孟凡姿

【摘要】 ? ?伴隨著技術(shù)的日益完善，在有關(guān)教育培訓(xùn)單位的積極主動(dòng)提倡和促進(jìn)下，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)迅猛發(fā)展的發(fā)展趨勢(shì)，在新時(shí)代教育情況下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)充分發(fā)揮著愈來(lái)愈關(guān)鍵的功效。文中以proteus虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室基本建設(shè)為例子，剖析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用。

【關(guān)鍵詞】 ? ?虛擬仿真 ? ?proteus ? ?實(shí)驗(yàn)教學(xué)

引言

虛擬仿真技術(shù)，是在多媒體系統(tǒng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)技術(shù)與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等網(wǎng)絡(luò)科技飛速發(fā)展的基本上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)技術(shù)緊密結(jié)合的物質(zhì)，是一種更高級(jí)的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)以搭建全系統(tǒng)軟件統(tǒng)一的詳細(xì)的虛擬環(huán)境為典型性特點(diǎn)，并根據(jù)虛擬環(huán)境集成化與操縱為數(shù)眾多的實(shí)體線(xiàn)。實(shí)體線(xiàn)能夠 是手機(jī)模擬器，還可以是別的的虛擬仿真系統(tǒng)軟件，也能用一些簡(jiǎn)易的數(shù)學(xué)分析模型表明。實(shí)體線(xiàn)在虛擬環(huán)境中相互影響，或與虛擬環(huán)境功效，以主要表現(xiàn)客觀性全球的真正特點(diǎn)。虛擬仿真技術(shù)的這類(lèi)一體化、虛擬化技術(shù)與數(shù)字化的特點(diǎn)，充足達(dá)到了當(dāng)代仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)要求。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是一種社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，它使用測(cè)試設(shè)備來(lái)執(zhí)行操作過(guò)程。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證真理的最基本，最有效的方法。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法在社會(huì)科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)中發(fā)揮了重要作用。在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，由于優(yōu)秀人才的培養(yǎng)和發(fā)展，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法做出了巨大的貢獻(xiàn)。此外，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)還存在許多問(wèn)題：

1）不利的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的管理及維護(hù)。目前，電氣類(lèi)的電子設(shè)備實(shí)驗(yàn)室主要包括你電源電路實(shí)驗(yàn)室，電子電路實(shí)驗(yàn)室，數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，微計(jì)算機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室等。在每種類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)室中，都涉及到機(jī)械和設(shè)備的類(lèi)型。而且總數(shù)很大。

2）不利于保持實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新。由于當(dāng)代電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了各種新的機(jī)械設(shè)備，新的部件和零件，通常會(huì)導(dǎo)致以下情況：某種類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)儀器到手時(shí)可能已經(jīng)過(guò)時(shí)了。客戶(hù)。更不用說(shuō)在兩到三年后消除這種現(xiàn)象是多么正常。因此，根據(jù)機(jī)械和設(shè)備的硬件配置方式創(chuàng)建的實(shí)驗(yàn)室遇到了隨時(shí)隨地都可能過(guò)時(shí)的情況。

3）不能提高測(cè)試的實(shí)際效果。目前，大多數(shù)電子設(shè)備實(shí)驗(yàn)室采用封閉式實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，即在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生在規(guī)定的地點(diǎn)進(jìn)行規(guī)定的考試內(nèi)容。這種封閉式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是因?yàn)?，一方面，時(shí)間和地點(diǎn)的局限性通常導(dǎo)致學(xué)生沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)了解科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，而且這種局限性也消除了他們對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。

4）不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和創(chuàng)造性思維能力。

通常，學(xué)生必須對(duì)特定課程內(nèi)容實(shí)驗(yàn)的興趣愛(ài)好進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)整。但是，當(dāng)前的課程內(nèi)容實(shí)驗(yàn)并非隨時(shí)隨地對(duì)學(xué)生開(kāi)放，而且對(duì)外界開(kāi)放的時(shí)間也非常有限。 這不能引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，此外，他們的創(chuàng)造性思維能力和工作能力的塑造也受到相同的限制。

二、Proteus虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)

1）開(kāi)放式。因?yàn)槠溆布渲没谠诰€(xiàn)平臺(tái)，例如企業(yè)局域網(wǎng)或公司網(wǎng)絡(luò)，或校園寬帶或Internet客戶(hù)。因此，其測(cè)試客戶(hù)將不受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間，室內(nèi)空間和測(cè)試內(nèi)容的限制?？蛻?hù)可以超越時(shí)間，室內(nèi)空間和考試內(nèi)容的限制，充分發(fā)揮他們的考試興趣和創(chuàng)新思維能力。

2）具備多功能性。 Proteus不僅可以進(jìn)行模擬電路分析測(cè)試，模擬電子電路的測(cè)試和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)測(cè)試，還可以模擬嵌入式操作系統(tǒng)的測(cè)試。它的主要功能取決于能否顯示嵌入式操作系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)。

3）創(chuàng)新能力。 Proteus仿真軟件中自帶的豐富軟件資源為進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的科學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。它自帶的一些儀器設(shè)備，信號(hào)源，電子設(shè)備和組件物理模型均可用。教師和學(xué)生可以在此處進(jìn)行有關(guān)自主性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)可以是綜合性實(shí)驗(yàn)，可以完成從計(jì)劃、設(shè)計(jì)到實(shí)施的全部過(guò)程，可以不受場(chǎng)地和時(shí)間的限制。

