的理解和相互貫通,,不再局限與某一門課程,。在結(jié)合理論分析的基礎(chǔ)上,首先用Proteus對模擬電子技術(shù)中直流穩(wěn)壓電路進(jìn)行仿真,,然后使用Proteus對數(shù)字電子技術(shù)中模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行硬件仿真,,最后將直流穩(wěn)壓電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用到單片機系統(tǒng)中,使用Proteus軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真測試,。實踐教學(xué)結(jié)果表明,,這種方法能更好地幫助學(xué)生理解和認(rèn)識所學(xué)電類專業(yè)課程,在很大程度上提高了學(xué)生對電類專業(yè)課程的興趣和積極性,。
關(guān)鍵詞:仿真,;直流穩(wěn)壓電路;模數(shù)轉(zhuǎn)換,;單片機
中圖分類號:TP368.1;TN79;TN7104文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ADOI: 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.08.028
引用格式:朱嶸濤,,徐愛鈞.Proteus仿真軟件在電類專業(yè)課程中的應(yīng)用研究[J].微型機與應(yīng)用,2017,36(8):88-91.
0引言
*基金項目:長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院教學(xué)研究基金項目(2016JY07)Proteus是全球著名的EDA工具(仿真軟件),,從原理圖繪制,、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真,一鍵切換到PCB設(shè)計,,真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計,。在教學(xué)領(lǐng)域,,Proteus是一個巨大的教學(xué)資源,可以應(yīng)用于:(1)模擬電路與數(shù)字電路的教學(xué)與實驗仿真,;(2)單片機與嵌入系統(tǒng)軟件的教學(xué)與實驗仿真,;(3) 微控制器系統(tǒng)的綜合實驗仿真;(4)創(chuàng)新實驗與畢業(yè)設(shè)計仿真,。主流的電類專業(yè)有4個,,分別是通信工程、電子信息工程,、自動化和測控技術(shù)與儀器專業(yè),。電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù),、數(shù)字電子技術(shù)和單片機微機原理與應(yīng)用這4門課是電類4個專業(yè)的通用課程,,且這4門課程都可以用Proteus進(jìn)行仿真教學(xué),因此本項目的研究具有較強的應(yīng)用價值和推廣價值,。
近5年來與Proteus相關(guān)的參考文獻(xiàn)[14]只對Proteus軟件在某一門電類專業(yè)課程上的應(yīng)用做了研究,,并沒有對Proteus軟件在電類專業(yè)課程中的應(yīng)用進(jìn)行一個系統(tǒng)化研究。因此本文有助于解決電類課程相對獨立的現(xiàn)象,,使之成為一個相互補充,、相互促進(jìn)的有機整體,而不再是某一門具體課程,,使學(xué)生能從一個更高的層面來學(xué)習(xí)電類專業(yè)的相關(guān)課程,,也能讓學(xué)生理解為什么要學(xué)好這些課程和學(xué)好這些課程的用途。
1直流穩(wěn)壓電源仿真
直流穩(wěn)壓電源是模擬電子技術(shù)課程中很重要的一個部分,,很多數(shù)字芯片,如模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和單片機正常工作時都需要穩(wěn)定的±5 V的直流電壓供電,。
直流穩(wěn)壓電源主要由電源變壓器、整流電路,、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成,。電源變壓器將220 V、50 Hz的交流電壓變?yōu)樗璧碾妷盒盘?,接著通過整流電路將交流電變成脈動的直流電壓,,然后通過濾波電路濾除較大的紋波電壓,最后通過7805和7905穩(wěn)壓芯片所組成的穩(wěn)壓電路獲得所需的±5V穩(wěn)定電壓[5],。
直流穩(wěn)壓電路的仿真測試原理圖如圖1所示,,經(jīng)測試:當(dāng)輸入220 V、50 Hz的交流電壓時,,輸出端獲得的電壓為+5.01 V和-5.02 V,,與理論值5 V的誤差分別為0.2%和0.4%,,能較好地滿足常用數(shù)字芯片的供電要求。
2.1ADC0808簡介
圖2ADC0808內(nèi)結(jié)構(gòu)圖ADC0809是數(shù)字電路中經(jīng)典的A/D轉(zhuǎn)換器,,具有8路模擬量輸入通道,,有轉(zhuǎn)換起停控制,,模擬輸入電壓范疇為0~+5 V,,轉(zhuǎn)換時間為100 μs,它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示,。ADC0808的引腳功能描述如下:IN0~IN7為模擬采集通道,;ADDA、ADDB和ADDC用于選擇8路模擬采樣通道的一路,;ALE為輸入信號用于鎖存采樣通道,,高電平有效;START為輸入信號用于啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換,,高電平有效,;EOC為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號,高電平表示模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束,,低電平表示模數(shù)轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行,;OE為輸入信號,轉(zhuǎn)換結(jié)束時,,若OE為高電平則允許轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從D0~D7輸出,;CLK為時鐘脈沖輸入端,要求時鐘頻率不高于640 kHz,;VREF+,、VREF-為基準(zhǔn)電壓輸入端,典型值分別為+5 V和0 V,;VCC接+5 V電源,,GND接地[6]。
2.2ADC0808時序圖和操作步驟
ADC0808的工作流程圖如圖3所示,,故對ADC0808的操作分為以下4個步驟:
?。?)輸入3位地址,并使ALE=1,,將地址存入地址鎖存器中,,經(jīng)地址譯碼器譯碼從8路模擬通道中選通一路模擬量送到比較器;
?。?)送START一高脈沖,,START的上升沿使逐次逼近寄存器復(fù)位,下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換,,并使EOC信號為低電平,;
?。?)當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時,將轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入到輸出三態(tài)鎖存器,,并使EOC信號回到高電平,,通知CPU已轉(zhuǎn)換結(jié)束;
