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篇1

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；電子技術(shù)信息化教學(xué)；Multisim仿真軟件

大多數(shù)高校的工科專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設(shè)有電子技術(shù)課程，該課程是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都非常強(qiáng)的課程，需要學(xué)生扎實(shí)掌握電路原理和分析方法，具備模擬和數(shù)字電路的分析設(shè)計(jì)能力。面對(duì)日新月異的新技術(shù)和新知識(shí)，轉(zhuǎn)變教育思想和教育觀念，用新的理念改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，特別是在新工科背景下推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)改革[1]，從而培養(yǎng)工程實(shí)用型人才，一項(xiàng)重要的舉措就是增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。但是，一方面，受到教學(xué)條件和課程設(shè)置的限制，無(wú)法保證學(xué)生能夠隨時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室；另一方面，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不夠靈活，固化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目限制了學(xué)生的創(chuàng)造性。因此，很多學(xué)校引入了虛擬仿真技術(shù)，如電力電子實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)[2]。還有學(xué)校將虛擬仿真技術(shù)與教學(xué)平臺(tái)相結(jié)合，建立了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，如林業(yè)技術(shù)裝備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心[3]、電子信息技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[4]。本文對(duì)如何充分利用信息化教學(xué)手段，結(jié)合虛擬電子仿真技術(shù)進(jìn)行研究，以期達(dá)到提高學(xué)生實(shí)踐能力的目標(biāo)。

一、電子技術(shù)信息化教學(xué)概述

電子技術(shù)一般分為模擬部分和數(shù)字部分，其中模擬部分理論性較強(qiáng)，數(shù)字部分實(shí)踐性較強(qiáng)。對(duì)于計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，理論教學(xué)多為52學(xué)時(shí)。很顯然，如果學(xué)生想牢固掌握知識(shí)內(nèi)容，僅靠課上教學(xué)是不夠的，學(xué)生還需要課下預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和動(dòng)手實(shí)操。為了更好地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課下的學(xué)習(xí)，筆者建設(shè)了電子技術(shù)網(wǎng)絡(luò)課程，方便學(xué)生自學(xué)和復(fù)習(xí)。筆者針對(duì)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，錄制微課，上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，并與學(xué)生在線交流。架設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理服務(wù)器，方便學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告和結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)中提交的實(shí)驗(yàn)結(jié)果需要學(xué)生在課下完成，引入虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生即可靈活地利用課余時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)練習(xí)任務(wù)。

二、Multisim仿真軟件

Multisim是一款非常優(yōu)秀的仿真軟件，利用該軟件能夠進(jìn)行板級(jí)的模擬和數(shù)字電路仿真。該軟件比SPICE簡(jiǎn)單，容易上手，并且該軟件功能強(qiáng)大，提供了主流電子器件商生產(chǎn)的超過(guò)17000種電子元件。最重要的是，在學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)階段，引入Multisim仿真軟件不僅能節(jié)省大量的電氣元器件、實(shí)驗(yàn)器材，還為實(shí)驗(yàn)提供了安全保障[5]。

三、虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)信息化實(shí)踐教學(xué)中的具體應(yīng)用

在教學(xué)中引入虛擬仿真軟件，一方面能夠讓學(xué)生拓寬知識(shí)面，鍛煉其自主學(xué)習(xí)能力；另一方面滿足了學(xué)生課程學(xué)習(xí)的需求。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)布置預(yù)習(xí)和練習(xí)任務(wù)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)管理服務(wù)器上提交結(jié)果，達(dá)到提高實(shí)踐動(dòng)手能力的目的。如圖1所示，為虛擬仿真技術(shù)在信息化實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用場(chǎng)景。下面，筆者以Multisim為例，通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明虛擬仿真技術(shù)在信息化實(shí)踐教學(xué)中發(fā)揮的作用。例如，在進(jìn)行模擬部分的集成運(yùn)算放大器實(shí)驗(yàn)時(shí)，封閉的實(shí)驗(yàn)箱僅能鍛煉連線等操作，參數(shù)調(diào)整不方便直觀。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不理解原理，一節(jié)實(shí)驗(yàn)課變成了實(shí)驗(yàn)儀器練習(xí)使用課。筆者首先將放大器實(shí)驗(yàn)給學(xué)生，讓其利用Multisim設(shè)計(jì)如圖2所示的仿真電路進(jìn)行預(yù)習(xí)，這只需花費(fèi)很少的時(shí)間。通過(guò)更換信號(hào)源V1，可實(shí)現(xiàn)多種直流信號(hào)、交流信號(hào)的反向放大。調(diào)整電阻R3和R1的值，改變反向比例參數(shù)的值，學(xué)生可以直觀地驗(yàn)證反向比例系數(shù)。在輸出端，學(xué)生可以通過(guò)示波器、萬(wàn)用表等多種虛擬分析儀器，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和顯示。又如，數(shù)字電路的實(shí)驗(yàn)安排在模擬電路實(shí)驗(yàn)之后，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法是使用不同實(shí)驗(yàn)箱分別完成模擬和數(shù)字實(shí)驗(yàn)，學(xué)生還沒(méi)有完全熟悉一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備就要更換另一種。利用虛擬仿真軟件則可以非常容易地實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路結(jié)構(gòu)的仿真，有很好的連貫性。如圖3所示，為使用Mul－tisim實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路，該級(jí)聯(lián)計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)需要較多的連線操作，學(xué)生不熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備和原理很容易造成課上時(shí)間的浪費(fèi)。如果通過(guò)設(shè)計(jì)如圖2所示的虛擬仿真電路，學(xué)生就可以充分理解電路原理，學(xué)生再進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)時(shí)，就可以加快連線速度，取得較好的實(shí)驗(yàn)效果，大幅提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率和質(zhì)量。

篇2

關(guān)鍵詞 虛擬仿真 電工電子 教學(xué) 實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G420文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

The Application of Virtual Simulation Technology in

"Electrical and Electronic Technology" Teaching

YU Ruihong, LIU Shucong, WANG Quansheng

(Institute of Disaster Prevention, Sanhe, Hebei 065201)

AbstractSome reform and innovation were done on the traditional teaching model, combining with electrical and electronics teaching and curriculum design practice. Virtual simulation software Multisim10 were applied to the "electric and electronic technology" teaching, and the application of software Multisim10 in classroom teaching and curriculum practice were introduced, through the basic common-emitter amplifier and other examples. The teaching practice showed that simulation technology can compensate for the lack of traditional experiments, optimize circuit design, and improve the level of student to design and develop circiuts.

Key wordsvirtual simulation; electrical and electronic; teaching; practice

0 引言

電工電子技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在這門(mén)課程中占有舉足輕重的地位，它著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科學(xué)作風(fēng)，是提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題以及理論聯(lián)系實(shí)際能力的重要環(huán)節(jié)。目前，傳統(tǒng)的電工電子實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室根據(jù)給定的電路圖和元器件搭建實(shí)驗(yàn)電路，用儀器測(cè)量數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生增加實(shí)物電子元器件知識(shí)、培養(yǎng)正確使用儀器儀表的方法及掌握基本的工程測(cè)量技術(shù)等方面有著無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。但是，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)也存在實(shí)驗(yàn)器件老化，調(diào)試不方便，讀數(shù)誤差大，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比例偏少等缺點(diǎn)，不利于促進(jìn)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已出現(xiàn)利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)完全或部分模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況，運(yùn)用電路設(shè)計(jì)仿真軟件設(shè)計(jì)電路，是提高電子線路設(shè)計(jì)水平和能力的有效方法。利用虛擬仿真技術(shù)，教師在用電子教案教授理論知識(shí)的同時(shí)，可用仿真軟件教學(xué)，使理論和實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生親自感受到實(shí)際動(dòng)手操作的樂(lè)趣，有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率。

1 仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

仿真教學(xué)是現(xiàn)代教學(xué)中的一種全新的教學(xué)模式，它既是一種重要的教學(xué)方法、教學(xué)手段，又是一種新的教學(xué)理念。它在教學(xué)中顯示出來(lái)不受時(shí)間、空間、經(jīng)費(fèi)、組織形式制約的優(yōu)點(diǎn)和作用是傳統(tǒng)教學(xué)無(wú)法比擬的。Multisi10仿真軟件具有友好的用戶界面，操作方便，具有數(shù)字、模擬及數(shù)字/模擬混合電路的仿真能力。它提供的測(cè)試儀器和某些仿真元器件的外形與實(shí)物非常接近，操作方法也基本相同，是一款非常好用的電子電路仿真軟件。將Multisim軟件應(yīng)用于電子技術(shù)的教學(xué)中，有利于改善教學(xué)方法和提高教學(xué)效果，有利于學(xué)生理解抽象的知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力。下面結(jié)合具體的實(shí)例說(shuō)明Multisim軟件在課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

