周晓珏

（江苏商贸职业学院，江苏 南通 226011）

1 “集成电路应用”课程教学存在的问题

“集成电路应用”课程是五年制高职应用电子技术专业的一门必修专业核心课程。根据最新的高职应用电子技术专业人才培养方案的要求，“集成电路应用”课程教学的目的是让学生了解常用数字集成电路、运算放大集成电路、LED显示控制集成电路等的基本性能，让学生学会分析集成电路的原理，提高学生运用所学知识设计简单电路的能力。

“集成电路应用”课程的传统教学方法是借助PPT等多媒体，向学生讲解集成电路的特性、引脚功能、典型电路原理等，大部分学生感觉课堂教学枯燥无趣，教师讲授的知识抽象，学生难以理解。学生在学习“集成电路应用”课程后，只对集成电路的基本特性、引脚功能等有初步认识，没有分析和设计电路的能力，难以达到课程教学的基本目标。因此，有必要改进“集成电路应用”课程的教学方法，以提高教学效果。

2 Proteus软件用于“集成电路课程”教学的特点

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司开发的EDA工具软件，具有对模拟电路、数字电路、单片机和外围电路系统、LCD系统等进行仿真的功能。

2.1 仿真功能强大

Proteus软件元器件库包含了74系列、CD4000系列、LM系列等常用集成电路，同时还有电压表、电流表、示波器、信号发生器等各种虚拟仪器，功能强大，可以仿真分析各种模拟和数字集成电路。在“集成电路应用”课程教学过程中，可借助Proteus软件，绘制电路，变换电路形式，改变电路参数，用虚拟仪器测量相关参数，实现人机互动，能增强学生对知识的理解，提高学生的学习兴趣[1]。

2.2 降低实训硬件设施成本

在“集成电路应用”课程教学过程中，利用Pr oteus软件平台，可以绘制电路的仿真电路，并能及时发现电路问题和解决电路问题，避免了在传统实验室的元器件、测量仪器、电源等硬件设施容易发生故障的现象，能够降低配置实训硬件的成本。

2.3 促进学生自主学习

Proteus软件不仅可以用于课堂教学，也可以用于学生的课外自主学习。电路分析和设计要花费学生大量的时间，学生不可能在课堂时间内完成电路分析和设计任务。学生可借助Proteus软件在课外完成课内不能完成的任务，以培养学生独立思考和解决问题的能力。在课外自主学习过程中，学生利用Proteus软件，学生不必担心元器件、电源、测量仪表等是否会出现故障和安全问题。

总之，Proteus软件应用于“集成电路应用”课程教学，能够使学生在“做中学”和“学中做”，有助于提高“集成电路应用”课程的教学效果。

3 Proteus教学应用案例分析

本文通过运用Proteus软件，以LM3914点/线图形LED显示驱动器教学为例，分析Proteus软件运用于“集成电路应用”课程教学的方法。LM3914是一个10位发光二极管驱动器，它能将输入的模拟信号转换成数字信号，以驱动10位发光二极管进行点显示或柱显示[2]。

3.1 芯片引脚识别

学生在Proteus软件的元件库找到LM3914，如图1所示。学生观察元件，并识别其引脚。该芯片电路的1脚和10—18脚接LED阴极，2脚为接地端，3脚为正电源端，4脚和6脚之间连接10个精密分压电阻，7脚和8脚之间有一个1.25V的参考电压源，9脚为点／柱模式选择，5脚为信号输入端。

3.2 LM3914的亮点模式与光柱模式

LM3914驱动方式有光柱模式和亮点模式两种。其中亮点模式就像指针指示信号一样，每次只有一个LED灯被点亮，被点亮的LED灯位置随输入信号幅度的变化而变化。光柱模式是指每次有多个LED灯同时显示，LED灯显示的个数与输入信号的幅度有关。LM3914的9脚可设置为驱动方式，当9脚连接正电源时，LM3914为光柱显示模式；当9脚悬空或接地时，LM3914为亮点显示模式。在教学过程中，利用Proteus软件给学生展示预先设计的LM3914典型应用电路，如图2所示。通过改变图2中9脚的连接方式，让学生观察到在不同驱动模式下LM3914 LED灯点亮效果的差异。