4）簡(jiǎn)便的管理方法和可維護(hù)性。因?yàn)殛P(guān)鍵是Proteus仿真軟件，所以測(cè)試是無(wú)損的。虛擬軟件的管理和維護(hù)可以由廠(chǎng)家協(xié)助教師進(jìn)行，可以做到多次修改，隨時(shí)修改，大大減少了教師設(shè)備維護(hù)的勞動(dòng)量。

5）成本低。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃相比，Proteus實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃可以稱(chēng)為低資本，高收益實(shí)驗(yàn)室。學(xué)校只需要建立一個(gè)完整的電子計(jì)算機(jī)在線(xiàn)平臺(tái)，再購(gòu)買(mǎi)一套Proteus Internet板手機(jī)軟件，以及一些實(shí)驗(yàn)板即可。一個(gè)電子計(jì)算機(jī)可以對(duì)不同課程內(nèi)容的多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行虛擬仿真，這樣可以充分節(jié)省實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地資源。而且維修費(fèi)基本上為零。

三、 Proteus實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 Proteus實(shí)驗(yàn)室體系結(jié)構(gòu)

Proteus實(shí)驗(yàn)室包括在線(xiàn)平臺(tái)，軟件系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)軟件和獨(dú)立的創(chuàng)新/培訓(xùn)平臺(tái)。不同的網(wǎng)絡(luò)空間有不同的設(shè)備法規(guī)。網(wǎng)絡(luò)空間包括中小型局域網(wǎng)的自然環(huán)境和校園寬帶的自然環(huán)境。中小型局域網(wǎng)的自然環(huán)境通常限于實(shí)驗(yàn)室或部門(mén)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)空間的自然環(huán)境。它是某些類(lèi)別中的共享資源。 Internet和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上的法規(guī)不高。您只需要制造一臺(tái)可以兼作網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的PC。

校園寬帶的自然環(huán)境可以幫助完成Proteus實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放性，使大部分的師生可以使用該服務(wù)平臺(tái)。 Proteus系統(tǒng)軟件可以顯示智能電路原理圖設(shè)計(jì)計(jì)劃系統(tǒng)軟件，SPICE數(shù)字集成電路，數(shù)字電路設(shè)計(jì)和MCU組件混合的模擬仿真系統(tǒng)軟件和PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能。它不僅可以模擬傳統(tǒng)的電路分析測(cè)試，模擬的模擬電子電路測(cè)試，數(shù)字電路設(shè)計(jì)測(cè)試等，還可以模擬和模擬嵌入式操作系統(tǒng)測(cè)試。

3.2 Proteus實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

Proteus實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件包括數(shù)字電路設(shè)計(jì)測(cè)試，數(shù)字集成電路測(cè)試，單片機(jī)設(shè)計(jì)測(cè)試，ARM7嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。根據(jù)Proteus仿真繪圖軟件和測(cè)試系統(tǒng)軟件的集成，抽象的電子教學(xué)既美觀又精致?？梢栽赑roteus實(shí)驗(yàn)室中執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)級(jí)別以及可以在每個(gè)測(cè)試級(jí)別中執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)級(jí)別可以分為三個(gè)級(jí)別：

1）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層;

2）綜合實(shí)驗(yàn)層;

3）自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)層。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層的實(shí)驗(yàn)是通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的操作技能來(lái)進(jìn)行的;綜合實(shí)驗(yàn)層的實(shí)驗(yàn)是通過(guò)塑造學(xué)生在綜合設(shè)計(jì)計(jì)劃中的工作能力來(lái)進(jìn)行的。自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)層的實(shí)驗(yàn)是通過(guò)塑造學(xué)生在創(chuàng)造性思維能力設(shè)計(jì)方案中的工作能力來(lái)進(jìn)行的。以嵌入式操作系統(tǒng)課程內(nèi)容為例，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層，可以進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)課程內(nèi)容中要求的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的仿真設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)方案認(rèn)證;如模擬仿真51系列產(chǎn)品，AVR，PIC，摩托羅拉68HC11系列產(chǎn)品以及其他常見(jiàn)的MCU軟件系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)方案和認(rèn)證;在綜合測(cè)試層面，教師可以對(duì)某種類(lèi)型的MCU進(jìn)行綜合測(cè)試，例如51系列產(chǎn)品MCU，受訓(xùn)人員進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)，編碼編寫(xiě)，仿真的全過(guò)程根據(jù)設(shè)置的問(wèn)題類(lèi)型的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，PCB設(shè)計(jì)，PCB制造和認(rèn)證PCB設(shè)計(jì)。在技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)或科學(xué)研究中，師生可以根據(jù)自己的想法或愛(ài)好進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)劃或科學(xué)研究。

3.3基于Proteus實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)流程

根據(jù)Proteus的實(shí)驗(yàn)和實(shí)際步驟，它也基于Proteus仿真模擬服務(wù)平臺(tái)。所有測(cè)試都首先在仿真模擬服務(wù)平臺(tái)上進(jìn)行，依靠仿真模擬服務(wù)平臺(tái)的各種調(diào)整和實(shí)際的專(zhuān)用工具來(lái)充分掌握虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)全過(guò)程的關(guān)鍵，并進(jìn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。所有仿真實(shí)驗(yàn)，為此，免費(fèi)將代碼下載到真實(shí)的硬件系統(tǒng)上，并比較特定的操作結(jié)果，從虛擬到實(shí)際，從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)，整個(gè)過(guò)程。

四、結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真軟件的出現(xiàn)為電氣、自動(dòng)化、電子相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了新的思路和對(duì)策。本文分析了傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)和Proteus仿真軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，得出了Proteus實(shí)驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)，給出了Proteus實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的三個(gè)層次，最后給出了基于Proteus實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)流程。

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

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