1.1 共射放大電路分析

圖1基本共射放大電路

圖2射極電壓圖3共射放大電路三極電壓

在三極管的基本電路分析這一節(jié)中，有不少知識(shí)點(diǎn)學(xué)生感到難于理解，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)所測(cè)得的數(shù)據(jù)也不一定與理論符合，而我們通過(guò)仿真可以很好地掌握各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。首先，依照所設(shè)計(jì)的電路圖搭建電路，如圖1所示，接入電壓表，編輯完元件(元件參數(shù)及標(biāo)簽，快捷鍵等)后進(jìn)行電路仿真；然后雙擊萬(wàn)用表（XMM1）圖標(biāo)，就可以觀察三極管e端對(duì)地的直流電壓，如圖2所示。

（1）靜態(tài)分析。在前面搭建好的電路之上，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，使萬(wàn)用表的數(shù)據(jù)為2.2V。執(zhí)行菜單欄中simulate/analyses/DC Operating Point，這樣便可得到三極管的三個(gè)極的靜態(tài)電壓，即基極，射極，集電極的直流電壓，如圖3所示。

（2）動(dòng)態(tài)分析。在圖1中在輸入端加入幅值為 10mV的正弦電壓信號(hào)，輸出端分別接1.5k負(fù)載和空載。單擊儀表工具欄中的第四個(gè)按鈕（即：示波器Oscilloscope），并將其接入電路中。單擊工具欄中運(yùn)行按鈕，便進(jìn)行數(shù)據(jù)的仿真。然后雙擊示波器圖標(biāo)，得放大電路在接1.5k負(fù)載和空載時(shí)的輸出電壓波形，如圖4和圖5所示。

根據(jù)以上仿真結(jié)果，學(xué)生們可得出如下結(jié)論：①靜態(tài)時(shí)基極和射極間電壓UBEQ為0.6V~0.8V；②輸出電壓比輸入電壓幅值大，電路具有電壓放大作用；③輸出電壓與輸入電壓在相位上相差 1800，共射極電路具有反相作用；④放大電路的放大倍數(shù)與負(fù)載有關(guān)，負(fù)載越大，放大倍數(shù)越大。

學(xué)生通過(guò)觀察仿真結(jié)果、思考、總結(jié)歸納得這些結(jié)果，因此印象深刻，理解較透徹。

1.2 低通二階濾波電路分析

圖6 低通二階濾波電路

圖7低通二階濾波電路特性

2 仿真技術(shù)在課程實(shí)踐中的應(yīng)用

有源濾波器在信號(hào)處理中有廣泛的應(yīng)用，尤其是去除傳輸過(guò)程中無(wú)用或者有害信號(hào)的頻率分量。以前通過(guò)理論計(jì)算分析有源濾波器的幅頻特性，現(xiàn)在利用Multisim仿真軟件可得到各種濾波器的幅頻特性曲線圖，與理論分析對(duì)比，學(xué)生能夠更加形象地掌握各種濾波電路的功能和特性。搭建如圖6所示的低通二階濾波電路，進(jìn)行仿真之后得到圖7所示的頻率特性，可以比較直觀地看出此濾波電路就是低通濾波電路。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以自由改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)，通過(guò)觀察各個(gè)節(jié)點(diǎn)的波形來(lái)了解模型中每一部分對(duì)結(jié)果的影響，直到找到滿意的理論模型和相應(yīng)的參數(shù)，將呆板的實(shí)驗(yàn)變?yōu)檠芯啃缘膶W(xué)習(xí)。

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于電工電子技術(shù)理論課教學(xué)，借助電子線路仿真功能，隨時(shí)改變電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)，動(dòng)態(tài)演示電路的特性變化，將原來(lái)非常抽象復(fù)雜的理論知識(shí)變得直觀形象，增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的印象，降低了學(xué)習(xí)難度，提高了課堂效率和教學(xué)效果。

在課程綜合設(shè)計(jì)和實(shí)踐中，受實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)耗材等條件的限制，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比例偏少，不利于促進(jìn)學(xué)生自主創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。Multisim軟件如同一個(gè)大的電工電子實(shí)驗(yàn)室，不受器件種類(lèi)、數(shù)量和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，教師可以指導(dǎo)學(xué)生做一些綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，比如數(shù)字電路中的數(shù)字鐘，多功能搶答器，頻率計(jì)，信號(hào)發(fā)生器等綜合性的實(shí)驗(yàn)，這些都能夠很好地提高學(xué)生的能力，促進(jìn)學(xué)生自主創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。下面以數(shù)字鐘為例簡(jiǎn)單說(shuō)明數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)原理。

2.1 設(shè)計(jì)要求

要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有“時(shí)”、“分”、“秒”的十進(jìn)制數(shù)字顯示(小時(shí)從00~23)的計(jì)時(shí)器，具有手動(dòng)校時(shí)、校分的功能，用74系列中小規(guī)模集成器件去實(shí)現(xiàn)。

2.2 數(shù)字計(jì)時(shí)器的基本設(shè)計(jì)原理

數(shù)字計(jì)時(shí)器一般都由振蕩器、分頻器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。其中，振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號(hào)送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，把累計(jì)的結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來(lái)?！皶r(shí)”顯示由二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器構(gòu)成；“分”和“秒”顯示分別由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器構(gòu)成。數(shù)字鐘原理框圖如圖8所示，主要設(shè)計(jì)部分分析如下：

（1）振蕩器:通常選用石英晶體來(lái)構(gòu)成振蕩器電路。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)的精度就越高。

（2）分頻器:功能主要有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)；二是可提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)。選用中規(guī)模計(jì)數(shù)器74LS90D,每片為1/10分頻器,選擇合適的片數(shù)級(jí)連即可獲得1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)。如果振蕩頻率為100kHz，就得需要5片74LS90D進(jìn)行級(jí)連。

（3）計(jì)數(shù)器：根據(jù)圖8所示，顯示“時(shí)”、“分”、“秒”需要6片中規(guī)模計(jì)數(shù)器。其中，“分”、“秒”位計(jì)時(shí)各為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，“時(shí)”位計(jì)時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器都選用74LS90D集成塊，采用反饋清零法。

（4）校時(shí)電路：當(dāng)剛接通電源或計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。將各模塊連接成完整的電路，就能方便地設(shè)計(jì)出數(shù)字鐘電路，使得學(xué)生們能夠?qū)W以致用，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，另外通過(guò)不斷的改變控制邏輯電路部分，可以使電子鐘表的功能不斷地得到完善，使得學(xué)生們的創(chuàng)新能力得到了鍛煉和提高。

圖8數(shù)字鐘設(shè)計(jì)原理圖

3 結(jié)束語(yǔ)

Multisim軟件如同一個(gè)大的電工電子實(shí)驗(yàn)室，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)施的不足,為實(shí)驗(yàn)提供了極大的便利，極大地提高了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量；Multisim軟件還可以輔助理論教學(xué)，教師可以在講解完理論后直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和演示，使得物理過(guò)程更為形象直觀；此外，Multisim軟件用戶界面直觀，操作方便，學(xué)生在課后可自己設(shè)計(jì)電路，加理解電路功能及儀器儀表的使用，還可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生可以自主開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)一些電路，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

利用Multisim軟件提供的虛擬電子工作平臺(tái)，可以方便地完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)和教學(xué)工作。 但是仿真軟件的操作不能代替實(shí)際電路，要充分發(fā)揮傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)各自的優(yōu)勢(shì)，在保留傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)的前提下，將以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為主的仿真實(shí)驗(yàn)融合到傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來(lái)，構(gòu)建一個(gè)新型的實(shí)踐教學(xué)體系，以提高學(xué)生動(dòng)手能力、分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生自主創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】虛擬仿真;數(shù)字電路;課程改革;教學(xué)方法

【中圖分類(lèi)號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【論文編號(hào)】1009―8097(2010)07―0147―04

一 前言

數(shù)字電子技術(shù)是計(jì)算機(jī)及通信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,其中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力,因此,生動(dòng)形象的課堂教學(xué)和全面的實(shí)驗(yàn)體系對(duì)教學(xué)效果和知識(shí)的應(yīng)用能力有著非常重要的作用。然而,由于實(shí)驗(yàn)儀器的的老舊,數(shù)量有限,使得實(shí)驗(yàn)的開(kāi)出率以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的擴(kuò)展都受到限制。為順應(yīng)現(xiàn)代教育的發(fā)展,實(shí)施的現(xiàn)代化遠(yuǎn)程開(kāi)放教育,將計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電路教學(xué)中。其中理論教學(xué)結(jié)合多種教學(xué)方法和現(xiàn)代化的教育技術(shù),將基礎(chǔ)知識(shí)和理論形象地表現(xiàn)出來(lái),有助于學(xué)生理解。課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)都利用計(jì)算機(jī)虛擬仿真軟件將所學(xué)理論聯(lián)系實(shí)際,并加以應(yīng)用,在此研究基礎(chǔ)上提出了基于虛擬仿真技術(shù)的所有電子技術(shù)課程教學(xué)的新模式。

二 計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)技術(shù),簡(jiǎn)稱(chēng)VR,涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域。它由計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成的三維信息的人工環(huán)境――虛擬環(huán)境,可以逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界(甚至是不存在的)的事物和環(huán)境,人投入到這種環(huán)境中,立即有“親臨其境”的感覺(jué),并可親自操作,與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互[1]。

