1、開放式開放式 ProteusProteus 仿真與創(chuàng)新實驗室仿真與創(chuàng)新實驗室 建設方案建設方案 廣州市風標電子技術有限公司廣州市風標電子技術有限公司 目目 錄錄 1.1.引言引言.3 2.2.現有實驗室存在的問題現有實驗室存在的問題.3 2.12.1不利于管理及維護不利于管理及維護.3 2.22.2不利于保持實驗室的先進性，也不利于保護前期的投資不利于保持實驗室的先進性，也不利于保護前期的投資.3 2.32.3不利于提高實驗效果不利于提高實驗效果.3 2.42.4實驗內容彼此孤立，不利于培養(yǎng)學生實驗內容彼此孤立，不利于培養(yǎng)學生“從概念到產品從概念到產品“認識的形成認識的形成.3 2.52.5不

2、利于開展創(chuàng)新性研究不利于開展創(chuàng)新性研究.4 2.62.6不利于培養(yǎng)學生的實驗興趣及創(chuàng)新思維能力不利于培養(yǎng)學生的實驗興趣及創(chuàng)新思維能力.4 3.3.PROTEUSPROTEUS 實驗室建設的必要性實驗室建設的必要性.4 3.13.1PROTEUSPROTEUS 實驗室概念實驗室概念.4 3.23.2PROTEUSPROTEUS 仿真軟件簡介仿真軟件簡介.4 3.33.3PROTEUSPROTEUS 實驗室的優(yōu)點實驗室的優(yōu)點.5 4.4.PROTEUSPROTEUS 實驗室架構實驗室架構.6 4.14.1平臺架構平臺架構.6 4.24.2資源架構資源架構.6 4.34.3實驗內容架構實驗內容架構.

3、7 4.44.4PROTEUSPROTEUS 實驗室架構的優(yōu)點實驗室架構的優(yōu)點.8 4.54.5基于基于 PROTEUSPROTEUS 實驗室的實驗實例實驗室的實驗實例.9 5.5.現有現有 PROTEUSPROTEUS 實驗室使用效果分析實驗室使用效果分析.13 6.6.實驗室典型配置方案與價格實驗室典型配置方案與價格.14 7.7.建成后本開放實驗室特色建成后本開放實驗室特色.14 7.17.1涵蓋了整個電子信息工程的實驗過程涵蓋了整個電子信息工程的實驗過程.14 7.27.2涵蓋了從涵蓋了從 8 8 位，位，1616 位到位到 3232 位的主流處理器的仿真與開發(fā)平臺位的主流處理器的仿真

4、與開發(fā)平臺.14 7.37.3網絡化、虛擬化與開放性網絡化、虛擬化與開放性.14 7.47.4實驗教學以軟件仿真為主，以硬件驗證為輔實驗教學以軟件仿真為主，以硬件驗證為輔.15 7.57.5實驗室集經濟性與先進性為一體實驗室集經濟性與先進性為一體.15 8.8.PROTEUSPROTEUS 大學計劃服務大學計劃服務.15 附錄附錄 1 1 PROTEUSPROTEUS DESIGNDESIGN SUITESUITE 介紹介紹.16 附錄附錄 2 2 PROTEUSPROTEUS 教學支持箱介紹教學支持箱介紹.17 附錄附錄 3 3 PROTEUSPROTEUS 軟件與軟件與 EDAEDA 的關

5、系的關系.22 附錄附錄 4 4 PROTEUSPROTEUS 實驗室與現有各類實驗箱的關系實驗室與現有各類實驗箱的關系.23 1.1. 引言引言 隨著電子技術的不斷發(fā)展, 電子類課程在高教中的地位日趨重要。而作為 該類課程教學重要組成部分的實驗教學，也越來越受到了人們的重視。它對于 提高教學質量，培養(yǎng)學生的實際動手能力及創(chuàng)新思維能力具有無可比擬的作用。 長期以來，高教研究者、工作者一直為此探索，并希望找到一個行之有效的方 法。為此，人們借助現有的電子技術手段，建立了多種門類的實驗平臺（如電 路分析實驗室、模擬電子線路實驗室、數字電路實驗室、信號與系統實驗室等） ，并在此平臺上開設了相應的實驗

6、課程。盡管如此，這些措施并未達到預期的 效果。特別是在電子技術高速發(fā)展的今天，這些方法及手段已經顯得不再適宜， 建立一套新的實驗手段及方法已成為高教研究者、工作者的共識。 2.2. 現有實驗室存在的問題現有實驗室存在的問題 目前，現有的電子類實驗室大多存在以下問題： 2.1不利于管理及維護 現有電子類實驗室種類多、如電路實驗室、電子線路實驗室、數字電路實 驗室、單片機實驗室、微機原理實驗室、ARM實驗室（或嵌入式系統實驗室）、 信號系統實驗室、數字信號處理實驗室等；在每一類實驗室中，設備種類多、 數量大（如，各類信號源設備、各類測試儀器儀表、各種實驗箱等）。種類繁 多的設備，加上分批進行的學生

