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2024年4月6日发(作者:)
机电一体化教学中仿真软件的应用分析
刘东利
【摘 要】机电一体化教学中存在很多问题,主要是学生的实践能力太低,为了解
决这一问题,在机电一体化教学中引入了仿真软件。本文对Proteus仿真软件进
行了简单介绍,并以其在机电一体化电路设计中的实例应用,阐述了仿真软件
Proteus的电路设计全过程。%Teaching Mechatronics exist many
problems,mainly students practical ability is too low,in order to solve this
problem,the introduction of teaching mechatronics simulation
this paper, Proteus simulation software for a simple introduction,and its
circuit design in mechatronics application instance,describes the circuit
design simulation software Proteus whole process.
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2014(000)015
【总页数】3页(P140-141,84)
【关键词】机电一体化;Proteus仿真软件;应用
【作 者】刘东利
【作者单位】东营职业学院,东营,257091
【正文语种】中 文
“机电一体化”是工业发展的必然趋势,它是结合了信息技术、电子技术及机械技
术,是一种高新技术,实现了生产过程和产品的最优。机电一体化的飞快发展,促
进了工业的飞速发展。企业要想生存,必须发展机电一体化,抢占技术的制高点。
因此,在机械制造和机械电子工程中,机电一体化是十分重要的课程。
机电一体化的教学实践性非常强,所以在教学过程中必须结合仿真软件,比如,单
片机接口技术的设计,只有利用仿真软件,才能充分掌握单片机接口系统的仿真方
法及电路设计。仿真软件的种类繁多,仿真软件PROTEUS在机电一体化的设计
中存在明显优势,因此,本文分析了仿真软件PROTEUS在机电一体化教学中的
应用。
机电一体化的设计包括机械结构部分、电控系统部分、系统控制软件部分,比如电
控系统设计,其设计步骤是根据机电系统的功能模块设计出整体的电路图,根据电
路图,购买元器件;然后在面包板上搭建电路,最后,下载程序编辑器在单片机实
验板上运行、调试。但是学生缺少电路设计的实践经验,会出现各种问题,如电路
设计存在缺陷、在搭建电路时出现的错焊、元器件、漏焊的故障问题,造成麻烦,
因此,机电一体化的教学中采用仿真软件会解决这些问题,提高课堂的教学效果。
仿真软件Proteus是实物和电路分析仿真软件,它是EDA工具软件的一种。
Proteus软件安装完成后,主要由ARES、ISIS两个程序组成。ISIS程序绘制电路
采用原理布图的方法,绘制好之后进行相应的仿真。ARES程序用于电路设计、人
工布线、PCB自动及它们的仿真,采用Proteus仿真软件进行的互动的电路仿真。
针对微处理器的应用,可以直接以原理图的虚拟原型为基础进行编程,调试时可以
达到软件代码级,可以直接实现按钮、键盘的输入的实时动态模拟,LED、液晶显
示的输出,同时配合虚拟工具等进行相应的测量、观测。
仿真软件Proteus的主要特点有两个:一是对动态元件的实时仿真,模拟“人机
对话”,提高了系统的真实性;二是虚拟工具箱的功能,它可以和仿真同时进行,
测量十分简单方便又精确。
仿真软件Proteus元件库的数量庞大。在元库件的支持下,原理布图时只要进行
相应的调用和连线,完成绘图并可进行仿真和虚拟测量。在于Proteus对ARM、
PIC、AVR等微处理器进行仿真。在使用仿真软件Proteus仿真的过程中你可以
用鼠标去点击开关和按钮,微处理器根据输入的信号做出相应的中断响应,同时输
出运算的结果到示终端。
电控系统设计时采用仿真软件Proteus的元库件进行,以温度数据采集系统的电
路设计为例,论述使用仿真软件Proteus进行仿真及设计的详细过程。
3.1 确立实验方案