計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù),是在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合,是一種更高級(jí)的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)以構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一的完整的虛擬環(huán)境為典型特征,并通過(guò)虛擬環(huán)境集成與控制為數(shù)眾多的實(shí)體。實(shí)體可以是模擬器,也可以是其他的虛擬仿真系統(tǒng),更多的是計(jì)算機(jī)。實(shí)體在虛擬仿真軟件所提供構(gòu)建的環(huán)境中相互作用,以表現(xiàn)客觀世界的真實(shí)特征。虛擬仿真技術(shù)的這種集成化、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的特征,可以滿足現(xiàn)代教育的發(fā)展需求[1]。

三 課程教學(xué)的若干問(wèn)題及改革研究

對(duì)于理論教學(xué)環(huán)節(jié),首先是教學(xué)內(nèi)容陳舊。當(dāng)前大中專(zhuān)院校所用的教材內(nèi)容都是十幾年前的,即便是近幾年出版的教材,也只是內(nèi)容的深淺不同,體系結(jié)構(gòu)基本相同。比如教材中主要說(shuō)明的74LS系列的芯片在目前實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)被淘汰,真正是學(xué)的沒(méi)用,用的沒(méi)學(xué)?，F(xiàn)在的學(xué)生在學(xué)習(xí)中,非常關(guān)注所學(xué)知識(shí)的實(shí)用性,如果不能學(xué)以致用,就影響到學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。因而在課程教學(xué)中要及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容,講解傳統(tǒng)芯片的同時(shí)多介紹一些現(xiàn)在普遍使用的芯片,當(dāng)然也要根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)程度,最大可能激發(fā)學(xué)生的興趣[3]。

其次是教學(xué)方法。常用的教學(xué)方法無(wú)非就是這幾種:講授法、討論法、談話法、閱讀指導(dǎo)法。根據(jù)課程的特點(diǎn)和教學(xué)要求,不能一成不變的套用傳統(tǒng)的教學(xué)方法。這些方法對(duì)有些課程很有效,但是對(duì)計(jì)算機(jī)課程不一定全部適合,因此需要探索適合本課程需求的新的教學(xué)方法。筆者在教學(xué)中通常有如下幾種方法:講授法,這是傳統(tǒng)的教學(xué)方法,教師口述基本事實(shí)、原理和推理過(guò)程。部分定理,原理及產(chǎn)品采用講授法。例舉法,就是以典型例題說(shuō)明某個(gè)定理或元件的應(yīng)用,這是本課程用的最多的一種方法。在數(shù)字電路課程中有很多芯片的實(shí)際應(yīng)用,有些是針對(duì)某部分內(nèi)容的很典型的例子,這些例子對(duì)于學(xué)生理解和掌握此部分知識(shí)非常有用。任務(wù)驅(qū)動(dòng)法,就是教師布置一些運(yùn)用某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的題目,要求學(xué)生在課堂上有限的時(shí)間里做出來(lái),并檢查完成情況。這樣學(xué)生對(duì)該節(jié)課所學(xué)知識(shí)從理論到應(yīng)用有了一個(gè)全方位的認(rèn)識(shí),而且對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)掌握得都比較透徹,這是近年來(lái)比較流行的一種教學(xué)方法,也是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課程特有的一種教學(xué)方法,對(duì)提升教學(xué)效果有顯著作用。

再次是教學(xué)手段,不是單純的使用多媒體課件,而是結(jié)合計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)引入現(xiàn)代化教育技術(shù)和手段,很多典型例題用計(jì)算機(jī)仿真軟件在課堂驗(yàn)證,讓學(xué)生直觀形象地了解電路的工作情況,從而掌握電路或芯片的應(yīng)用。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié),首先是實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)陋。很多高校數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括我校仍然使用老式實(shí)驗(yàn)箱,即由固定數(shù)字電路芯片搭建的實(shí)驗(yàn),學(xué)生只能按實(shí)驗(yàn)教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)按步驟做固定的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是以芯片講解為主,目的是對(duì)芯片功能進(jìn)行驗(yàn)證。因此學(xué)生把實(shí)驗(yàn)課當(dāng)完成任務(wù),實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)沒(méi)有促進(jìn)教學(xué),相反影響了教學(xué)效果。很多新的芯片不能認(rèn)識(shí)和實(shí)踐,使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與實(shí)際應(yīng)用的要求嚴(yán)重脫節(jié)。其次在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化,個(gè)別元件被損壞或接觸不良,導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)中,出現(xiàn)一些問(wèn)題,電路連接完全正確,但是就是得不到正確結(jié)果,結(jié)果費(fèi)了很多時(shí)間去排除故障,這樣做實(shí)驗(yàn)當(dāng)然激發(fā)不了學(xué)生的興趣,相反還會(huì)阻礙他們進(jìn)一步探索。再次,由于實(shí)驗(yàn)條件的限制,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只能停留在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)層次,學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和綜合應(yīng)用能力都得不到提高,利用電子電路的計(jì)算機(jī)虛擬仿真軟件multisilm10就可以解決這個(gè)問(wèn)題,利用這個(gè)軟件可以自行設(shè)計(jì)集成電路,綜合應(yīng)用各種芯片,完成所有的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)[4]。在教學(xué)實(shí)施中,根據(jù)學(xué)生情況分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。

四 計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)在課程教學(xué)中的應(yīng)用

1 課堂教學(xué)中的應(yīng)用

在課堂講到門(mén)電路的工作原理或集成電路的應(yīng)用時(shí),可以現(xiàn)場(chǎng)用計(jì)算機(jī)仿真軟件演示電路的工作過(guò)程,使學(xué)生更好地理解門(mén)電路的工作原理和芯片的工作情況。從而掌握電路的應(yīng)用。這樣,教學(xué)過(guò)程是由原理到應(yīng)用,由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,由抽象到現(xiàn)實(shí),循序漸進(jìn)地完成理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。數(shù)字電路的基本單元是門(mén)電路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分對(duì)于大部分同學(xué)來(lái)說(shuō)都是難點(diǎn),如何突破這個(gè)難點(diǎn)呢?利用軟件建立仿真電路,真實(shí)地展現(xiàn)輸出電壓隨輸入電壓的變化情況,就會(huì)獲得很好的效果。下面是利用仿真軟件說(shuō)明TTL與非門(mén)工作原理的課堂實(shí)例:

(1) Vi=0V,輸入接低電平。那么Q1導(dǎo)通,Vb1=0.8V,Ib5

(2) Vi=3.6V,輸入高電平。那么Q1的發(fā)射極電流從發(fā)射極(0.852mA)流入,從集電極流出,Q1的發(fā)射極和集電極倒置狀態(tài)。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,導(dǎo)致Q2、Q5導(dǎo)通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。輸出Vo=0.018V。其電路仿真如圖2:

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

大學(xué)生需要有獨(dú)立的設(shè)計(jì)能力和對(duì)電子器件的綜合應(yīng)用能力,這就決定了本課程的實(shí)驗(yàn)體系應(yīng)該是三個(gè)層次,在簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上必須開(kāi)設(shè)有創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。然而實(shí)驗(yàn)室有限的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱只能做幾個(gè)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),無(wú)法滿足設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)備要求。但是,利用電子電路的計(jì)算機(jī)仿真軟件就可以擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)室,提供所需要的一切電子元件和芯片,搭建任意難度,任意復(fù)雜的電路,并驗(yàn)證其正確性。同時(shí)利用仿真軟件的可配置性,配合適當(dāng)?shù)碾娐房勺龀龆喾N不同的應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)課程中,提前給出了三種實(shí)驗(yàn)的一些題目和內(nèi)容,要求驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)必須都完成,設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可選做一至兩個(gè),綜合性實(shí)驗(yàn)選做一個(gè)。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明學(xué)生利用仿真軟件選做的數(shù)字電子鐘邏輯電路的設(shè)計(jì)實(shí)例。

要求用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示日、時(shí)、分秒的數(shù)字電子鐘,選用器材主要有:安裝有仿真軟件的計(jì)算機(jī)若干臺(tái),集成電路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、電阻、電容若干,數(shù)碼顯示管,三極管、開(kāi)關(guān)若干。

提示設(shè)計(jì)方案,包括數(shù)字電子鐘的電路框圖和四個(gè)主要模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),學(xué)生依據(jù)電路框圖和提示信息設(shè)計(jì)邏輯電路圖,并將其在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中用仿真電路實(shí)現(xiàn)。下面給出數(shù)字電子鐘的電路框圖。

篇幅所限,參考電路就不給出,但是通過(guò)這個(gè)實(shí)例可以看出虛擬仿真技術(shù)在課程實(shí)驗(yàn)中的重要作用。不但節(jié)省很多設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用,不受地點(diǎn)和環(huán)境的限制,而且和真實(shí)實(shí)驗(yàn)具有相同的效果。既然如此,為什么不廣泛應(yīng)用呢?

