周曉玨

（江蘇商貿(mào)職業(yè)學院，江蘇 南通 226011）

1 “集成電路應(yīng)用”課程教學存在的問題

“集成電路應(yīng)用”課程是五年制高職應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的一門必修專業(yè)核心課程。根據(jù)最新的高職應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求，“集成電路應(yīng)用”課程教學的目的是讓學生了解常用數(shù)字集成電路、運算放大集成電路、LED顯示控制集成電路等的基本性能，讓學生學會分析集成電路的原理，提高學生運用所學知識設(shè)計簡單電路的能力。

“集成電路應(yīng)用”課程的傳統(tǒng)教學方法是借助PPT等多媒體，向?qū)W生講解集成電路的特性、引腳功能、典型電路原理等，大部分學生感覺課堂教學枯燥無趣，教師講授的知識抽象，學生難以理解。學生在學習“集成電路應(yīng)用”課程后，只對集成電路的基本特性、引腳功能等有初步認識，沒有分析和設(shè)計電路的能力，難以達到課程教學的基本目標。因此，有必要改進“集成電路應(yīng)用”課程的教學方法，以提高教學效果。

2 Proteus軟件用于“集成電路課程”教學的特點

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，具有對模擬電路、數(shù)字電路、單片機和外圍電路系統(tǒng)、LCD系統(tǒng)等進行仿真的功能。

2.1 仿真功能強大

Proteus軟件元器件庫包含了74系列、CD4000系列、LM系列等常用集成電路，同時還有電壓表、電流表、示波器、信號發(fā)生器等各種虛擬儀器，功能強大，可以仿真分析各種模擬和數(shù)字集成電路。在“集成電路應(yīng)用”課程教學過程中，可借助Proteus軟件，繪制電路，變換電路形式，改變電路參數(shù)，用虛擬儀器測量相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)人機互動，能增強學生對知識的理解，提高學生的學習興趣[1]。

2.2 降低實訓硬件設(shè)施成本

在“集成電路應(yīng)用”課程教學過程中，利用Pr oteus軟件平臺，可以繪制電路的仿真電路，并能及時發(fā)現(xiàn)電路問題和解決電路問題，避免了在傳統(tǒng)實驗室的元器件、測量儀器、電源等硬件設(shè)施容易發(fā)生故障的現(xiàn)象，能夠降低配置實訓硬件的成本。

2.3 促進學生自主學習

Proteus軟件不僅可以用于課堂教學，也可以用于學生的課外自主學習。電路分析和設(shè)計要花費學生大量的時間，學生不可能在課堂時間內(nèi)完成電路分析和設(shè)計任務(wù)。學生可借助Proteus軟件在課外完成課內(nèi)不能完成的任務(wù)，以培養(yǎng)學生獨立思考和解決問題的能力。在課外自主學習過程中，學生利用Proteus軟件，學生不必擔心元器件、電源、測量儀表等是否會出現(xiàn)故障和安全問題。

總之，Proteus軟件應(yīng)用于“集成電路應(yīng)用”課程教學，能夠使學生在“做中學”和“學中做”，有助于提高“集成電路應(yīng)用”課程的教學效果。

3 Proteus教學應(yīng)用案例分析

本文通過運用Proteus軟件，以LM3914點/線圖形LED顯示驅(qū)動器教學為例，分析Proteus軟件運用于“集成電路應(yīng)用”課程教學的方法。LM3914是一個10位發(fā)光二極管驅(qū)動器，它能將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以驅(qū)動10位發(fā)光二極管進行點顯示或柱顯示[2]。

3.1 芯片引腳識別

學生在Proteus軟件的元件庫找到LM3914，如圖1所示。學生觀察元件，并識別其引腳。該芯片電路的1腳和10—18腳接LED陰極，2腳為接地端，3腳為正電源端，4腳和6腳之間連接10個精密分壓電阻，7腳和8腳之間有一個1.25V的參考電壓源，9腳為點／柱模式選擇，5腳為信號輸入端。

3.2 LM3914的亮點模式與光柱模式

LM3914驅(qū)動方式有光柱模式和亮點模式兩種。其中亮點模式就像指針指示信號一樣，每次只有一個LED燈被點亮，被點亮的LED燈位置隨輸入信號幅度的變化而變化。光柱模式是指每次有多個LED燈同時顯示，LED燈顯示的個數(shù)與輸入信號的幅度有關(guān)。LM3914的9腳可設(shè)置為驅(qū)動方式，當9腳連接正電源時，LM3914為光柱顯示模式；當9腳懸空或接地時，LM3914為亮點顯示模式。在教學過程中，利用Proteus軟件給學生展示預先設(shè)計的LM3914典型應(yīng)用電路，如圖2所示。通過改變圖2中9腳的連接方式，讓學生觀察到在不同驅(qū)動模式下LM3914 LED燈點亮效果的差異。