本文对温度采集系统进行了设计,其系统的整体框图如图1所示。由图1可知,
该数据采集系统由4个模块组成,分别为IED数码显示、单片机、模数转换、温
度传感器模块组成。
温度传感器模块采集温度数据通过集成传感器AD592进行,模数转换器由单片机
控制,温度传感器采集的数据通过模数转换器进行转换,温度数据采集模块由模数
转换模块及温度传感器模块构成。数据通过单片机进行处理后,在LED数码管通
过动态扫描的方式显示温度数据。
3.2 设计温度数据采集模块
在该模块的实际电路中采用AD592集成传感器,它是一种新型的集成温度传感器
并采用电流输出的方式。当采集温度为0℃时,AD592的电流为273A,温度升
高1℃,电流增加1A。为了说明使用仿真软件Proteus设计电子系统的详细过程,
因为仿真软件Proteus中不存在AD592温度传感器,所以使用电流源替代
AD592传感器,温度数据采集模块的电路图如图2所示。在温度是0℃时,电源
电流是273μA,A点的电压是0V;在温度是100℃时,电源电流是373μA,A
点的电压是1V。所以,温度在0-100℃之间,对应的电流源的电流值在273-
373μA内,A点的电压在0-1V范围内。A点的电压的跟随器由运放U4组成,当
VB=VA,跟随器就能够起到阻抗匹配的功用,后一级的放大电路就能够更好地进
行工作。B点信号的放大器由运放U5及电阻组成,放大B点的信号。A/D转换器
的信号输入通道IN0和C点相连接。A/D采用ADC0808,它的工作电压和基准
电压都是5V。为了保证温度数据采集系统的精确性,B点的信号放大最大达到5V,
其变化的范围是0-5V,所以,ADC0808数据输出在0-255范围内。
3.3 设计单片机模块
由图2可知,温度数据采集系统的主控单片机是AT89C51,单片机的P2.3接
ADC0808的Start管脚,单片机的P2.4接ADC0808的EOC管脚,单片机的
P2.5接ADC0808的OE管脚,由此可控制ADC0808进行工作。单片机的P1.7-
P1.0接ADC0808数据的输出OUT1-OUT8。
3.4 设计LED数码显示模块
温度数据采集系统的温度数据显示采用LED数码管,通过动态扫描的方式获取温
度数据信息,LED数码管的位选输入端通过反相器连接单片机的P2.0-P2.2,LED
数码管的A、C、B、E、D、G、F及DP段连接单片机的P0.0-P0.7,向数码管输
入温度数据。
3.5 仿真软件Proteus的应用和系统调试
采用Keil C51工具对仿真系统的微控制器程序进行编译及编写,编写LED数码管
显示子程序、A/D采集子程序、初始化函数等主要程序。
使用仿真软件Proteus仿真的步骤如下:①启动软件Proteus,仿真元件放置在
原理图编辑窗口,连接电路,绘制系统原理图;②单片机AT89C51通过鼠标右键
进行点击,再点击左键,弹出元件属性对话框,对话框有编译好的仿真文件
(.Hex),将其到窗口中的Program File内;③采用鼠标左键点击Play按钮,
开始动态仿真,查看输出的仿真结果。如果仿真结果和预期的实验结果不一样,可
以进一步进行分析和调试程序,直到达到预期的实验结果。
随着科学技术的发展,计算机仿真技术的应用也越来越广泛,仿真技术的设计十分
方便,可以对其进行更改,大大缩短了设计的时间,降低了设计的成本。本文中分
析了仿真软件在机电一体化教学中的应用,提高了机电一体化的教学效果。采用现
代的先进的教学设备和实验设备及功能强大的仿真软件,可以让学生在教学的过程
中参与实践的操作,总结实践的经验,在实践中不断进步和提高。教师通过采用仿
真软件进行教学,掌握了机电一体化的最新发展的专业趋势,提高了软件的使用技
能,提高了机电一体化的教学水平!
【相关文献】
[1] 武文佳.基于SolidWorks&LabVIEW的虚拟原型机电一体化设计技术研究[D].西安电子科技大
学,2012.
[2] 佘新平.PROTEUS仿真软件在《数字电子技术》课程教学中的应用[J].长江大学学报(自科
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[3] 汪啸.浅析职校机电一体化教学现状与策略[J].考试周刊,2013,A5:129.
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