五 總結(jié)

論文對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)提出很多問(wèn)題,在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了探索,將計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)引入教學(xué)中,采用現(xiàn)代化教育手段進(jìn)行課程改革。課堂教學(xué)提出了很多適合本課程并行之有效的教學(xué)方法,重要電路工作情況的計(jì)算機(jī)仿真演示,部分例題的計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證,增強(qiáng)其直觀性和真實(shí)性,加強(qiáng)學(xué)生的理解。實(shí)驗(yàn)教學(xué)也利用計(jì)算機(jī)仿真軟件,采用虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式,擴(kuò)充建立了虛擬實(shí)驗(yàn)室,擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,在無(wú)需花費(fèi)很大代價(jià)的情況下,滿足了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的條件,從而完成三個(gè)層次實(shí)驗(yàn)體系的建設(shè)。在本文的研究基礎(chǔ)上,可將虛擬仿真技術(shù)推廣應(yīng)用到所有電子技術(shù)課程教學(xué)中,引發(fā)電子技術(shù)課程改革的新局面。

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篇4

【關(guān)鍵詞】電工與電子技術(shù) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) Multisim仿真軟件

一、傳統(tǒng)電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的局限性

電工與電子技術(shù)課程內(nèi)容跨度大且抽象，理論性和實(shí)踐性均很強(qiáng)，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)才能將理論和實(shí)踐很好地結(jié)合起來(lái)，在實(shí)驗(yàn)中鞏固和理解理論知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電路的分析設(shè)計(jì)能力和解決問(wèn)題的能力。所以電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是整個(gè)教學(xué)過(guò)程中十分重要的環(huán)節(jié)。

但是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往存在著一些局限性：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備易磨損老化且淘汰率較高，定期維護(hù)與更新需耗費(fèi)大量的時(shí)間、人力和財(cái)力；學(xué)生素質(zhì)和動(dòng)手能力參差不齊，連接電路時(shí)極易出錯(cuò)造成元器件及設(shè)備損壞；有限的設(shè)備和教學(xué)學(xué)時(shí)不能滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的需要；實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證型為主，方法陳舊單一，效果不夠理想。

二、仿真軟件介紹

隨著電子電路分析與設(shè)計(jì)方法的不斷改進(jìn)，虛擬仿真技術(shù)作為一門(mén)新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速崛起，出現(xiàn)了一批電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件EDA（Electronic Design Automation），尤其以美國(guó)NI公司的Multisim為代表，是目前最方便、最直觀的仿真軟件。Multisim擁有品種齊全的元件庫(kù)、豐富的測(cè)試儀器儀表、完備的分析手段和強(qiáng)大的仿真能力。軟件中直觀的人機(jī)界面像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作平臺(tái)，繪圖所需的元器件和仿真所需的儀器儀表均可直接拖放到工作區(qū)，輕點(diǎn)鼠標(biāo)即可完成導(dǎo)線的連接，軟件儀器的控制面板和操作方式與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的一樣。

應(yīng)用Multisim仿真軟件進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，方便、快捷、逼真，既可以解決上述傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中諸多不利因素，又可以作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，加深對(duì)理論的認(rèn)識(shí)和理解，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)水平和創(chuàng)新能力。

三、Multisim軟件在電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

1 Multisim仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案

首先學(xué)生應(yīng)熟悉仿真軟件的使用方法和電路圖的繪制方法；再根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求在虛擬元件庫(kù)和儀器庫(kù)中選擇虛擬元器件和測(cè)試儀器，并設(shè)置相關(guān)的參數(shù)；進(jìn)而繪制出實(shí)驗(yàn)電路圖，運(yùn)行仿真軟件進(jìn)行虛擬電路的測(cè)試；最后學(xué)生還要分析輸出的測(cè)試數(shù)據(jù)與理論計(jì)算結(jié)果是否相符或是否滿足設(shè)計(jì)要求。在整個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，既能夠鍛煉學(xué)生的讀圖和繪圖能力、增強(qiáng)對(duì)電路的感知，又能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性并培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

2 應(yīng)用實(shí)例

為某一燃油鍋爐設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的組合邏輯報(bào)警電路：在燃油噴嘴處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，若鍋爐水溫或煙道水溫過(guò)高則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。設(shè)計(jì)中用A、B、C三個(gè)輸入變量分別表示燃油噴嘴、鍋爐水溫和煙道水溫的邏輯狀態(tài)，用輸出變量狀態(tài)表示是否發(fā)出警報(bào)信號(hào)。應(yīng)用Multisim10.0仿真軟件可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，即在軟件特有的虛擬邏輯轉(zhuǎn)換器（對(duì)話框如圖1所示）中列出輸入、輸出變量對(duì)應(yīng)的狀態(tài)值（即邏輯狀態(tài)表），虛擬邏輯轉(zhuǎn)換器便可自動(dòng)列寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的邏輯表達(dá)式，并按需要的門(mén)電路自動(dòng)繪制出組合邏輯電路圖（如圖2所示）。學(xué)生可以將此結(jié)果與理論設(shè)計(jì)結(jié)果相比較，并用實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)際操作驗(yàn)證，最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

圖1 邏輯轉(zhuǎn)換器對(duì)話框

圖2 參考組合邏輯電路圖

四、結(jié)語(yǔ)

將Multisim仿真軟件應(yīng)用于電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效的輔助手段，成為學(xué)生理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的良好銜接。電工與電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)并不會(huì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)備實(shí)驗(yàn)，而是作為其有益補(bǔ)充。學(xué)生先對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，再用設(shè)備實(shí)際操作，可以少走彎路，節(jié)省時(shí)間，減少元器件的損耗，同時(shí)還可以打破地域和時(shí)間的束縛，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，從而提高學(xué)生的電路分析水平和綜合應(yīng)用水平，培養(yǎng)動(dòng)手實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，把電工與電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)推上一個(gè)新的高度。

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篇5

【關(guān)鍵詞】Multisim；電工電子技術(shù)；教學(xué)

電工電子技術(shù)是工科院校非電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，其內(nèi)容涵蓋電工技術(shù)基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)等三部分內(nèi)容。該課程教學(xué)內(nèi)容主要是由理論和實(shí)驗(yàn)兩部分組成，是一門(mén)理論和實(shí)踐高度契合的課程。但是在電工電子技術(shù)教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類(lèi)較多，而且也不易攜帶，所以在教室授課的教師往往將授課重心放在理論講解和電路的分析計(jì)算上，課堂教學(xué)與實(shí)際電路的應(yīng)用及操作結(jié)合不充分，使得教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式缺乏直觀性，非常抽象難懂，因而學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，導(dǎo)致該課程的授課效果較差。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多媒體教學(xué)已廣泛應(yīng)用于高校課堂；另外，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA軟件Multisim不僅對(duì)電路具有良好的仿真分析能力，而且還能夠貼近實(shí)踐操作，完全能滿足電工電子技術(shù)理論教學(xué)中實(shí)例展示的需求。因此，通過(guò)多媒體技術(shù)，將Multisim軟件引入電工電子技術(shù)教學(xué)中，不僅為授課教師提供了一個(gè)便捷的電路分析展示平臺(tái)，而且也讓學(xué)生在抽象的理論教學(xué)中觀察到電路運(yùn)行的真實(shí)過(guò)程，增加了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，這將大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)電工電子技術(shù)教學(xué)的向著更深層次的方向發(fā)展。

一、Multisim軟件簡(jiǎn)介

Multisim是加拿大Interactive Image Technoligics公司推出的專(zhuān)門(mén)用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。作為Windows下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具， Multisim是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境，其特點(diǎn)及功能如下：

① 人性化的圖形界面：Multisim軟件的整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到工作窗口內(nèi)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)的端口即可將其用導(dǎo)線連接。軟件中虛擬儀器的控制面板和操作方法都與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上展示的一樣。

② 豐富的元器件庫(kù)：Multisim元器件庫(kù)包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運(yùn)算放大器、TTL和CMOS數(shù)字IC、DAC、ADC及其他各種電子元件，而且用戶可以自行創(chuàng)建或修改所需元件模型。

③ 多樣化的測(cè)試儀器：Multisim具有數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器、掃頻儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀等多種虛擬儀表，所有儀器均可多臺(tái)同時(shí)使用。

④ 完備的分析手段：Multisim具有直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、噪聲分析、失真分析、等多種分析工具，基本能滿足一般電路的設(shè)計(jì)分析需要。

⑤ 強(qiáng)大的仿真能力：Multisim可以對(duì)模擬和數(shù)字電路進(jìn)行單獨(dú)仿真或者混合仿真。

Multisim仿真與虛擬儀器技術(shù)可以彌補(bǔ)理論教學(xué)中因?qū)嶒?yàn)設(shè)備不足而造成的理論教學(xué)與實(shí)際操作相脫節(jié)的這一問(wèn)題。學(xué)生可以很方便地把學(xué)到的理論知識(shí)用Multisim仿真的方法真實(shí)的再現(xiàn)，加深學(xué)習(xí)印象。

