Proteus實驗室-綜合性開放性先進性創(chuàng)新性實驗平臺(清華)

Proteus實驗室

—綜合性、開放性、先進性及創(chuàng)新性實驗平臺報告人匡載華2/5/2023大綱PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗室的實驗實例PROTEUS實驗室優(yōu)越性PROTEUS實驗室使用效果分析2/5/20232Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景電子技術(shù)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致現(xiàn)有的電子類實驗教學(xué)系統(tǒng)及實驗教學(xué)內(nèi)容不再能滿足實驗教學(xué)的要求，人們急需變革現(xiàn)有的實驗教學(xué)系統(tǒng)及實驗教學(xué)內(nèi)容.在這種情況下，Proteus實驗室應(yīng)運而生．2/5/20233Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題2/5/20234Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題不利于管理及維護１實驗室門類多：如電路實驗室、電子線路實驗室、數(shù)字電路實驗室、嵌入式系統(tǒng)實驗室（單片機、ARM實驗室）、微機原理實驗室、信號系統(tǒng)實驗室等２設(shè)備種類多、數(shù)量大：各類信號源設(shè)備、各類測試儀器儀表、各種實驗箱３分批進行的學(xué)生實驗2/5/20235Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題不利于管理及維護不利于保持實驗室的先進性，也不利于保護前期的投資

各種新設(shè)備、新器件層出不窮，導(dǎo)致一種現(xiàn)狀：某一種實驗設(shè)備可能剛到用戶的手中就面臨落后；2-3年后被淘汰是非常正常的現(xiàn)象2/5/20236Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題不利于管理及維護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提高實驗效果

封閉式的實驗教學(xué)模式：１規(guī)定的時間內(nèi)２規(guī)定的場地內(nèi)３規(guī)定的實驗內(nèi)容。導(dǎo)致沒有充夠的時間深入了解及研究實驗的內(nèi)容，實驗的興趣也被這些限制所扼殺。實驗效果差，背離了現(xiàn)代實驗教學(xué)改革中提出的“優(yōu)化課內(nèi)，強化課外”的實驗教學(xué)意識2/5/20237Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題不利于管理及維護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提高實驗效果實驗內(nèi)容彼此孤立，不利于培養(yǎng)學(xué)生“從概念到產(chǎn)品“認識的形成內(nèi)容固定的驗證式實驗實驗所用的元器件，線路板已選好，學(xué)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(xué)生的相應(yīng)概念而已。很難滿足現(xiàn)代實驗教學(xué)改革提出的三個實驗層次即“基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、創(chuàng)新性實驗”的目標(biāo)2/5/20238Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題不利于管理及維護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提高實驗效果實驗內(nèi)容彼此孤立，不利于培養(yǎng)學(xué)生“從概念到產(chǎn)品“認識的形成不利于開展創(chuàng)新性研究

創(chuàng)新性研究的前提：實驗環(huán)境的豐富資源及其靈活可變性。但是，目前基于硬件的實驗平臺，資源非常有限，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(nèi)容的設(shè)定或研究，學(xué)生也同樣如此。2/5/20239Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題不利于管理及維護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提高實驗效果實驗內(nèi)容彼此孤立，不利于培養(yǎng)學(xué)生“從概念到產(chǎn)品“認識的形成不利于開展創(chuàng)新性研究不利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗興趣及創(chuàng)新思維能力場地不能隨時、隨地對學(xué)生開放，并且開放的時間也非常有限，這就不能激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，另外，實驗資源的有限性也限制了其創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)2/5/202310Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性2/5/202311Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室概念

利用計算機仿真技術(shù)，在計算機網(wǎng)絡(luò)平臺上，學(xué)習(xí)電路分析、模電、數(shù)電、嵌入式系統(tǒng)（單片機應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)）、微機原理與接口技術(shù)等課程，并進行電路設(shè)計、仿真、調(diào)試等通常在相應(yīng)實驗室完成的實驗。一個計算機網(wǎng)絡(luò)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(dāng)于一個設(shè)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(zhì)。Proteus實驗室采用Proteus仿真軟件和相應(yīng)的硬件平臺構(gòu)成一個從虛擬到實際，從軟件到硬件，從概念到產(chǎn)品的全過程設(shè)計的多功能實驗平臺。它主要用于電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、嵌入式系統(tǒng)（單片機應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)）等課程的實驗、研究等。2/5/202312Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介