7、實驗，對于有限的師資力量而言，有效的管理 及維護無疑成為十分艱巨的任務。 2.2不利于保持實驗室的先進性，也不利于保護前期的投資 由于現代電子技術的飛速發(fā)展，各種新設備、新器件層出不窮，這就往往 造成這樣一種現狀，某一種實驗設備可能剛到用戶的手中就面臨落后的，就更 不用說在2-3年后被淘汰是多么的正常。因此，基于硬件設備手段建立的實驗室 面臨著隨時可能落后的現狀，要想保護其前期投資更是難上加難。 2.3不利于提高實驗效果 現有電子類實驗室大多采取一種封閉式的實驗教學模式，即在規(guī)定的課時 時間內，學生在規(guī)定的場地內，進行規(guī)定的實驗內容（由于實驗設備能力的限 制造成），這種封閉式的實驗教學模式，一

8、方面由于時間及場地的限制，往往 造成學生不能有充夠的時間深入了解及研究實驗的內容，學生對實驗的興趣也 被這些限制所扼殺。另一方面，固定式的驗證實驗內容也限制了學生的思維空 間，扼殺了學生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。因此，其實驗效果很難提高，這種做法 實際上背離了現代實驗教學改革中提出的“優(yōu)化課內，強化課外”的實驗教學 意識。 2.4實驗內容彼此孤立，不利于培養(yǎng)學生“從概念到產品“認識的形成 現有的各種電子類教學實驗，基本是進行固定程式的驗證式實驗，實驗所 用的元器件，線路板已選好，學生所做的工作僅是對實驗箱連連線，使用一下 測試儀器、儀表，建立學生的相應概念而已。很難滿足現代實驗教學改革提出 的三個實

9、驗層次即“基礎性實驗、綜合性實驗、創(chuàng)新性實驗”的目標，目前的 實驗平臺不能滿足這樣的訓練，即：學生從有一個概念（或想法）開始，然后 著手電路原理圖的設計、編寫程序代碼、調試、PCB設計，最后形成產品的整個 開發(fā)過程的訓練。學生通過傳統實驗手段所得到的訓練是片面的、局部的，其 對產品開發(fā)過程的認識并不深刻，這也是導致學生所學不能所用的根本原因所 在。 2.5不利于開展創(chuàng)新性研究 開展創(chuàng)新性研究的前提是實驗環(huán)境的豐富資源及其靈活可變性。但目前基 于硬件的實驗平臺往往采取一種定式的實驗或研究環(huán)境，即教師只能在有限的 幾種器件或線路實驗板之上進行實驗內容的設定或研究，學生也同樣如此，這 對于開展創(chuàng)新性

10、研究極為不利。 2.6不利于培養(yǎng)學生的實驗興趣及創(chuàng)新思維能力 學生對某一課程實驗的興趣往往需要一段較長時間的培養(yǎng)才能產生，但現 有的課程實驗由于場地不能隨時、隨地對學生開放，并且開放的時間也非常有 限，這就不能激發(fā)學生的實驗興趣，另外其創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)也受到同樣的 限制。 3.3. PROTEUSPROTEUS 實驗室建設的必要性實驗室建設的必要性 3.1PROTEUS 實驗室概念 利用計算機仿真技術，在計算機網絡平臺上，學習電路分析、模擬電路、 數字電路、嵌入式系統（單片機應用系統、ARM 應用系統）、微機原理與接口 技術等課程，并進行電路設計、仿真、調試等通常在相應實驗室完成的實驗。 一

11、個計算機網絡硬件平臺（或一臺計算機）、一套電子仿真軟件，再加上一本 虛擬實驗教程，就可相當于一個設備先進的實驗室。以虛代實、以軟代硬，即 為虛擬實驗室的本質。 Proteus 實驗室采用 Proteus 仿真軟件和相應的硬件平臺構成一個從虛擬到 實際，從軟件到硬件，從概念到產品的全過程設計的多功能實驗平臺。它主要 用于電路分析、模擬電路、數字電路、嵌入式系統（單片機應用系統、ARM 應 用系統）等課程的實驗、研究等。 3.2PROTEUS 仿真軟件簡介 Proteus 是一種功能強大的電子設計自動化軟件，提供智能原理圖設計系統、 SPICE 模擬電路、數字電路及 MCU 器件混合仿真系統和 P

12、CB 設計系統功能。其 不僅可以仿真?zhèn)鹘y的電路分析實驗、模擬電子線路實驗、數字電路實驗等，而 且可以仿真嵌入式系統的實驗，其最大的特色在于可以提供嵌入式系統（單片 機應用系統、ARM 應用系統）的仿真實驗，這也是其它任何仿真軟件無力所及 的。例如，其支持單片機和周邊設備，可以仿真 51 系列、AVR、PIC、Motorola 的 68 系列等常用的 MCU，并提供周邊設備的仿真，例如 373、led、示波器等。 Proteus 提供了大量的元件庫，有 RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、 部分 SPI 器件、部分 IIC 器件等。在編譯方面，它也支持 Keil 和 MPLA