二、Multisim在電路計(jì)算中的應(yīng)用

在電工電子技術(shù)理論授課中，教師在講解電路的基本定律（定理）的時(shí)候，不僅要對(duì)定律進(jìn)行闡述，而且也要對(duì)其進(jìn)行推導(dǎo)證明，然后還要舉例驗(yàn)證定律的正確性。雖然教師對(duì)知識(shí)點(diǎn)的闡述已經(jīng)非常明晰了，但是在學(xué)生內(nèi)心總覺(jué)得還缺少點(diǎn)什么，其原因在于學(xué)生沒(méi)有觀察到實(shí)際電路，對(duì)教師所傳授知識(shí)的正確性存在一絲懷疑――這樣分析計(jì)算對(duì)么？為了解決這一問(wèn)題，讓學(xué)生在理論知識(shí)的學(xué)習(xí)中觀察到電路的工作過(guò)程，本人在電工電子技術(shù)的理論授課中，采用Multisim軟件來(lái)進(jìn)行舉例展示，下面以基爾霍夫定律來(lái)展示教學(xué)過(guò)程。

① 對(duì)基爾霍夫電壓定律進(jìn)行闡述，并講解其使用方法；

② 使用教材所給例子，檢驗(yàn)該定律的正確性及相應(yīng)的計(jì)算方法

③ 使用Multisim軟件繪制的教材所提供電路圖；

④ 在電路需要計(jì)算電壓的位置放置虛擬萬(wàn)用表，并對(duì)萬(wàn)用表的功能進(jìn)行選擇；

⑤ 確認(rèn)所有操作步驟無(wú)誤后，進(jìn)行仿真，并記錄各個(gè)萬(wàn)用表測(cè)得的數(shù)據(jù)；

⑥ 將測(cè)量的數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的數(shù)據(jù)相比較，驗(yàn)證理論的正確性，其結(jié)果如圖1所示。

圖1 基爾霍夫電壓定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)電路圖

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是對(duì)上述電路中的哪一條回路進(jìn)行仿真計(jì)算，其電壓之和為總為零，這與基爾霍夫電壓定律完全一致。該仿真過(guò)程的優(yōu)勢(shì)在于不用復(fù)雜計(jì)算，便可以得知所需的電路參數(shù)，省工省時(shí)，形象直觀。

三、Multisim在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在電工電子技術(shù)的授課目的之一是讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析及設(shè)計(jì)電路。但是對(duì)于沒(méi)有任何設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，如何驗(yàn)證自己設(shè)計(jì)電路的正確性呢？如果遇到復(fù)雜的電路如何快速讀懂電路的作用呢？Multisim仿真軟件可以輔助解決此類(lèi)問(wèn)題。此處以最為常見(jiàn)的線性電源電路設(shè)計(jì)為例來(lái)講解如何應(yīng)用Multisim來(lái)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)及分析的，其具體步驟如下：

① 分析電路設(shè)計(jì)需求，劃分電路各部分的功能。該電路分為降壓、整流、穩(wěn)壓和濾波等四部分；

② 在Multisim軟件中，按照功能劃分，選取各部分電路所需元件，并按照合理的位置進(jìn)行布局；

③ 連接各元件，檢查并分析電路的可行性；

④ 根據(jù)電路所需測(cè)量信號(hào)的類(lèi)型，在電路的關(guān)鍵部位放置所需的虛擬儀器，此處只需要虛擬示波器即可；

⑤ 進(jìn)行仿真測(cè)試，并通過(guò)虛擬儀器輸出的信號(hào)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，并及時(shí)更改關(guān)鍵元件的參數(shù)，使得電路更為合理，其完整電路如圖2所示。

圖2 線性電源電路圖

通過(guò)圖2中的兩個(gè)示波器可以分別觀察電路輸出信號(hào)在各階段的波形，如圖3所示。

圖3 示波器輸出的各階段整流信號(hào)

通過(guò)觀察示波器輸出的信號(hào)波形，不僅可以看到線性電源電路的輸出波形，而且還可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，更改相應(yīng)元件的參數(shù)，使得電路滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)Multisim仿真的設(shè)計(jì)方法不僅降低了電路設(shè)計(jì)的難度，而且也驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)電路的可實(shí)現(xiàn)性；另外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索學(xué)習(xí)，課外讓學(xué)生利用軟件完成作業(yè)。這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且可以形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。

結(jié)論電工電子技術(shù)教學(xué)改革是一個(gè)持續(xù)不斷的探索和改進(jìn)的過(guò)程。通過(guò)將Multisim電路虛擬仿真平臺(tái)引入課堂教學(xué)，不但能夠幫助師生驗(yàn)證理論，使抽象問(wèn)題直觀化、生動(dòng)化，還能夠給予學(xué)生更多觀察電路、設(shè)計(jì)電路的機(jī)會(huì)，同時(shí)也為實(shí)際電路的操作提供了演練機(jī)會(huì)。這對(duì)于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的動(dòng)手能力都有很大的促進(jìn)作用，能夠有效地提升課程的整體教學(xué)效果，達(dá)到良好的教學(xué)目標(biāo)。Multisim的引入是電工電子技術(shù)課程教學(xué)改革的有效手段之一。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞： Multisim 虛擬實(shí)驗(yàn) 真實(shí)實(shí)驗(yàn)

1.引言

Multisim應(yīng)用于電路分析課堂教學(xué)，使抽象的概念變得具體，使枯燥的內(nèi)容變得生動(dòng)，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解掌握。從課堂教學(xué)效果來(lái)看，既能活躍課堂氣氛，又能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生可以利用仿真軟件進(jìn)行電路仿真、電路設(shè)計(jì)，利用虛擬儀器測(cè)量驗(yàn)證，拓寬知識(shí)面。仿真技術(shù)引入課堂，使理論與實(shí)踐得到統(tǒng)一。通過(guò)Multisim虛擬仿真軟件，學(xué)生可利用電腦進(jìn)行電路仿真及仿真分析，檢驗(yàn)電路設(shè)計(jì)方案在功能方面的正確性和可行性，以達(dá)到熟悉電路、掌握工作原理和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的目的，為高效率地實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。應(yīng)當(dāng)注意的是仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種現(xiàn)代化的教學(xué)手段，不能代替實(shí)際操作，否則會(huì)削弱學(xué)生對(duì)真實(shí)儀器的感覺(jué)，影響實(shí)驗(yàn)技能的掌握。所以，仿真實(shí)驗(yàn)必須與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合才能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

2.電子技術(shù)課程虛擬和實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)的對(duì)比

傳統(tǒng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)方法是：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室根據(jù)給定的電路圖和元器件搭建實(shí)驗(yàn)電路，甚至部分實(shí)驗(yàn)使用了現(xiàn)成的電路板，用儀器測(cè)量數(shù)據(jù)得出結(jié)論。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中則要一邊動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)一邊仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（包括借助于實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)觀察）、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行推理并最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。相對(duì)于真實(shí)實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)儀器虛擬化，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)過(guò)程虛擬化，學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)中通過(guò)操作鼠標(biāo)、鍵盤(pán)及與計(jì)算機(jī)相連接的各種多媒體數(shù)據(jù)輸入設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)擊或拖放等動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬設(shè)備的操作，完成對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)。學(xué)生從虛擬實(shí)驗(yàn)中得到的是一種虛擬的體驗(yàn)，這是一種抽象的體驗(yàn)。在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，虛擬實(shí)驗(yàn)采用MultiSim1.0軟件設(shè)計(jì)與仿真，即在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)搭建電子電路，并修改電路及其元件參數(shù)，用虛擬儀器測(cè)試電路性能并分析原因，完成電子電路的設(shè)計(jì)定型。仿真通過(guò)后，在實(shí)驗(yàn)室采用硬件電路實(shí)現(xiàn)，并將虛擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與硬件實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)照分析，通過(guò)實(shí)際電子電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和開(kāi)發(fā)創(chuàng)新能力。通過(guò)MultiSim1.0仿真，不僅可以減少實(shí)驗(yàn)耗材的消耗，避免實(shí)驗(yàn)設(shè)備或儀器的損壞，還可以解決實(shí)驗(yàn)室高檔儀器和元器件不足的問(wèn)題，具有較強(qiáng)的靈活性。如果學(xué)生沒(méi)有一定的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，特別是親身體驗(yàn)作為基礎(chǔ)，那么這種虛擬和抽象就不符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的獲取和意義的建構(gòu)不僅不具有積極的作用，反而因過(guò)于抽象或虛擬而起阻礙作用。

3.虛擬和實(shí)際實(shí)驗(yàn)的互補(bǔ)作用

虛擬實(shí)驗(yàn)是根據(jù)教學(xué)模型建立的是理想化，虛擬實(shí)驗(yàn)包括虛擬元件和虛擬儀器兩部分。在虛擬實(shí)驗(yàn)中會(huì)有一些因素影響其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論，只有虛實(shí)結(jié)合才能正確分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論，而虛擬實(shí)驗(yàn)雖能簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，提高實(shí)驗(yàn)的效率和安全性，但不能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。

（1）目前的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)只能按照固定的、正確的操作流程或方法進(jìn)行，否則實(shí)驗(yàn)不能得到正確的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果是機(jī)械的，是由程序本身決定的，而不是真實(shí)情況的反映。因?yàn)槌绦蜷_(kāi)發(fā)人員是嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的，可以說(shuō)一個(gè)實(shí)驗(yàn)只有一個(gè)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中，不允許學(xué)生操作錯(cuò)誤或者對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一些改變，這樣不利于培養(yǎng)學(xué)生從操作失誤中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，限制了學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)造性思維的發(fā)展。