圖1 LM3914元件圖

圖2 LM3914典型應(yīng)用電路

3.3 LM3914的原理分析

LM3914內(nèi)部原理如圖3所示。在LM3914內(nèi)部由輸入緩沖器、分壓器與比較器組成的10級電壓比較器 、顯示類型控制電路、1.25V基準電源電路等組成。模擬信號從LM3914的5腳輸入，輸入緩沖器放大后，送入10級電壓比較器的反相輸入端，分別與各電壓比較器的正相輸入端電位比較；分壓器上的基準電壓在輸入到比較器的正相輸入端時，每級分壓器上的基準電壓為0.125V，逐級比較電平分別為 0.125V、0.25V、0.375V、0.5V…1.25V。對于電壓比較器而言，當正相輸入端電位大于反相輸入端電位時，輸出高電平，在輸入信號小于0.125V時，10級比較器均輸出高電平；在輸入信號大于0.125V而小于0.25V時，電壓比較器1輸出低電平，即1腳輸出低電平；在輸入信號大于0.25V而小于0.375V時，電壓比較器2輸出低電平，即18腳輸出低電平……當輸入信號大于1.25V時，電壓比較器10輸出低電平，即10腳輸出低電平。如果將10個共陽極的LED燈接到這10個輸出端，都可以顯示輸入信號。

圖3 LM3914內(nèi)部原理圖

圖4 電容器充放電演示電路

對于這部分知識的教學，教師講解完理論知識后，布置實訓任務(wù)。學生利用Proteus軟件繪制如圖2所示的LM3914典型電路；教師設(shè)置不同的輸入電壓，要求學生仿真，觀察LED燈的顯示結(jié)果，并思考LED燈亮的原因。教師還要求學生自己設(shè)置不同的輸入信號電壓值，以得到幾個LED燈亮或某一個LED燈亮的結(jié)果。借助Proteus軟件進行模擬。學生在“學中做”“做中學”“做中想”，既能理解LM3914的原理，也能體會電路參數(shù)變化產(chǎn)生的有趣結(jié)果。

3.4 LM3914的應(yīng)用——電容器充放電演示器電路分析

學生利用Proteus軟件繪制電容器充放電演示器電路，如圖4所示，這是一種LM3914應(yīng)用電路。在用電壓探針觀測LM3914的5腳電位時，當開關(guān)S置于“1”位時，電流由+6V電源經(jīng)開關(guān)S、電阻Rl向電容器C充電，5腳電位逐漸上升，十個LED燈被逐個點亮；當開關(guān)置于“2”位，LED燈維持當前狀態(tài)不變；當開關(guān)置于“3”位時，電流由電容器C經(jīng)電阻R1向地放電，5腳電位逐漸降低，十個LED燈逐個熄滅。通過仿真，學生能夠明白電路電流的方向，發(fā)現(xiàn)5腳電位的變化情況。借助觀測到的現(xiàn)象與數(shù)據(jù)，學生再對電路進行分析，更容易理解電路原理，即當開關(guān)S置于“1”位時，5腳電位逐步上升，10個電壓比較器依次輸出低電平，10個LED燈逐一點亮；當開關(guān)S置于“3”位時，5腳電位逐步下降，10個電壓比較器依次輸出高電平，10個LED燈逐一熄滅。改變電容器C的電容量和電阻R1的電阻值，10個LED燈點亮或熄滅的速度不一致，這實質(zhì)上是改變了電阻電容值，從而改變了電容器的充放電時間。學生通過實訓，能夠清楚地認識電容器放電演示器的電路原理。

4 結(jié)束語

在“集成電路應(yīng)用”教學過程中，借助Proteus仿真軟件，讓學生在“做中學，學中做”能夠活躍課堂氣氛，豐富教學內(nèi)容，學生在學習過程中獲得了學習樂趣和成就感，掌握了知識和技能。當然只借助虛擬軟件對“集成電路應(yīng)用”課程進行仿真教學，還不能完全實現(xiàn)教學目標，還必須讓學生接觸實際的產(chǎn)品，安排學生裝配、調(diào)試、維修典型電路產(chǎn)品，使學生真正掌握集成電路知識和技術(shù)。

[1]陳應(yīng)華,李玉璋.Proteus仿真軟件在集成電路應(yīng)用課程教學中的實踐[J].電子世界,2013（10）：175-176.

[2]陳應(yīng)華.常用集成電路應(yīng)用與實訓[M].北京：北京郵電大學出版社，2013:121-128.

[3]劉偉.PROTEUS在電子實驗教學中的應(yīng)用研究[D].濟南：山東師范大學，2008.

[4]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（8）：88-91.

[5]胡中玉，岳強，任杰，等.基于 Proteus仿真的電工電子課程教學創(chuàng)新［J］.實驗室技術(shù)與管理，2016(4):128-130.