13、B 等多種 編譯器。 3.3PROTEUS 實驗室的優(yōu)點 Proteus 實驗室的主要優(yōu)點總結如下： 1）多功能型實驗室 其不僅可以仿真電路分析實驗、模擬電子線路實驗、數字電路實驗，而 且可以仿真嵌入式系統的實驗，其最大的特色在于可以提供嵌入式系統 （單片機應用系統、ARM 應用系統）的仿真實驗，因此，它完全可以稱之為 一個多功能的實驗平臺。 2）開放型實驗室 由于其硬件是基于網絡平臺的，如一個單位內的局域網、或企業(yè)網、或 校園網（或單機板，基于一臺 PC）或 Internet 用戶。因此其實驗用戶可以 不受傳統實驗室的時間、空間、及實驗內容的限制。用戶可以跨越時間、 空間及實驗內容的約束，盡

14、情釋放自己的實驗興趣及創(chuàng)新思維；此外，這 也使得設備的利用率得到最大的發(fā)揮。 3）先進型實驗室 由于 Proteus 實驗室主要由其 Proteus 仿真軟件實現，其內置： 萬種以上的元器件（數字的、模擬的、交流的和直流的）及多達 30 多個元件庫； 多種現實存在的虛擬儀器儀表，如示波器、頻譜分析儀，電壓表、電 流表、圖表分析、邏輯分析儀、虛擬終端等。這些虛擬儀器儀表具有理想 的參數指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，可盡可能減少儀器 對測量結果的影響。 豐富的測試信號源用于電路的測試，這些測試信號包括模擬信號和數 字信號。 先進的混合仿真系統（SPICE 電路仿真器+數字仿真器+MCU

15、 仿真器）。 這是一個組合了 SPICE3F5 模擬仿真器核、基于快速事件驅動的數字仿真器 及 MCU 仿真器的混合仿真系統，SPICE 的使用使得您能夠采用數目眾多的制 造商提供的 SPICE 模型，目前該軟件包含了 6000 多個模型。 這些先進的內置配備，使得其能夠成為先進的實驗室。 另外，軟件還許可用戶自己定制器件模型，英國 Labcenter 公司也能夠 為用戶制作，除此之外，軟件的不斷升級也可保證其器件模型同當今世界 的電子技術發(fā)展同步，以上所有這些均極大地保證了實驗室的先進性，并 可在相當長的時間內保持其先進性。 4）創(chuàng)新型實驗室 Proteus 仿真軟件內置的豐富資源為進行創(chuàng)新

16、型實驗研究奠定了基礎。 其儀器儀表、信號源、元器件、器件模型一應俱全，教師可以在此開展創(chuàng) 新實驗內容的研究，設計創(chuàng)新實驗內容，學生也可以在這里開展除規(guī)定實 驗內容之外的個性化實驗研究、創(chuàng)新開發(fā)研究。在這里沒有時間限制、沒 有空間的限制、沒有元器件及線路板的限制，人們可以展開自己想象的翅 膀，盡情飛翔在創(chuàng)新的空間之中。 5）易管理、維護型實驗室 由于其核心為 Proteus 仿真軟件，因此，其實驗是無損耗的，其管理、 維護也就是用戶帳戶的管理、軟件的安裝及更新而已，這極大地降低了教 師的設備管理工作量，使得教師可以有更多的精力投入到實驗內容的創(chuàng)新 研究之中出。 6）低投入、高回報型實驗室 同傳統

17、實驗室建設相比，Proteus 實驗室建設可以稱之為低投入、高回 報型實驗室。用戶只需建立相應的計算機網絡平臺（也可使用已有的計算 機網絡平臺），外加購買一套 Proteus 網絡板軟件，少量的實驗驗證板即 可而已。實驗室的維護費用幾乎為零，同時，建立這樣的實驗室一個卻可 以同時起到多個實驗室的功效（如電路分析實驗室、模擬電路實驗室、數 字電路實驗室、嵌入式系統實驗室（單片機應用系統、ARM 應用系統）、微 機原理與接口技術實驗室等）。 4.4. PROTEUSPROTEUS 實驗室架構實驗室架構 4.1平臺架構 基于 Proteus 仿真軟件的實驗平臺架構如下圖所示： Proteus 客戶1

18、Proteus 客戶2 Proteus 客戶n 1 2 3 4 5 6 7 8 91011 12 A B 12x 6x 8x 2x 9x 3x 10 x 4x 11x 5x 7x 1x Ethernet A 12x 6x 8x 2x 9x 3x 10 x 4x 11x 5x 7x 1x C PROTEUS 服務器 SWITCH OR HUB 校園網(或企業(yè)網) Proteus 實驗室硬件平臺 設計驗證 實驗箱 1 2 3 4 5 6 7 8 91011 12 A B 12x 6x 8x 2x 9x 3x 10 x 4x 11x 5x 7x 1x Ethernet A 12x 6x 8x 2x