（2）虛擬元件的阻抗通常是默認(rèn)的，但有些值也可以設(shè)置，實(shí)際元件每個(gè)阻抗可能都不相同，如設(shè)置阻抗參數(shù)就和操作人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)有密切的關(guān)系，經(jīng)驗(yàn)越豐富，設(shè)置的參數(shù)就越接近實(shí)際情況，用默認(rèn)值可能就會(huì)有與實(shí)際實(shí)驗(yàn)不同的數(shù)據(jù)和結(jié)論。

（3）在真實(shí)條件下做實(shí)驗(yàn)也會(huì)因儀器的精度、操作的方法、量程的選擇、實(shí)現(xiàn)的方法有不同的結(jié)果，這本身就是不可避免的誤差產(chǎn)生的因素。虛擬實(shí)驗(yàn)的理想化和真實(shí)實(shí)驗(yàn)的具體情況本身就有一定的差異，在必然和理想條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果存在誤差。

（4）虛擬元件中不可能存在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的一些情況。如導(dǎo)線會(huì)存在的分布電容、電感、電阻，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果會(huì)有一定的影響。

（5）虛擬實(shí)驗(yàn)在一些演示性和驗(yàn)證性類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮了較好的作用，但是在實(shí)際操作性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)中，則降低了學(xué)生的動(dòng)手操作能力。比如，電子技術(shù)很多實(shí)驗(yàn)中，需要實(shí)驗(yàn)者根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件使用不同的導(dǎo)線連接實(shí)驗(yàn)線路。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，只要點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕就可以把導(dǎo)線連接到儀器上，學(xué)生根本體會(huì)不出不同方法所用的導(dǎo)線及導(dǎo)線連接方法有何不同，不能鍛煉實(shí)際動(dòng)手能力。

要使虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和結(jié)論接近，關(guān)鍵在于虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在建立虛擬儀器和元件庫(kù)時(shí)，要考慮實(shí)際的環(huán)境和結(jié)論后，設(shè)置一些指標(biāo)和參數(shù)，同時(shí)也要使真實(shí)實(shí)驗(yàn)的條件向理想情況趨近，如保證理想的室內(nèi)溫度，考慮參數(shù)的分散性等，這樣才能使虛擬實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和結(jié)果仿真到實(shí)際實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和結(jié)果。電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。虛擬實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間及空間的限制，學(xué)生可以自主地完成實(shí)驗(yàn)，具有良好的發(fā)展前景。但虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，還有許多理論和技術(shù)問(wèn)題有待進(jìn)一步探討，因此，在現(xiàn)有條件下，虛擬實(shí)驗(yàn)是不可能完全代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)的。在實(shí)物實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，元件參數(shù)分散性、誤差、噪聲等現(xiàn)象是客觀存在的，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的和創(chuàng)造性思維是至關(guān)重要的，也要引起足夠的重視。只有先理論后實(shí)踐，先做真實(shí)實(shí)驗(yàn)后做虛擬實(shí)驗(yàn)，或先做虛擬實(shí)驗(yàn)后做真實(shí)實(shí)驗(yàn)，才能使二者有效結(jié)合，相互依存，使電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)更完善。

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篇7

摘　要：摘要：　Multisim11是一個(gè)適用于電子電路、單片機(jī)及VHDL等多學(xué)科的仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。文章介紹了Multisims11仿真軟件的主要功能及特點(diǎn)，并結(jié)合該軟件對(duì)單調(diào)諧高頻小信號(hào)放大電路的主要質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試與仿真分析，結(jié)果直觀、精確，很好地驗(yàn)證了理論，表明該軟件有強(qiáng)大的仿真和分析功能，在實(shí)現(xiàn)高頻電路分析和設(shè)計(jì)方面不僅高效、可靠，而且具有逼近真實(shí)電路的效果。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：Multisim11；高頻電子技術(shù)；仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：   文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A    文章編號(hào)：

1.引言

    “高頻電子技術(shù)”是電子和通信專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，高頻電路實(shí)驗(yàn)在通信系統(tǒng)和設(shè)備中占有重要的地位,通過(guò)實(shí)驗(yàn)達(dá)到加深理解所學(xué)的理論知識(shí),培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際、分析與處理實(shí)際問(wèn)題的能力。但是由于高頻實(shí)驗(yàn)對(duì)儀器精度要求高,易受外界的干擾,分布電容等原因,高頻實(shí)驗(yàn)中存在的一個(gè)最大的問(wèn)題就是實(shí)驗(yàn)原理較難,實(shí)驗(yàn)電路復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)效果容易收到外界信號(hào)干擾。虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是以虛擬儀器和虛擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),借助于圖形/圖像、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上模擬相關(guān)的軟硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)對(duì)象和實(shí)驗(yàn)過(guò)程,應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)仿真現(xiàn)實(shí)中的實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),具有仿真性、實(shí)時(shí)交互性、共享性、協(xié)同性、可重用性等特點(diǎn)。文章將結(jié)合高頻的典型實(shí)驗(yàn)電路為例探討基于Multisim11的高頻電子技術(shù)仿真分析及研究.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì), 2004, 4: 65-67.

篇8

關(guān)鍵詞：Multisim； 數(shù)字時(shí)鐘； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 電路仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：TN71034; TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004373X(2012)10018402

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、提高動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力是高等教育的教學(xué)重點(diǎn)。伴隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，元器件、設(shè)備儀器不斷更新，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件無(wú)法滿足各種電路設(shè)計(jì)、調(diào)試要求，尤其綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)需要多種儀器共同完成其功能，暴露出實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備費(fèi)用高、損耗大、更新慢的缺點(diǎn)，一般高校無(wú)法滿足此類(lèi)實(shí)驗(yàn)要求。電路仿真軟件Multisim擁有龐大的元器件庫(kù)，具有強(qiáng)大的虛擬儀器功能，有一般實(shí)驗(yàn)室少有的頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等虛擬儀器。在電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中引入Multisim，再配合傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，減輕了購(gòu)買(mǎi)、更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備的資金壓力?？梢哉f(shuō)，利用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)勢(shì)在必行。有些院校已經(jīng)使用Multisim展開(kāi)教學(xué)［19］。

1 數(shù)字時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)

數(shù)字時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)是電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中的綜合性實(shí)驗(yàn)之一。數(shù)字時(shí)鐘是一種典型的數(shù)字電路，包括了組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路，通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘，學(xué)生會(huì)進(jìn)一步了解數(shù)字時(shí)鐘的原理和集成電路的使用方法，加深掌握邏輯電路的原理和使用方法。

1.1 數(shù)字時(shí)鐘的組成

數(shù)字時(shí)鐘是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1 Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。在計(jì)數(shù)時(shí)，如果起始時(shí)間和當(dāng)前時(shí)間不一致，還需要加一個(gè)校時(shí)電路。同時(shí)，校時(shí)電路還可以在調(diào)試數(shù)字時(shí)鐘時(shí)發(fā)揮重要作用。數(shù)字時(shí)鐘構(gòu)成如圖1所示。

圖1 數(shù)字時(shí)鐘框圖1.2 模60和模24計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)

“秒”和“分”計(jì)數(shù)器都是模60計(jì)數(shù)器，由個(gè)位的10進(jìn)制計(jì)數(shù)器和十位的6進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。74LS90是10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，利用2片74LS90，通過(guò)異步清零功能，并配合與門(mén)74LS08使用，實(shí)現(xiàn)模60計(jì)數(shù)器或模24計(jì)數(shù)器的功能。

1.3 譯碼電路

譯碼電路可以選用4線7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器74LS248，采用共陰極LED數(shù)碼顯示器。

1.4 校時(shí)電路

當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘接通電源或計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校準(zhǔn)。常用的校準(zhǔn)方法為“快速校準(zhǔn)法”，即校準(zhǔn)的時(shí)候使分、時(shí)計(jì)數(shù)器對(duì)1 Hz的秒脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)［10］。

2 仿真、測(cè)試

實(shí)驗(yàn)環(huán)境：Multisim10.1，Windows XP。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，60進(jìn)制和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器都能夠運(yùn)行正常，能夠?qū)崿F(xiàn)60進(jìn)制和24進(jìn)制的邏輯功能，校時(shí)電路也能夠?qū)r(shí)、分計(jì)數(shù)器進(jìn)行校正。實(shí)現(xiàn)了數(shù)字時(shí)鐘的功能。

仿真電路如圖2所示。

圖2 數(shù)字時(shí)鐘整體電路3 結(jié) 語(yǔ)

使用Multisim仿真數(shù)字時(shí)鐘時(shí)，如果按照現(xiàn)實(shí)中的時(shí)、分來(lái)計(jì)時(shí)的話，不便于觀察時(shí)鐘運(yùn)行周期。比如，花費(fèi)一天的時(shí)間才能觀察24小時(shí)的顯示周期是否正確。而提高輸入脈沖的頻率，可以“縮短”時(shí)間，實(shí)驗(yàn)者可以花費(fèi)較少的時(shí)間觀察時(shí)鐘運(yùn)行周期的變化。運(yùn)行環(huán)境是CPU AMD Athlon 2.01 GHz,仿真脈沖最高頻率達(dá)到240 MHz，再高的頻率就影響LED的顯示，無(wú)法清晰觀察時(shí)鐘的變化。數(shù)字時(shí)鐘的實(shí)驗(yàn)還能做一些功能擴(kuò)展，如整點(diǎn)報(bào)時(shí)、定時(shí)控制，可以留做大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的一部分。通過(guò)制作數(shù)字時(shí)鐘，即加深了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，還鍛煉了動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。先利用Multisim仿真，再用實(shí)際器件搭建電路，實(shí)現(xiàn)邏輯功能，一方面節(jié)省了器件費(fèi)用、減少了儀器損耗，另一方面，提高了工作效率。因此，利用Multisim強(qiáng)大的功能對(duì)電子電路進(jìn)行仿真測(cè)試，參數(shù)精確可靠，可以提高電路的設(shè)計(jì)和分析效率。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 李文秀，劉春艷.Multisim在電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.青海大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（28）：9295.