图1 LM3914元件图

图2 LM3914典型应用电路

3.3 LM3914的原理分析

LM3914内部原理如图3所示。在LM3914内部由输入缓冲器、分压器与比较器组成的10级电压比较器 、显示类型控制电路、1.25V基准电源电路等组成。模拟信号从LM3914的5脚输入，输入缓冲器放大后，送入10级电压比较器的反相输入端，分别与各电压比较器的正相输入端电位比较；分压器上的基准电压在输入到比较器的正相输入端时，每级分压器上的基准电压为0.125V，逐级比较电平分别为 0.125V、0.25V、0.375V、0.5V…1.25V。对于电压比较器而言，当正相输入端电位大于反相输入端电位时，输出高电平，在输入信号小于0.125V时，10级比较器均输出高电平；在输入信号大于0.125V而小于0.25V时，电压比较器1输出低电平，即1脚输出低电平；在输入信号大于0.25V而小于0.375V时，电压比较器2输出低电平，即18脚输出低电平……当输入信号大于1.25V时，电压比较器10输出低电平，即10脚输出低电平。如果将10个共阳极的LED灯接到这10个输出端，都可以显示输入信号。

图3 LM3914内部原理图

图4 电容器充放电演示电路

对于这部分知识的教学，教师讲解完理论知识后，布置实训任务。学生利用Proteus软件绘制如图2所示的LM3914典型电路；教师设置不同的输入电压，要求学生仿真，观察LED灯的显示结果，并思考LED灯亮的原因。教师还要求学生自己设置不同的输入信号电压值，以得到几个LED灯亮或某一个LED灯亮的结果。借助Proteus软件进行模拟。学生在“学中做”“做中学”“做中想”，既能理解LM3914的原理，也能体会电路参数变化产生的有趣结果。

3.4 LM3914的应用——电容器充放电演示器电路分析

学生利用Proteus软件绘制电容器充放电演示器电路，如图4所示，这是一种LM3914应用电路。在用电压探针观测LM3914的5脚电位时，当开关S置于“1”位时，电流由+6V电源经开关S、电阻Rl向电容器C充电，5脚电位逐渐上升，十个LED灯被逐个点亮；当开关置于“2”位，LED灯维持当前状态不变；当开关置于“3”位时，电流由电容器C经电阻R1向地放电，5脚电位逐渐降低，十个LED灯逐个熄灭。通过仿真，学生能够明白电路电流的方向，发现5脚电位的变化情况。借助观测到的现象与数据，学生再对电路进行分析，更容易理解电路原理，即当开关S置于“1”位时，5脚电位逐步上升，10个电压比较器依次输出低电平，10个LED灯逐一点亮；当开关S置于“3”位时，5脚电位逐步下降，10个电压比较器依次输出高电平，10个LED灯逐一熄灭。改变电容器C的电容量和电阻R1的电阻值，10个LED灯点亮或熄灭的速度不一致，这实质上是改变了电阻电容值，从而改变了电容器的充放电时间。学生通过实训，能够清楚地认识电容器放电演示器的电路原理。

4 结束语

在“集成电路应用”教学过程中，借助Proteus仿真软件，让学生在“做中学，学中做”能够活跃课堂气氛，丰富教学内容，学生在学习过程中获得了学习乐趣和成就感，掌握了知识和技能。当然只借助虚拟软件对“集成电路应用”课程进行仿真教学，还不能完全实现教学目标，还必须让学生接触实际的产品，安排学生装配、调试、维修典型电路产品，使学生真正掌握集成电路知识和技术。

[1]陈应华,李玉璋.Proteus仿真软件在集成电路应用课程教学中的实践[J].电子世界,2013（10）：175-176.

[2]陈应华.常用集成电路应用与实训[M].北京：北京邮电大学出版社，2013:121-128.

[3]刘伟.PROTEUS在电子实验教学中的应用研究[D].济南：山东师范大学，2008.

[4]朱嵘涛,徐爱钧.Proteus仿真软件在电类专业课程中的应用研究[J].微型机与应用，2017（8）：88-91.

[5]胡中玉，岳强，任杰，等.基于 Proteus仿真的电工电子课程教学创新［J］.实验室技术与管理，2016(4):128-130.