论文部分内容阅读
摘要：《汽车电工电子基础》是汽车维修专业中最基本的专业课程，其中电路实现的功能相对抽象，难以理解。该课程应用性非常强，学生需要掌握理论知识的同时，又要完成实际工作任务，掌握较为困难，而且往往不能提起学生的学习兴趣。针对这种现象，可以将仿真软件Proteus引入课堂。仿真软件是辅助学生理解电工电子电路工作原理和各类元件、仪表使用方法的好Ig。如果将该软件作为辅助教学，对电路进行仿真，枯燥的电路变为动态、逼真地展现其工作原理，直观形象提升了学生的学习兴趣，对提高教学效果有很大的意义。
关键词：软件;Proteus;汽车电工电子
中图分类号：U462文献标识码：A
1Proteus软件
1.1软件简介
该软件是英国Lab Center EIectronics公司出版的辅助仿真设计软件。它不仅具有模拟电路的仿真功能，还能仿真数字电路。
1.2Proteus的仿真软件的特点
（1）直观的操作界面。Proteus的电路原理图创建采用图形化，电路中的元器件可以从Pick Device库中直接搜索，而测量仪器（例如示波器、电压表和电流表等）以及信号源（直流、正弦及脉冲等信号源）可以从面板直接选择，使用非常便捷。
（2）丰富的元器件库。Proteus软件自带的元件库称PickDevice库，该库把元器件分为36大类（Categorv），每个大类包括若干个子类，每个子类中包含非常多的元器件型号。
（3）兼容性强。Proteus作为模拟仿真软件输出的仿真文件，具有和其他软件一起协同工作的仿真接口，可以在常用的AD、ORCAD等软件中直接进行修改、排布以及布线等工作。
2汽车电子教学内容基本要求
传统授课基本上是理论居多，内容以推导公式为主，与学生互动较少，纯粹的理论教学枯燥无味，很难调动学习的积极性。要想提高学生对学习的积极性，就要把理论、仿真和实践形成一体的教学模式，少理论、多仿真、多实践，形成与学生互动的教学过程。以转变教学方式、提高学生积极性和提高职业能力与素养为目标《汽车电工电子基础》中实验课程要求如下。
（1）项目一：安全用电。主要了解触电的各种形式，安全用电须知和注意事项，熟悉触电形式和掌握安全用电措施。
（2）项目二：直流电路的基础知识及基本器件。了解电路的组成与元器件，掌握电路的基本定律，掌握串并联电路的基本知识，掌握直流电动机知识，掌握交流电与交流发电机知识。能进行电压、电流、电阻和功率的运算，能进行串并联电路简单的计算，会用Proteus仿真欧姆定律和负载是星形、三角形连接时的三相交流电源。
（3）项目三：模拟电路。了解二极管、三极管知识，掌握整流电路和放大电路知识，了解串联型直流稳压电源电路和晶闸管结构以及台灯调光电路。
（4）项目四：数字电路。掌握集成逻辑门电路应用实例，会用Proteus仿真逻辑门电路。
（5）项目五：汽车电路识别。了解汽车基本电路，了解元件符号含义、代号及在车内位置和状态，掌握照明电路的工作过程，熟悉其他简单汽车电路的工作原理，掌握汽车电路图原理，会用Proteus仿真汽车照明电路。
（6）项目六：汽车微机控制系统电路。了解汽车微机控制的特点和掌握汽车微机控制的分类，了解电控单元的知识和掌握传感器的基本性能。能进行汽车微机控制的维护、保养和电控传感器的维护，会用Proteus仿真汽车微机控制电路。
3Proteus在《汽车电工电子基础》上的仿真与应用
3.1用Proteus仿真三极管放大电路
首先的操作如下：打开Proteus，新建设计1，对照三极管电路原理图选择对应元件，构建仿真电路，并在图中加入仿真示波器，按下仿真运行键后可通过其观察示波器输出波形。此电路为低频小信号电压放大电路，输入的交流信号Ui正常地被放大，放大之后的交流信号输出加到负载上，仿真电路原理图如图1所示。在示波器显示输出波形如图1右侧所示，其中黄色正弦波A为输入激励信号，蓝色正弦波B为经过放大后的输出信号。
通过Proteus进行仿真演示后，学生可以更直观地看到输入幅值为30mV的低电压信号交流电放大为幅值为5V的交流电。这样就能够使学生不再局限于教材上空洞枯燥的电路知识，而是生动形象地理解了三极管的放大作用，加深了该知识点的掌握。
3.2用Proteus仿真汽车雨刷器