19、9x 3x 10 x 4x 11x 5x 7x 1x C HUB Proteus 客戶1Proteus 客戶2Proteus 客戶n 學生宿舍 Proteus 客戶 教室 圖-1 Proteus 實驗室平臺架構 在上圖中，Proteus 實驗室物理上位于其校園網內部的某一個局域網上，該 局域網上的服務器上安裝 Proteus 服務器端軟件，操作系統為 Windows2000 server 或 Windows2003 server，客戶端 PC 上安裝 Proteus 客戶端軟件，操作 系統為 Windows2000 professional 或 Windows2003 professional

20、.另外，需配 置少量的設計驗證系統硬件，以增加學生的感官認知。 4.2資源架構 Proteus 實驗室資源架構主要由：Proteus 仿真軟件三大子系統+少量的設 計驗證硬件組成，其構成如下圖-2 所示 智能原理圖 設計系統 （ISIS） 完善的 仿真系統 （VSM） PCB設計系統 （ARES） ProSPICE混混合合仿仿真真: : 基于工業(yè)標準SPICE3F5，實現數 字/模擬電路的混合仿真 超超過過000個個仿仿真真器器件件： 可以通過內部原型或使用廠家的 SPICE文件自行設計仿真器件， Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿 真器件，還可導入第三方發(fā)布的 仿真器件； 多多樣樣的的激

21、激勵勵源源： 包括直流、正弦、脈 沖、分段線性脈沖、音 頻（使用wav文件）、 指數信號、單頻FM、 數字時鐘和碼流，還支 持文件形式的信號輸 入； 豐豐富富的的虛虛擬擬儀儀器器： 13種虛擬儀器，面板操作逼 真，如示波器、邏輯分析 儀、信號發(fā)生器、直流電壓 /電流表、交流電壓/電流 表、數字圖案發(fā)生器、頻率 計/計數器、邏輯探頭、虛 擬終端、SPI調試器、I2C調 試器等； 生生動動的的仿仿真真顯顯示示：用色點顯示引腳的數字 電平，導線以不同顏色表示其對地電壓大小，結 合動態(tài)器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用 可以使仿真更加直觀、生動； 高高級級圖圖形形仿仿真真功功能能: :基于圖標的分析

22、可 以精確分析電路的多項指標，包括工作點、瞬 態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、 傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析； 獨獨特特的的M MC CU U協協同同仿仿真真功功能能： a a支持主流的MCU類型，如ARM7、8051/5、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、HC11、BasicStamp等，MCU類型隨著版本升級還在繼續(xù)增加； b b支持通用外設模型，如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進/伺服電機、RS232虛擬終端、電子溫度 計等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還可以使仿真電路通過PC

23、機串口和外部電路實現雙向異步串行通信； c c實時仿真支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真； d支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如IAR、Keil和Hitech）結合， 進行高級語言的源碼級仿真和調試； 原原理理圖圖到到PCB的的快快速速通通道道：原理圖設 計完成后，一鍵便可進入ARES的PCB設計環(huán) 境，實現從概念到產品的完整設計； 先先進進的的自自動動布布局局/布布線線功功能能：支持器 件的自動/人工

24、布局；支持無網格自動布線或人 工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB設計 更為合理； 完完整整的的P PC CB B設設計計功功能能：最多可設計16個 銅箔層，2個絲印層，4個機械層（含板邊）， 靈活的布線策略供用戶設置，自動設計規(guī)則檢 查。 3D 可可視視化化預預覽覽 多多種種輸輸出出格格式式的的支支持持：可以輸出多種 格式文件，包括Gerber文件的導入或導出，便 利與其它PCB設計工具的互轉（如protel）和 PCB板的設計和加工。 智智能能原原理理圖圖設設計計 豐豐富富的的器器件件庫庫：超過10000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件； 智智能能的的器器件件搜搜索索：通過模糊搜索可以快速

25、定位所需要的器件； 智智能能化化的的連連線線功功能能：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間； 支支持持總總線線結結構構：使用總線器件和總線布線使電路設計簡明清晰； 可輸出高質量圖紙：通過個性化設置，可以生成印刷質量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、 POWERPOINT等多種文檔使用。 少量的 設計驗 證硬件 圖-2 Proteus 實驗室資源架構示意圖 在上圖中，Proteus 仿真軟件三大子系統分別為：智能原理圖設計子系統 （ISIS：Intelligent Schematic Input System），混合式仿真子系統 （SPICE 電路仿真器+數字電路器+MCU 仿真器

26、），PCB 設計子系統 （ARES：Advanced Routing and Editing System）,其各個子系統中所包含的 模塊見上圖-2 所列，在此不再詳述。 4.3實驗內容架構 基于 Proteus 實驗室的實驗內容架構如下圖-3 所示： 基 礎 型 實 驗 層 綜合 型實 驗層 創(chuàng)新 型實 驗層 電路分析實驗室模擬電路實驗室數字電路實驗室嵌入式系統實驗室微機原理與接口技術實驗室 疊 加 原 理 的 驗 證 基 爾 霍 夫 定 律 的 實 驗 戴 維 南 定 理 的 實 驗 諾 頓 定 理 的 實 驗 二 端 口 網 絡 實 驗 互 易 定 理 的 實 驗 磁 滯 回 線 的 實