一款功能強大的電子設(shè)計自動化軟件：提供智能原理圖設(shè)計系統(tǒng)；混合仿真系統(tǒng)：（SPICE模擬電路仿真器＋數(shù)字電路仿真器＋及MCU器件仿真器）PCB設(shè)計系統(tǒng)；其不僅可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)的電路分析實驗、模擬電子線路實驗、數(shù)字電路實驗等，而且可以仿真嵌入式系統(tǒng)的實驗（單片機應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)）最大特色：嵌入式系統(tǒng)仿真，這也是其它任何仿真軟件無力所及的。例如，其支持MCU和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR、PIC、Motorola的68系列、ARM7等常用的MCU，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如示波器、信號源等。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MPLAB等多種編譯器2/5/202313Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點2/5/202314Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點綜合型實驗室仿真：電路分析實驗、模擬電子線路實驗、數(shù)字電路實驗，而且可以仿真嵌入式系統(tǒng)的實驗，其最大的特色在于可以提供嵌入式系統(tǒng)（單片機應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)）的仿真實驗可稱之為：多功能的實驗平臺。2/5/202315Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點綜合型實驗室開放型實驗室

基于網(wǎng)絡(luò)平臺的，如一個單位內(nèi)的局域網(wǎng)、或企業(yè)網(wǎng)、或校園網(wǎng)（或單機板，基于一臺PC）。實驗用戶不受傳統(tǒng)實驗室的時間、空間、及實驗內(nèi)容的限制。用戶可以跨越時間、空間及實驗內(nèi)容的約束，盡情釋放自己的實驗興趣及創(chuàng)新思維；這也使得設(shè)備的利用率得到最大的發(fā)揮。2/5/202316Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點綜合型實驗室開放型實驗室先進型實驗室

萬種以上的元器件（數(shù)字的、模擬的、交流的和直流的）及多達30多個元件庫；多種現(xiàn)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(shù)指標(biāo)，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(jié)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(shù)字信號。先進的混合仿真系統(tǒng)（SPICE電路仿真器+數(shù)字仿真器+MCU仿真器）。這是一個組合了SPICE3F5模擬仿真器核、基于快速事件驅(qū)動的數(shù)字仿真器及MCU仿真器的混合仿真系統(tǒng)，SPICE的使用使得您能夠采用數(shù)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。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(dāng)今世界的電子技術(shù)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(dāng)長的時間內(nèi)保持其先進性。。2/5/202317Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點綜合型實驗室開放型實驗室先進型實驗室創(chuàng)新型實驗室

Proteus仿真軟件內(nèi)置的豐富資源為進行創(chuàng)新型實驗研究奠定了基礎(chǔ)。其儀器儀表、信號源、元器件、器件模型一應(yīng)俱全，教師可以在此開展創(chuàng)新實驗內(nèi)容的研究，設(shè)計創(chuàng)新實驗內(nèi)容，學(xué)生也可以在這里開展除規(guī)定實驗內(nèi)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、空間的限制、也沒有元器件及線路板的限制。2/5/202318Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點綜合型實驗室開放型實驗室先進型實驗室創(chuàng)新型實驗室

易管理、維護型實驗室

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(shè)備管理工作量，使得教師可以有更多的精力投入到實驗內(nèi)容的創(chuàng)新研究之中出。2/5/202319Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室概念PROTEUS仿真軟件簡介PROTEUS實驗室的優(yōu)點綜合型實驗室開放型實驗室先進型實驗室創(chuàng)新型實驗室