汽车雨刷器工作电路主要有单片机AT89C52、模数转换器ADC0832和其他一些电气元件如继电器、直流电机、LED和开关等构成。LED汽车雨刷器一般有2种模式：自动和手动模式。其中手动挡有3个挡位选择，分别为1挡、2挡和3挡，并分别有对应的LED指示灯。在自动模式下，当检测到有雨滴（电位器的变化模仿雨滴的量，然后进入AD芯片处理），自动雨刷开启，雨滴的密度决定挡位的选择，有1～3挡。在手动模式下，可以手动通过多路开关选择挡位，有1～3挡。仿真图运行后如图2所示。
通过Proteus模拟汽车雨刷器的电路工作，使学生在不用操作实车的情况下就能感受到雨刷的工作情况，仿真结果非常直观，能够使学生容易掌握并理解该知识点。
另外通过Proteus还能实现汽车左右转向灯系统、胎压温度检测系统和汽车速度显示报警系统等的设计与仿真，如果元器件连接错误，当运行仿真时就会提示错误。如果电路的仿真全部正确，仿真结果也符合预期的要求，可按照仿真图制作PCB电路板，在设计PCB时对元器件以及走线进行调整优化，确保电路中功率、信号和高频等分开设计，保证其工作的稳定。
4实际教学效果
结合对2017级汽车维修专业5年制高级工班近30名学生的实践证明，让学生通过动脑设计电路，使用Proteus软件对实验中电路搭建并仿真，让枯燥的理论和公式变得直观、形象，学生掌握知识点和对知识点的理解相比较之前更加深刻。
4.1仿真试验的直观性，使学生的兴趣大幅度提高
目前一体化教学模式在中职院校得到大力推广，而Proteus仿真软件的应用将电子电路基础的传统式理论教学转变为数字化且动态直观的现代化教学模式。把传统实验室内所能做的实验搬到了计算机屏幕上，这是一体化教学中理论、仿真和实践的三合一体现，进一步激发了学生的学习兴趣。
4.2安全、省时、省费用
在教学中，使用Proteus仿真软件只是在计算机上进行模拟仿真与试验，避免学生由于接错电路或者操作不当引起的安全事故。传统的电子电路实验是基于PCB印制板或者万能电路板上进行的，需要安装元器件、连接导线等操作，这样的操作费时费力，而且很容易损坏元器件并且有安全风险。应用该仿真软件在计算机上，可以方便对元件的参数进行修改，缩短了实验的准备时间，有利于在单位时间内实现更多的试验，不仅对学生的兴趣有极大的提高，也大大提高了教学的效率。
4.3展示技能，拓展提升
深入掌握了Proteus的使用方法后，还可以利用业余时间将其拓展应用到单片机的学习和PCB的制作上。學生的学习能力得到充分的拓展，基础知识掌握得到充分巩固，Proteus将是推动学生主动学习的一个有力手段。
关键词：软件;Proteus;汽车电工电子
中图分类号：U462文献标识码：A
1Proteus软件
1.1软件简介
该软件是英国Lab Center EIectronics公司出版的辅助仿真设计软件。它不仅具有模拟电路的仿真功能，还能仿真数字电路。
1.2Proteus的仿真软件的特点
（1）直观的操作界面。Proteus的电路原理图创建采用图形化，电路中的元器件可以从Pick Device库中直接搜索，而测量仪器（例如示波器、电压表和电流表等）以及信号源（直流、正弦及脉冲等信号源）可以从面板直接选择，使用非常便捷。
（2）丰富的元器件库。Proteus软件自带的元件库称PickDevice库，该库把元器件分为36大类（Categorv），每个大类包括若干个子类，每个子类中包含非常多的元器件型号。
（3）兼容性强。Proteus作为模拟仿真软件输出的仿真文件，具有和其他软件一起协同工作的仿真接口，可以在常用的AD、ORCAD等软件中直接进行修改、排布以及布线等工作。
2汽车电子教学内容基本要求
传统授课基本上是理论居多，内容以推导公式为主，与学生互动较少，纯粹的理论教学枯燥无味，很难调动学习的积极性。要想提高学生对学习的积极性，就要把理论、仿真和实践形成一体的教学模式，少理论、多仿真、多实践，形成与学生互动的教学过程。以转变教学方式、提高学生积极性和提高职业能力与素养为目标《汽车电工电子基础》中实验课程要求如下。
（1）项目一：安全用电。主要了解触电的各种形式，安全用电须知和注意事项，熟悉触电形式和掌握安全用电措施。
（2）项目二：直流电路的基础知识及基本器件。了解电路的组成与元器件，掌握电路的基本定律，掌握串并联电路的基本知识，掌握直流电动机知识，掌握交流电与交流发电机知识。能进行电压、电流、电阻和功率的运算，能进行串并联电路简单的计算，会用Proteus仿真欧姆定律和负载是星形、三角形连接时的三相交流电源。