27、 驗 鐵 芯 互 感 耦 合 電 路 R C 文 氏 橋 網 絡 實 驗 R C 雙 T 選 頻 網 絡 實 驗 受 控 源 實 驗 R L C 串 聯 諧 振 實 驗 R C 一 階 電 路 響 應 實 驗 二 階 動 態(tài) 電 路 響 應 實 驗 二 階 網 絡 狀 態(tài) 軌 跡 實 驗 單 級 放 大 電 路 實 驗 兩 級 放 大 電 路 實 驗 負 反 饋 放 大 電 路 實 驗 射 極 跟 隨 器 實 驗 差 動 放 大 電 路 實 驗 比 例 求 和 運 算 電 路 實 驗 積 分 與 微 分 電 路 實 驗 波 形 變 換 電 路 實 驗 有 源 濾 波 器 實 驗 電 壓 比 較

28、 器 實 R C 正 弦 波 振 蕩 器 實 驗 集 成 功 率 放 大 器 實 驗 集 成 穩(wěn) 壓 器 實 驗 L C 振 蕩 器 及 選 頻 放 大 場 效 應 管 實 驗 可 控 硅 實 驗 電 流 電 壓 轉 換 電 路 實 驗 電 路 分 析 實 驗 室 電 壓 頻 率 轉 換 電 路 實 驗 其 它 電 路 實 驗 D/ A 實 驗 A / D 實 驗 82 55 A 并 口 擴 展 定 時 器 計 數 器 實 驗 82 59 中 斷 控 制 器 實 驗 2 3 2 / 4 8 5 串 口 通 信 82 51 通 信 接 口 實 驗 82 57 D M A 傳 送 實 驗 82 5

29、0 異 步 通 信 接 口 實 驗 82 79 鍵 盤 接 口 實 驗 溫 度 采 集 及 控 制 實 驗 壓 力 測 量 實 驗 L C D 液 晶 顯 示 實 驗 打 印 機 接 口 實 驗 顯 示 實 驗 其 它 實 驗 課程設計內容1 課程內容設計2 課程內容設計 課程設計內容1 課程內容設計2 課程內容設計 課程設計內容1 課程內容設計2 課程內容設計 課程設計內容1 課程內容設計2 課程內容設計 課程設計內容1 課程內容設計2 課程內容設計 多門課程之間內容綜合的課程設計 各種命題的電子設計競賽 自主命題設計 畢業(yè)設計等 從 概 念 到 產 品 的 設 計 貫 穿 三 個 實 驗

30、層 次 邏 輯 門 實 驗 邏 輯 門 實 驗 門 電 路 功 能 實 驗 常 用 組 合 邏 輯 器 件 實 驗 數 據 選 擇 器 實 驗 觸 發(fā) 器 實 驗 觸 發(fā) 器 實 驗 移 位 寄 存 器 實 驗 L E D 流 水 燈 實 驗 8 2 5 5 擴 展 實 驗 七 段 數 碼 管 顯 示 實 驗 液 晶 顯 示 實 驗 L E D 點 陣 顯 示 實 驗 矩 陣 鍵 盤 掃 描 實 驗 定 時 器 中 斷 實 驗 單 個 外 部 中 斷） 實 驗 多 外 部 中 斷 實 驗 串 口 通 信 實 驗 C 總 線 實 驗 A D 轉 換 實 驗 D / A 轉 換 實 驗 直 流 電

31、 機 實 驗 步 進 電 機 實 驗 溫 度 傳 感 器 實 驗 實 時 時 鐘 實 驗 其 它 實 驗 其 它 實 驗 十 進 制 記 數 實 驗 異 步 記 數 器 實 驗 同 步 記 數 器 實 驗 記 數 譯 碼 顯 示 實 驗 定 時 器 實 驗 時 序 電 路 實 驗 數 字 鐘 實 驗 其 它 實 驗 圖-3 Proteus 實驗室的實驗內容架構 上圖中，給出了 Proteus 實驗室可以開展的實驗層次以及每一實驗層次可 以進行的實驗內容。其實驗層次可分為三個層次：1）基礎實驗層；2）綜合實 驗層；3）創(chuàng)新實驗層。基礎實驗層的實驗以培養(yǎng)學生操作能力為主；綜合實驗 層的實驗以培養(yǎng)學

32、生綜合性設計能力為主；創(chuàng)新實驗層的實驗以培養(yǎng)學生創(chuàng)新 思維設計能力為主。在每一層次，均可以開展電路分析課程、模擬電子線路課 程、數字電子課程、嵌入式系統課程及微機原理及接口技術課程的相應內容實 驗。以嵌入式系統課程為例，在基礎實驗層，可以進行嵌入式系統課程中規(guī)定 的基本實驗的仿真設計及設計驗證；如仿真 51 系列、AVR、PIC、Motorola 的 68HC11 系列等常用的 MCU 應用系統的仿真設計及驗證；在綜合實驗層，教師可 以針對某一類型的 MCU，如 51 系列 MCU，給定一個綜合實驗（課程設計、實驗） 的題目，學生按照設定題目內容開展電路圖設計、代碼的編寫、仿真調試、PCB 設

