刘东利

（东营职业学院,东营,257091）

机电一体化教学中仿真软件的应用分析

刘东利

（东营职业学院,东营,257091）

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。

机电一体化；Proteus仿真软件；应用

0 引言

“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。

1 机电一体化设计

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。

2 Proteus仿真软件

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。

3 仿真软件Proteus机电一体化电路设计中的应用实例分析

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。

图1 温度数据采集系统的整体框图

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。

图2 温度数据系统的电路图

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。

4 结束语

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！

[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(自科版),2013,28:124-126.

[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.

Application of mechatronic simulation software for teaching

Liu Dongli
(Dongying Vocational College,Dongying,257091)

Teaching Mechatronics exist many problems,mainly students practical ability is too low,in order to solve this problem,the introduction of teaching mechatronics simulation software.In 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.

mechatronics;Proteus simulation software;application