［2］ 李春然，楊雅娟.移位寄存器的Multisim仿真［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010,33（22）：128129，132.

［3］ 孫津平.利用Multisim實(shí)現(xiàn)RS觸發(fā)器功能仿真測(cè)試［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011,34（15）：190193.

［4］ 馬敬敏.集成計(jì)數(shù)器74LS161的Multisim仿真［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011,34（3）：166167，170.

［5］ 呂曙東.Multisim10在差動(dòng)放大電路分析中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010,33(22):2427.

［6］ 曹鴻霞，冒曉莉.Multisim10在單管共射放大電路中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011,34（14）：169172.

［7］ 朱華光.Multisim10在模擬電路實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用及研究［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010,33（15）：192196.

［8］ 于波，呂秀麗.Multisim11在高頻電子線路教學(xué)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011,34（10）：193195，198.

［9］ 騰香.二進(jìn)制譯碼器邏輯功能的Multisim仿真方案［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010,33(20)：1112，16.

篇9

關(guān)鍵詞:電子技術(shù)；CDIO；虛擬仿真；教學(xué)改革

1引言

電子技術(shù)是上海工程技術(shù)大學(xué)非電類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)公共基礎(chǔ)實(shí)踐課程。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程不僅可以鞏固學(xué)生課堂所學(xué)的部分基礎(chǔ)知識(shí)，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）模式，即“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)作”模式，其在電子實(shí)習(xí)教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用[1-6]。上海工程技術(shù)大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心也通過(guò)開(kāi)展CDIO模式的電子實(shí)習(xí)實(shí)踐，不僅強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)電子技術(shù)、電工技術(shù)等課程基礎(chǔ)知識(shí)的復(fù)習(xí)和掌握，也注重在基本技能訓(xùn)練過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新精神[2]。它通過(guò)項(xiàng)目的構(gòu)思設(shè)計(jì)和實(shí)施運(yùn)作，將學(xué)生的整個(gè)課程體系有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而達(dá)到知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐能力的全面提升。

2電子實(shí)習(xí)教學(xué)改革前存在的問(wèn)題

學(xué)生在課前預(yù)習(xí)率不高，導(dǎo)致自學(xué)能力提升不足實(shí)習(xí)學(xué)生在實(shí)習(xí)上課前都會(huì)分到電子實(shí)習(xí)教材，大多數(shù)學(xué)生沒(méi)有對(duì)教材進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。在電子實(shí)習(xí)期間，教師在實(shí)訓(xùn)教室對(duì)實(shí)習(xí)教學(xué)進(jìn)行講解，學(xué)生基本上被動(dòng)聽(tīng)課。在實(shí)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生完全聽(tīng)從教師的安排，不少學(xué)生缺乏主動(dòng)性和積極性。如果學(xué)生課前進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，會(huì)帶著些疑問(wèn)進(jìn)行聽(tīng)課和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，這樣課堂收獲會(huì)更大，并在此過(guò)程中培養(yǎng)自學(xué)能力。教學(xué)內(nèi)容陳舊，教材和實(shí)習(xí)內(nèi)容很多年沒(méi)有發(fā)生變化，不能很好地適應(yīng)社會(huì)需求電子實(shí)習(xí)項(xiàng)目?jī)?nèi)容只包括直流穩(wěn)壓電源的焊接和調(diào)試，該實(shí)習(xí)內(nèi)容應(yīng)該屬于20世紀(jì)90年代的直流穩(wěn)壓電源的做法，屬于市電不控整流AC/DC變換，功率因數(shù)很低，該架構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)很少采用。實(shí)習(xí)的內(nèi)容陳舊，不能有效涵蓋電子技術(shù)、電工技術(shù)等教材的知識(shí)點(diǎn)。如核心的負(fù)反饋電路、運(yùn)算放大器等其他重要的知識(shí)點(diǎn)，沒(méi)有涵蓋實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。教學(xué)過(guò)程中理論和創(chuàng)新方面互動(dòng)環(huán)節(jié)偏少目前在實(shí)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生和實(shí)習(xí)教師互動(dòng)環(huán)節(jié)很多，但涉及理論和創(chuàng)新方面的很少。在實(shí)習(xí)過(guò)程中，不少學(xué)生對(duì)電路原理不是很理解，關(guān)心的重點(diǎn)就是要如何把實(shí)驗(yàn)結(jié)果給做出來(lái)，對(duì)電路工作原理是什么，如何對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，他們很少關(guān)心，造成實(shí)踐教學(xué)效果有欠缺。學(xué)生考核內(nèi)容不科學(xué)，不能很好地反映學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握、運(yùn)用和創(chuàng)新能力目前學(xué)生實(shí)習(xí)成績(jī)包括考勤、實(shí)驗(yàn)完成情況和實(shí)習(xí)報(bào)告三大塊，不能客觀體現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解能力和創(chuàng)新能力。由于實(shí)驗(yàn)是分組進(jìn)行，學(xué)生人數(shù)較多，實(shí)習(xí)教師工作量大，不可能正確評(píng)價(jià)每個(gè)學(xué)生在實(shí)習(xí)中的表現(xiàn)，可能會(huì)存在濫竽充數(shù)的問(wèn)題，出現(xiàn)不努力的學(xué)生通過(guò)一份好的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，就有可能獲得好的成績(jī)等不合理現(xiàn)象。