33、計、制作 PCB、驗證 PCB 設計等過程進行。在創(chuàng)新型實驗或研究中，教師、 學生可以按照自己的想法或興趣進行相應的設計或研究。 4.4Proteus 實驗室架構的優(yōu)點 通過以上架構，Proteus 實驗室具有以下優(yōu)點: 1）可以實現實驗教學系統改革的目標 通過 Proteus 實驗室的構建，使得電子類實驗教學系統發(fā)生根本性的改變， 其具體變化如下： 綜合型實驗室目標 在 Proteus 實驗室平臺上，不僅可以仿真電路分析實驗、模擬電子線路 實驗、數字電路實驗，而且可以仿真嵌入式系統的實驗，其最大的特色在 于可以提供嵌入式系統（單片機應用系統、ARM 應用系統等）的仿真實驗， 因此，它完全可以

34、稱之為一個多功能的實驗平臺。 開放型實驗室目標 由于其硬件是基于網絡平臺的，如一個單位內的局域網、或企業(yè)網、或 校園網（或單機板，基于一臺 PC）。因此其實驗用戶可以不受傳統實驗室 時間、空間、及實驗內容的限制。用戶可以跨越時間、空間及實驗內容的 約束，盡情釋放自己的實驗興趣及創(chuàng)新思維。 先進型實驗室目標 Proteus 實驗室內置的豐富、先進資源，使得其能夠成為先進的實驗室。 另外，軟件還允許用戶自己定制器件模型，英國 Labcenter 公司也能夠為 用戶制作，除此之外，軟件的不斷升級也可保證其器件模型同當今世界的 電子技術發(fā)展同步，以上所有這些均極大地保證了實驗室的先進性，并可 在相當長

35、的時間內其先進性。 創(chuàng)新型實驗室目標 Proteus 仿真軟件內置的豐富資源為進行創(chuàng)新型實驗研究奠定了基礎。 其儀器儀表、信號源、器件模型一應俱全，教師可以在此開展創(chuàng)新實驗內 容的研究，設計創(chuàng)新實驗內容，學生也可以在這里開展除規(guī)定實驗內容之 外的個性化實驗研究、創(chuàng)新開發(fā)研究。在這里沒有時間限制、沒有空間的 限制、沒有元器件及線路板的限制。 易管理、維護型實驗室目標 由于其核心為 Proteus 仿真軟件，因此，其實驗是無損耗的，其管理、維 護也就是用戶帳戶的管理、軟件的安裝及更新而已，這極大地降低了管理教師 的工作量，使得教師可以有更多的精力投入到實驗內容的創(chuàng)新研究之中。 2）實現實驗教學內容

36、改革的目標 通過 Proteus 實驗室的建設及配套措施的實現，可以實現實驗教學內容改 革。其具體改革內容如下： 制定新的實驗教學大綱； 編寫新的實驗教材和實驗指導書； 更新傳統的基礎型實驗； 開設綜合型實驗； 開設創(chuàng)新型實驗。 3）實現個性化培養(yǎng)目標 由于本系統采用虛擬軟件和實物驗證相結合的實驗室模式，實驗內容更加 靈活，可根據不同系部專業(yè)的具體培養(yǎng)目標合理設置實驗內容。 對于以培養(yǎng)學生操作能力的系部專業(yè)機構，實驗內容的設置可側重于第 一層次的實驗即：基礎性實驗； 對于以培養(yǎng)學生綜合性能力的系部專業(yè)機構，實驗內容的設置可側重于 第二層次的實驗即：綜合性實驗； 對于以培養(yǎng)學生創(chuàng)新性能力的系部專

37、業(yè)機構，實驗內容的設置則可側重 于第三層次的實驗即：創(chuàng)新性實驗。 4.5基于 Proteus 實驗室的實驗實例 下面分別以電路分析、模擬電路、數字電路、嵌入式系統的基本型實驗為 例，介紹基于 Proteus 實驗室的實驗實例。 A:電路分析實驗實例 圖-4 所示為基于 Proteus 實驗室的一階 RC 電路響應實驗仿真界面。 圖-4 電路分析實驗一階 RC 電路響應實驗仿真界面 利用工具自帶的示波器可以非常方便地觀察電路的輸出情況，如圖-5 所示 圖-5 電路分析實驗一階 RC 電路響應曲線 實驗過程包括：實驗電路圖的創(chuàng)建、虛擬硬件電路的參數設置、仿真調試。 在調試完畢后，還可以基于電路圖生

38、成 PCB 板，用戶可以直接利用生成的 PCB 工藝文件制作 PCB 板。 B:模電實驗實例 圖-6 所示為基于 Proteus 實驗室的 RC 振蕩器仿真實驗界面。 圖-6 模電實驗-RC 振蕩器仿真實驗實例 其 RC 振蕩器輸出波形可以通過工具提供的虛擬示波器查看，如下圖-7 所示 圖-7 模電實驗-RC 振蕩器仿真實驗輸出波形 實驗過程包括：實驗電路圖的創(chuàng)建、虛擬硬件電路的參數設置、仿真調試。 在調試完畢后，還可以基于電路圖生成 PCB 板，用戶可以直接利用生成的 PCB 工藝文件制作 PCB 板。 C:數電實驗實例： 圖-8 所示為基于 Proteus 實驗室的數字鐘實驗仿真界面。 圖