易管理、維護型實驗室低投入、高回報型實驗室

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(shù)字電路實驗室、嵌入式系統(tǒng)實驗室（單片機應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)）、微機原理與接口技術(shù)實驗室等）。2/5/202320Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)2/5/202321Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗平臺架構(gòu)2/5/2023222/5/202323Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗平臺架構(gòu)PROTEUS實驗資源架構(gòu)2/5/2023242/5/202325Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗平臺架構(gòu)PROTEUS實驗資源架構(gòu)PROTEUS實驗內(nèi)容架構(gòu)2/5/202326Proteus實驗室結(jié)構(gòu)圖計算機與網(wǎng)絡(luò)平臺ProteusISIS（智能原理圖輸入系統(tǒng)）、ProteusProspice（電路仿真器）高級圖形仿真（ASF）處理器模型（（VSM）PCB設(shè)計（ARES）電路實驗單片機實驗系統(tǒng)ARM實驗系統(tǒng)8086實驗系統(tǒng)PCB布線實驗綜合設(shè)計與創(chuàng)新平臺數(shù)、模電實驗信號與系統(tǒng)實驗Proteus軟件平臺Proteus實驗系統(tǒng)2/5/2023272/5/202328Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗方法2/5/202329基于Proteus的實驗流程2/5/202330配套的Proteus實驗系統(tǒng)硬件有：數(shù)模電綜合實驗系統(tǒng)8/16位單片機實驗系統(tǒng)8086微機原理與接口教學(xué)實驗系統(tǒng)ARM實驗系統(tǒng)32位微控制器系統(tǒng)實驗平臺PIC綜合實驗平臺DSP實驗系統(tǒng)信號與系統(tǒng)教學(xué)實驗系統(tǒng)傳感檢測教學(xué)實驗系統(tǒng)樓宇控制實驗與實訓(xùn)系統(tǒng)微控制器仿真實驗實訓(xùn)臺現(xiàn)代電工電子仿真實驗實訓(xùn)臺2/5/202331Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗室的實驗方法電路分析課程實驗實例2/5/2023322/5/202333Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗方法電路分析課程實驗實例模電課程實驗實例

2/5/2023342/5/202335Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗方法電路分析課程實驗實例模電課程實驗實例數(shù)電課程實驗實例2/5/2023362/5/202337Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗方法電路分析課程實驗實例模電課程實驗實例數(shù)電課程實驗實例嵌入式系統(tǒng)課程實驗實例2/5/2023382/5/202339Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗方法PROTEUS實驗平臺的優(yōu)越性2/5/202340Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗方法PROTEUS實驗平臺的優(yōu)越性實現(xiàn)實驗教學(xué)系統(tǒng)改革的目標(biāo)綜合型實驗室目標(biāo)開放型實驗室目標(biāo)先進型實驗室目標(biāo)創(chuàng)新型實驗室目標(biāo)易管理維護型實驗室目標(biāo)2/5/202341Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗方法PROTEUS實驗平臺的優(yōu)越性實現(xiàn)實驗教學(xué)系統(tǒng)改革的目標(biāo)實現(xiàn)實驗教學(xué)內(nèi)容改革的目標(biāo)實現(xiàn)實驗教學(xué)內(nèi)容改革制定新實驗教學(xué)大綱編寫新實驗教材和實驗指導(dǎo)書更新傳統(tǒng)的基礎(chǔ)型實驗開設(shè)綜合型實驗開設(shè)創(chuàng)新型實驗實現(xiàn)個性化培養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)操作能力院校，可側(cè)重于基礎(chǔ)性實驗；培養(yǎng)綜合性能力院校，可側(cè)重綜合性實驗；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性能力的院校，側(cè)重創(chuàng)新性實驗。2/5/202342Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗方法PROTEUS實驗平臺的優(yōu)越性實現(xiàn)實驗教學(xué)系統(tǒng)改革的目標(biāo)實現(xiàn)實驗教學(xué)內(nèi)容改革的目標(biāo)減少產(chǎn)品開發(fā)時間及降低開發(fā)成本2/5/2023432/5/202344Proteus實驗室的建設(shè)PROTEUS實驗室產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)電子類學(xué)科專業(yè)實驗室存在的問題PROTEUS實驗室建設(shè)的必要性PROTEUS實驗室架構(gòu)PROTEUS實驗方法PROTEUS實驗平臺的優(yōu)越性PROTEUS實驗室使用效果分析2/5/202