?。?)當(dāng)CPU執(zhí)行一讀數(shù)據(jù)指令,,使OE為高電平,則從輸出端D0~D1讀出數(shù)據(jù),。
2.3ADC0808的硬件測試
ADC0808的硬件仿真測試原理圖如圖4所示,,ADDA、ADDB和ADDC均接地表示選中模擬采樣通道0,,具體測試步驟如下:(1)首先松開ALE按鍵,,使ALE引腳為高電平鎖存模擬通道0,接著松開START按鍵,,然后閉合ALE鍵和START按鍵,,使START產(chǎn)生一個高脈沖來啟動A/D轉(zhuǎn)換;(2)當(dāng)看到EOC引腳由低電平變成高電平時,,表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束,,但此時并沒有對應(yīng)的發(fā)光二極管點亮,因為OE還沒有變成高電平,;(3)松開OE按鍵,,使OE引腳為高電平,會看到與通道0電壓值相對應(yīng)的發(fā)光二極管都會被點亮,。理論上A/D采樣的電壓值與輸出引腳的之間的關(guān)系為:模擬采樣電壓值=5*A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果/255,。
首先將滑動變阻器調(diào)至電壓表示數(shù)為0 V的位置,然后按照硬件測試的步驟,,會得到與0 V電壓值對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果,,記錄在表1中,重復(fù)上述的步驟,,分別測出電壓表示數(shù)為1.25 V、2.5 V,、3.75 V和5 V對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果,,記錄在表1中。仿真測試的結(jié)果與理論分析結(jié)果一致,,說明硬件測試的方法和步驟是正確的,。
3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)仿真
多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由直流穩(wěn)壓電源、單片機最小系統(tǒng)和ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換三個部分組成,。直流穩(wěn)壓電源是模擬電子技術(shù)中課程中的內(nèi)容,,單片機最小系統(tǒng)是單片機原理與應(yīng)用課程中的內(nèi)容,,ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是數(shù)字電子技術(shù)課程中的內(nèi)容。從這一個小的方面就可以看出,,電類專業(yè)的很多課程是相鋪相成,、互相促進(jìn)、有機協(xié)調(diào)的一個整體,,只是不同課程的側(cè)重點不同而已,。ADC0808硬件測試就是為了單片機編程服務(wù)的,只要理解按鍵的兩種狀態(tài)就可以了,,如按鍵按下表示低電平,,按鍵松開表示高電平。單片機的I/O引腳正好也只有兩種狀態(tài),,即高電平和低電平,,那么就可以用單片機的I/O引腳來替換按鍵,通過編程就可使對應(yīng)的引腳輸出高電平或低電平,。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的仿真電路原理圖如圖5所示,,直流穩(wěn)壓電源為單片機和ADC0808的正常工作提供穩(wěn)定的直流穩(wěn)定電壓。
數(shù)據(jù)采集主程序如下[7]:
void main()
{uint ad;
while(1)
{
ADDC=0;ADDB=0;ADDA=0;//選擇通道0
ALE=1;START=1;//將引腳置高電平
Delay20us();//延時用于鎖存采樣通道
ALE=0;START=0;//將引腳置高電平
while(!EOC);//EOC引腳為高電平,,表示轉(zhuǎn)換結(jié)束
OE=1;//將OE引腳置高電平
ad=P1;
P0=ad;
OE=0;//將OE置低電平,禁止數(shù)據(jù)輸出
}
}
經(jīng)仿真測試,,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)仿真的測試結(jié)果與表1的結(jié)果相同,說明先對數(shù)字芯片進(jìn)行硬件測試有利于單片機程序的編寫,,也加深了學(xué)生對數(shù)字芯片的認(rèn)識,。當(dāng)自己不會寫單片機程序或者寫的程序沒有出現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果時,可以先從數(shù)字芯片硬件測試入手查找問題的所在,。
4結(jié)論
在電類專業(yè)的很多課程的教學(xué)中,,教師們會經(jīng)常使用Proteus仿真軟件,這樣有利于加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解,,但更重要的一點在于要強調(diào)所學(xué)的知識在電類專業(yè)的其他課程中會用到,,并且還可以使用Proteus仿真軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真測試,這樣學(xué)生心理就會明白Proteus仿真軟件不僅能幫助自己理解現(xiàn)在所學(xué)的課程,,還能幫助自己學(xué)習(xí)電類專業(yè)的其他課程,。
實踐證明:本項目的研究不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課程的教學(xué)質(zhì)量,還讓學(xué)生對電類專業(yè)的課程有了一個更高層次的認(rèn)識,,同時也解決了電類專業(yè)課程相對獨立的現(xiàn)象,,使之成為一個有機高效的整體。
參考文獻(xiàn)
?。?] 王海燕,,楊艷華.Proteus和Keil軟件在單片機實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗室研究與探索,2012,31(5):88-91.
[2] 侯向鋒,周兆豐.Proteus在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,32(4):114-118.
?。?] 王爾申,,龐濤,李鵬,,等.Multisim和Proteus仿真在數(shù)字電路課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗室技術(shù)與管理,2013,30(3):78-81.
?。?] 胡中玉,岳強,,任杰,,等.基于Proteus仿真的電工電子課程教學(xué)創(chuàng)新[J].實驗室技術(shù)與管理,2016,33(4):128-130.
[5] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版)[M].北京:高等教育出版社,2013.
?。?] 畢滿清.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計(第三版)[M].北京: 機械工業(yè)出版社,2011.
?。?] 徐愛鈞,徐陽.單片機原理與應(yīng)用——基于Proteus虛擬仿真技術(shù)[M].北京: 機械工業(yè)出版社,2013.