（3）项目三：模拟电路。了解二极管、三极管知识，掌握整流电路和放大电路知识，了解串联型直流稳压电源电路和晶闸管结构以及台灯调光电路。
（4）项目四：数字电路。掌握集成逻辑门电路应用实例，会用Proteus仿真逻辑门电路。
（5）项目五：汽车电路识别。了解汽车基本电路，了解元件符号含义、代号及在车内位置和状态，掌握照明电路的工作过程，熟悉其他简单汽车电路的工作原理，掌握汽车电路图原理，会用Proteus仿真汽车照明电路。
（6）项目六：汽车微机控制系统电路。了解汽车微机控制的特点和掌握汽车微机控制的分类，了解电控单元的知识和掌握传感器的基本性能。能进行汽车微机控制的维护、保养和电控传感器的维护，会用Proteus仿真汽车微机控制电路。
3Proteus在《汽车电工电子基础》上的仿真与应用
3.1用Proteus仿真三极管放大电路
首先的操作如下：打开Proteus，新建设计1，对照三极管电路原理图选择对应元件，构建仿真电路，并在图中加入仿真示波器，按下仿真运行键后可通过其观察示波器输出波形。此电路为低频小信号电压放大电路，输入的交流信号Ui正常地被放大，放大之后的交流信号输出加到负载上，仿真电路原理图如图1所示。在示波器显示输出波形如图1右侧所示，其中黄色正弦波A为输入激励信号，蓝色正弦波B为经过放大后的输出信号。
通过Proteus进行仿真演示后，学生可以更直观地看到输入幅值为30mV的低电压信号交流电放大为幅值为5V的交流电。这样就能够使学生不再局限于教材上空洞枯燥的电路知识，而是生动形象地理解了三极管的放大作用，加深了该知识点的掌握。
3.2用Proteus仿真汽车雨刷器
汽车雨刷器工作电路主要有单片机AT89C52、模数转换器ADC0832和其他一些电气元件如继电器、直流电机、LED和开关等构成。LED汽车雨刷器一般有2种模式：自动和手动模式。其中手动挡有3个挡位选择，分别为1挡、2挡和3挡，并分别有对应的LED指示灯。在自动模式下，当检测到有雨滴（电位器的变化模仿雨滴的量，然后进入AD芯片处理），自动雨刷开启，雨滴的密度决定挡位的选择，有1～3挡。在手动模式下，可以手动通过多路开关选择挡位，有1～3挡。仿真图运行后如图2所示。
通过Proteus模拟汽车雨刷器的电路工作，使学生在不用操作实车的情况下就能感受到雨刷的工作情况，仿真结果非常直观，能够使学生容易掌握并理解该知识点。
另外通过Proteus还能实现汽车左右转向灯系统、胎压温度检测系统和汽车速度显示报警系统等的设计与仿真，如果元器件连接错误，当运行仿真时就会提示错误。如果电路的仿真全部正确，仿真结果也符合预期的要求，可按照仿真图制作PCB电路板，在设计PCB时对元器件以及走线进行调整优化，确保电路中功率、信号和高频等分开设计，保证其工作的稳定。
4实际教学效果
结合对2017级汽车维修专业5年制高级工班近30名学生的实践证明，让学生通过动脑设计电路，使用Proteus软件对实验中电路搭建并仿真，让枯燥的理论和公式变得直观、形象，学生掌握知识点和对知识点的理解相比较之前更加深刻。
4.1仿真试验的直观性，使学生的兴趣大幅度提高
目前一体化教学模式在中职院校得到大力推广，而Proteus仿真软件的应用将电子电路基础的传统式理论教学转变为数字化且动态直观的现代化教学模式。把传统实验室内所能做的实验搬到了计算机屏幕上，这是一体化教学中理论、仿真和实践的三合一体现，进一步激发了学生的学习兴趣。
4.2安全、省时、省费用
在教学中，使用Proteus仿真软件只是在计算机上进行模拟仿真与试验，避免学生由于接错电路或者操作不当引起的安全事故。传统的电子电路实验是基于PCB印制板或者万能电路板上进行的，需要安装元器件、连接导线等操作，这样的操作费时费力，而且很容易损坏元器件并且有安全风险。应用该仿真软件在计算机上，可以方便对元件的参数进行修改，缩短了实验的准备时间，有利于在单位时间内实现更多的试验，不仅对学生的兴趣有极大的提高，也大大提高了教学的效率。
4.3展示技能，拓展提升
深入掌握了Proteus的使用方法后，还可以利用业余时间将其拓展应用到单片机的学习和PCB的制作上。學生的学习能力得到充分的拓展，基础知识掌握得到充分巩固，Proteus将是推动学生主动学习的一个有力手段。