39、-8 數電實驗-數字鐘實驗仿真界面 實驗過程包括：全數字器件實驗電路圖的創(chuàng)建、仿真調試。在調試完畢后， 還可以基于電路圖生成 PCB 板，用戶可以直接利用生成的 PCB 工藝文件制作 PCB 板。 D:嵌入式系統實驗實例 圖-9 所示為基于 Proteus 實驗室的 MCS-51 應用系統仿真實驗界面 圖-9 一個 MCS-51 應用系統綜合實驗設計示意 在上述實驗中，它實際上是一個簡單 8051 單片機應用系統的設計，這樣的 實驗可以認為是單片機課程實驗的一個綜合實驗。在這一實驗過程中，學生一 方面需掌握 8051 單片機的內部、外部資源情況，利用其外部總線實現對顯示器 件 LCD 的數據寫

40、入；另一方面還需掌握外部器件 LCD、373 鎖存器、與非門等的 使用方法；另外，學生還需熟悉 8051 單片機的指令系統及編程方法。此外，通 過電路原理圖的設計、編程、調試、PCB 設計及軟硬件的設計驗證，可以加深 學生從概念到產品的設計全過程的認知。 5.5. 現有現有 PROTEUSPROTEUS 實驗室使用效果分析實驗室使用效果分析 Proteus 實驗室起步于 90 年代初期，在短短十幾年的時間內，就得到了快 速的發(fā)展。目前其用戶已遍布世界各地，這其中既有國際知名的企業(yè)，如 ST、 Motorola、Sony、Philips 等，也有國際知名的大學，如 Cambridge、Stanf

41、ord 、Oxford、California 等。 Proteus 實驗室于 20 世紀初期引入我國，目前已 在國內的 100 多所大專院校及一些企業(yè)獲得使用，國內著名大學如清華大學、 上海交大、中山大學、華南理工等。通過對我國企業(yè)及大專院校用戶的使用情 況調查分析可知，企業(yè)用戶普遍反映 Proteus 實驗室能夠非常明顯降低產品的 開發(fā)時間并降低開發(fā)成本；大專院校用戶普遍反映 Proteus 實驗室能夠明顯提 高學生的綜合設計能力及創(chuàng)新開發(fā)能力，同時也極大地提高了畢業(yè)學生適應工 作崗位的能力。值得一提的是，已經建立 Proteus 實驗室的學校，其學生在全 國大學生電子設計競賽中成績明顯，這

42、也從一個方面反映了 Proteus 實驗室的 建設對于提高學生的實際動手能力、綜合設計能力、創(chuàng)新能力具有非常明顯的 作用。 6.6. 實驗室典型配置方案與價格實驗室典型配置方案與價格 序號序號貨物名稱貨物名稱參數參數 數量數量 （套）（套） 商業(yè)商業(yè) 價格價格 大學大學 優(yōu)惠價優(yōu)惠價 一、一、ProteusProteus VSMVSM 軟件軟件 1Proteus VSM 大學包 100 用戶網絡版 Proteus VSM For 8051/8052；ASF（高級仿真模塊）； 1 2附加處理器模塊 100 用戶網絡版 Proteus VSM For AVR; 1 30253 3附加處理器模塊 1

43、00 用戶網絡版 Proteus VSM For PIC bundle(PIC10/12/16/18/24/33) 1 90759 4附加處理器模塊 100 用戶網絡版 Proteus VSM For ARM7; 1 39203 5附加 USB 分析器 100 用戶網絡版 Proteus USB Analyser 1 18868 二、二、ProteusProteus PCBPCB DesignDesign 軟件軟件 5Proteus PCB Design 大學包 100 用戶網絡版 Proteus PCB Design For Level2 1 59968 三、配套實驗箱三、配套實驗箱 6基于

44、 Proteus 軟件的 LPC2114 的 ARM7 教學 支持實驗箱（FB-EDU- PARM） 鋁合金手提箱，內配的基于 LPC2114 的 ARM 電路板； 集成了串口、SPI 和 SSP 硬件接口、I2C 硬件接口、 8 路 10 位 AD、實時時鐘、看門狗、4 個定時器、 LCD 模塊、網絡模塊、電機模塊；Jtag 下載模塊； 實驗指導書：所有實驗的 Proteus 設計文檔資料 包括原理圖、PCB、原代碼等； 50 7基于 Proteus 軟件的 MCS-51 教學支持實驗 箱（FB-EDU-P51A） 鋁合金手提箱，內配的包括 MCS51 單片機的 9 塊電 路板，可采用組合方

45、式實驗不同的實驗內容，并配 有下載線，實驗指導書，和光盤（配合 Proteus 實 驗用原理圖、工程文件、源代碼等）。 50 7.7. 建成后本開放實驗室特色建成后本開放實驗室特色 7.17.1涵蓋了整個電子信息工程的實驗過程涵蓋了整個電子信息工程的實驗過程 在本實驗室平臺上可以進行電路、電子線路、數字電路、模擬電路、信號與系統、單 片機等相關實驗。 7.27.2涵蓋了從涵蓋了從 8 8 位，位，1616 位到位到 3232 位的主流處理器的仿真與開發(fā)平臺位的主流處理器的仿真與開發(fā)平臺 本實驗室配置選擇了 8051 系列、AVR 系列、PIC10、12、16、18 系列 8 位單片機的 仿真平

46、臺；同時還選擇了 PIC24，dsPIC33 系列的 16 位處理器的仿真平臺；還選擇了 ARM 系列的 32 位的開發(fā)平臺，涵蓋了當今主流的從 8 位到 32 位的處理器應用環(huán)境。 7.37.3網絡化、虛擬化與開放性網絡化、虛擬化與開放性 網絡化和虛擬仿真是本實驗室的重要特色，Proteus 的虛擬網絡平臺使用戶可不受時空 的限制，充分使用本實驗室的資源，實現實驗室的共享與開放。 7.47.4實驗教學以軟件仿真為主，以硬件驗證為輔實驗教學以軟件仿真為主，以硬件驗證為輔 實驗教學肯定離不開硬件，我們的理念是大量引入仿真平臺，結合硬件實驗的驗證， 使學生從虛擬到實際，從理性到感性，從概念到產品對

47、系統有全面深入的理解和掌握。 本實驗室配備的教學實驗箱是風標公司和相關高校合作開發(fā)的配合 Proteus 的仿真實驗 的實際驗證實驗平臺。 7.57.5實驗室集經濟性與先進性為一體實驗室集經濟性與先進性為一體 由于實驗室以軟件為主，硬件為輔，而軟件采用的是大學計劃價格，整體實驗造價非 常經濟； Proteus 是一款先進的緊跟電子技術潮流的仿真軟件，幾乎每兩個月都有一次的升級， 這樣本實驗室可不斷保持實驗室的先進性。 8.8. ProteusProteus 大學計劃服務大學計劃服務 ProteusProteus 大學計劃用戶除享受大學計劃優(yōu)惠價格外，還可得到如下服務：大學計劃用戶除享受大學計劃

48、優(yōu)惠價格外，還可得到如下服務： 8.1 寫作出版支持計劃寫作出版支持計劃 風標公司鼓勵和支持 Proteus 軟件正式用戶寫著和發(fā)表有關 Proteus 的教科書，實驗指 導書和學術論文，并對公開發(fā)行的書籍作者提供贊助。 8.28.2 聯合開發(fā)教學支持包和課件計劃聯合開發(fā)教學支持包和課件計劃 Proteus 是一個仿真與設計平臺，用于課程教學與實驗時，還需教師創(chuàng)造性勞動。 Proteus 教學支持包就是基于 Proteus 的對某科目的實驗指導書、課件和實驗板以及有關的 培訓與升級支持。風標公司鼓勵并資助示范科目教師開發(fā)相應教學支持包，并由風標公司 負責推廣與銷售。 8.38.3 大學生畢業(yè)設

49、計獎勵計劃大學生畢業(yè)設計獎勵計劃 針對已經建立 Proteus 掛牌實驗室的學校，該校畢業(yè)班學生采用 Proteus 軟件為輔助手 段完成畢業(yè)論文，并被評為優(yōu)秀的，可由該校老師推薦，向風標公司提交獎勵申請，風標 公司每年選出部分優(yōu)秀作品并給予獎勵。 8.48.4 電子競賽支持計劃電子競賽支持計劃 針對已經建立 Proteus 掛牌實驗室的學校，該校學生采用 Proteus 軟件為輔助手段參加 省級以上電子設計競賽并獲得名次的，可由該校老師推薦，向風標公司提交獎勵申請，風 標公司按照所獲成績的等級給予獎勵。 8.58.5 ProteusProteus 認證培訓服務體系認證培訓服務體系 Labce

50、nter 認證證書認證證書 1、 Proteus 資深培訓講師證書（PSTL：Proteus Senior Training Luctuer） 2、 Proteus 培訓講師證書（PTL：Proteus Training Luctuer） 3、 Proteus 應用工程師證書（PAEE：Proteus Application Electronics Engineer） 證書頒發(fā)程序：證書頒發(fā)程序： 1、PSTL 由風標公司推薦，Labcenter 評估； 2、PTL 由認證培訓中心培訓并由 PTSL 評估； 3、PAEE 在相應掛牌實驗室完成培訓并由 PTL 評估。 證書頒發(fā)機構：證書頒發(fā)機構：由 Labcenter 與風標公司聯合頒發(fā) Proteus 認證培訓中心認證培訓中心 資質：具有評估 PTL 認證證書資格； 功能：承擔 Proteus 掛牌實驗室的 Proteus 培訓講師（PTL）的培訓考核，考核合格后上報 風