3教學(xué)改革與實(shí)踐教學(xué)模式介紹

根據(jù)之前電子實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題，立足學(xué)校實(shí)際情況，通過(guò)引入虛擬仿真環(huán)節(jié)，對(duì)以CDIO工程教育理念為指導(dǎo)的電子實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)模式的補(bǔ)充與完善，加強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)性，增加知識(shí)點(diǎn)運(yùn)用及創(chuàng)新互動(dòng)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)期社會(huì)需要的創(chuàng)新型人才。具體的教學(xué)改革措施與實(shí)踐情況如下。1）建立以服務(wù)學(xué)生、引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新為目標(biāo)的教學(xué)模式，通過(guò)在實(shí)習(xí)前讓學(xué)生使用MATLAB、Saber、PSIM等計(jì)算機(jī)虛擬仿真工具進(jìn)行仿真模擬，提前模擬做技術(shù)工作所需要的工作步驟，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，并在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，培養(yǎng)他們進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的能力，適應(yīng)社會(huì)需要。首先要求實(shí)習(xí)教師樹(shù)立服務(wù)引導(dǎo)學(xué)生的教育理念，改變填鴨教學(xué)模式，在實(shí)習(xí)前依據(jù)CDIO工程教育理論，注重對(duì)學(xué)生電子實(shí)習(xí)課前的預(yù)習(xí)任務(wù)進(jìn)行安排，增加課前仿真預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)作業(yè)。指導(dǎo)教師教授學(xué)生使用合適的仿真軟件，學(xué)生通過(guò)使用MATLAB、Saber、PSIM等虛擬仿真工具進(jìn)行電子原理圖仿真模擬。這樣一來(lái)，學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬仿真環(huán)節(jié)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中需要手動(dòng)搭建的原理圖已經(jīng)有了很好的認(rèn)知。教師在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以幫助學(xué)生有針對(duì)性地提出問(wèn)題，幫助他們掌握電子實(shí)習(xí)原理圖的工作原理。2）電子實(shí)習(xí)過(guò)程中采用學(xué)習(xí)、仿真、實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，幫助學(xué)生有效理解和運(yùn)用知識(shí)，進(jìn)而產(chǎn)生知識(shí)創(chuàng)新的能力。將電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行改革與創(chuàng)新，實(shí)施過(guò)程分解為學(xué)習(xí)、仿真、實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新四個(gè)主要階段。學(xué)習(xí)主要包括課本知識(shí)的學(xué)習(xí)與理解以及介紹仿真的作用，在這個(gè)階段包括教師課堂講授和學(xué)生課前課后學(xué)習(xí)等。實(shí)習(xí)教師需要給學(xué)生講述電子技術(shù)的應(yīng)用范圍及發(fā)展趨勢(shì)，并帶領(lǐng)學(xué)生參觀之前學(xué)生進(jìn)行電子實(shí)習(xí)的優(yōu)秀仿真及作品，激發(fā)學(xué)生對(duì)電子知識(shí)的興趣。仿真主要是在搭建仿真電路及仿真調(diào)試的過(guò)程中幫助學(xué)生更好地理解和消化知識(shí)點(diǎn)。這個(gè)階段要求學(xué)生分組進(jìn)行仿真練習(xí)，實(shí)習(xí)教師主要引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握電路模塊的調(diào)試和診斷能力，在學(xué)生仿真過(guò)程中引導(dǎo)和啟發(fā)他們?cè)谠骷p壞、線路連接不良等條件下，對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行仿真分析和分組討論，增加互動(dòng)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生對(duì)常見(jiàn)電路故障進(jìn)行分析，在實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到問(wèn)題和困難都可以很快解決。該階段有助于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)實(shí)際操作環(huán)節(jié)完成上機(jī)實(shí)驗(yàn)，并獲取正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在這個(gè)階段，實(shí)習(xí)教師要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)于仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)的偏差進(jìn)行分析，這樣有助于增強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐的概念。創(chuàng)新主要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新知識(shí)的能力。實(shí)習(xí)教師通過(guò)提出一系列創(chuàng)新項(xiàng)目，對(duì)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目引導(dǎo)，學(xué)生自由組隊(duì)、分工合作，共同完成創(chuàng)新項(xiàng)目的原理圖設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證及優(yōu)化、電路焊接和性能調(diào)試，達(dá)到或超過(guò)項(xiàng)目目標(biāo)。這個(gè)階段注重發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目的任務(wù)要求，自擬方案、自主設(shè)計(jì)、獨(dú)立調(diào)試，實(shí)習(xí)教師只是啟發(fā)和引導(dǎo)他們，同時(shí)在小組碰到難題時(shí)提供必要的幫助與支持。3）利用虛擬仿真拓展實(shí)驗(yàn)不具備的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行仿真，強(qiáng)化學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的掌握和理解能力，并在電子實(shí)習(xí)教學(xué)課程完成后增加創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在電子技術(shù)、電工技術(shù)等課程中核心知識(shí)點(diǎn)很多，對(duì)于在電子實(shí)習(xí)中沒(méi)有涉及的知識(shí)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其進(jìn)行仿真，并同時(shí)提供一些已經(jīng)完成的仿真程序，可以讓學(xué)生更直觀地了解電路工作原理，拓寬、加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，避免出現(xiàn)以往死記硬背、考完試就忘記的現(xiàn)象。對(duì)于沒(méi)有納入電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)又非常重要的知識(shí)點(diǎn)，如運(yùn)算放大電路比例積分負(fù)反饋、一階暫態(tài)電路瞬態(tài)分析等內(nèi)容，也要求學(xué)生進(jìn)行虛擬在線仿真，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。并在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生進(jìn)行難度較大的仿真，增強(qiáng)他們掌握運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)的本領(lǐng)，進(jìn)一步提升創(chuàng)新能力。4）建立大學(xué)生創(chuàng)新工作室，為學(xué)生繼續(xù)開(kāi)展項(xiàng)目研究提供硬件保障和技術(shù)支持。在完成電子仿真及實(shí)驗(yàn)后，不少優(yōu)秀學(xué)生的創(chuàng)造力被激發(fā)，他們表達(dá)了類(lèi)似的愿望，希望對(duì)電子實(shí)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的項(xiàng)目拓寬及技術(shù)探索。為此，工程實(shí)訓(xùn)中心建立大學(xué)生創(chuàng)新工作室，聘請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的教師作為學(xué)生導(dǎo)師，為學(xué)生在課外項(xiàng)目方案確定、仿真評(píng)估、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程中提供必要的技術(shù)指導(dǎo)和幫助。同時(shí)，工程實(shí)訓(xùn)中心全力支持大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)施。5）針對(duì)優(yōu)秀的學(xué)生，鼓勵(lì)他們參與教師科研項(xiàng)目，進(jìn)一步提升技術(shù)能力。對(duì)于在電子實(shí)習(xí)中表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生，工程實(shí)訓(xùn)中心教師根據(jù)每個(gè)學(xué)生的特長(zhǎng)，讓他們分工合作，共同承擔(dān)一部分教師的科研任務(wù)，主要包括資料查閱、原理圖繪制、電子元器件封裝制作、仿真模型搭建、電路調(diào)試、數(shù)據(jù)測(cè)量等內(nèi)容。這樣可以更好地開(kāi)闊學(xué)生的視野，較好地培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)他們的潛力和創(chuàng)造力。

4教學(xué)效果

通過(guò)學(xué)生仿真和實(shí)驗(yàn)報(bào)告、調(diào)查問(wèn)卷、師生座談和大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目等形式，了解到進(jìn)行電子技術(shù)實(shí)習(xí)教學(xué)改革嘗試之后，廣大學(xué)生普遍感覺(jué)受益匪淺，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。個(gè)人自學(xué)能力明顯提高，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解更加透徹之前在課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，到了電子實(shí)習(xí)階段，不少學(xué)生已經(jīng)忘記很多。為了完成電子實(shí)習(xí)仿真作業(yè)，團(tuán)隊(duì)成員前期必須翻看之前課本教材，查閱仿真技術(shù)資料，搭建仿真模型及進(jìn)行仿真分析，通過(guò)虛擬仿真可以幫助他們有效理解、掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，掌握技術(shù)研究仿真模擬算法，提高運(yùn)用電子知識(shí)的能力。采用仿真技術(shù)有效提高電子實(shí)習(xí)效率前期仿真學(xué)生花費(fèi)的時(shí)間雖然較長(zhǎng)，但主要是占用他們的課前課后時(shí)間，學(xué)生在自己搭建仿真電路并進(jìn)行仿真調(diào)試的過(guò)程中，已經(jīng)對(duì)電路工作原理有了比較清晰的認(rèn)識(shí)，后期手動(dòng)焊接電路調(diào)試階段的時(shí)間大大縮短，提高了電子實(shí)習(xí)效率。增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力不少學(xué)生在實(shí)習(xí)報(bào)告心得體會(huì)一欄寫(xiě)到實(shí)習(xí)的最大體會(huì)，就是學(xué)習(xí)了如何掌握電子知識(shí)的正確的學(xué)習(xí)方法。仿真對(duì)電子實(shí)習(xí)幫助很大，通過(guò)增加虛擬仿真等環(huán)節(jié)，使得學(xué)生可以更好地理解目前實(shí)驗(yàn)室不具備的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使得他們采用虛擬仿真等手段對(duì)感興趣的項(xiàng)目進(jìn)行仿真分析，這也激發(fā)了他們的創(chuàng)新能力。不少學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告后續(xù)項(xiàng)目中列出不少新穎的提案，也有不少學(xué)生建議把仿真提前應(yīng)用于之前的電子技術(shù)和電工技術(shù)的教學(xué)中去。培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神及溝通能力電子技術(shù)實(shí)習(xí)過(guò)程中由于任務(wù)繁重，學(xué)生需要進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。在實(shí)習(xí)過(guò)程中如何搭建仿真模型，如何進(jìn)行參數(shù)調(diào)整及模擬異常情況，以及后續(xù)的動(dòng)手實(shí)操環(huán)節(jié)等，都需要組內(nèi)學(xué)生共通討論、分工合作，一榮俱榮，一損俱損。每個(gè)學(xué)生要發(fā)揮自己的作用，做好自己的工作內(nèi)容，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，都會(huì)影響到小組成績(jī)。為了保證實(shí)習(xí)的正常進(jìn)行，需要學(xué)生發(fā)揮主動(dòng)性，除了完成自己的工作，對(duì)于組內(nèi)其他學(xué)生在工作中出現(xiàn)的問(wèn)題都要及時(shí)提供幫助，在這個(gè)過(guò)程中也無(wú)形地培養(yǎng)了學(xué)生的合作精神和溝通能力。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)引入虛擬仿真環(huán)節(jié)，應(yīng)用在以CDIO工程教育理念為基礎(chǔ)的電子實(shí)習(xí)教學(xué)中，對(duì)電子實(shí)習(xí)教學(xué)模式和考核方法進(jìn)行改革，增加課前預(yù)習(xí)仿真作業(yè)，重視仿真對(duì)實(shí)習(xí)過(guò)程的理論指導(dǎo)作用，通過(guò)仿真加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和靈活運(yùn)用，并在此基礎(chǔ)上拓寬學(xué)生的仿真范圍，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新能力，有效提高了電子實(shí)習(xí)教學(xué)的質(zhì)量，增強(qiáng)了教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]任喜偉,張震強(qiáng),閆紅超.基于CDIO理念的電子實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)改革探究[J].黑龍江教育:高教研究與評(píng)估版,2016(4):16-17.

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篇10

關(guān)鍵詞：電力電子；實(shí)驗(yàn)；NI ELVIS

作者簡(jiǎn)介：劉晉（1974-），男，河北涿州人，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，講師；牛印鎖（1973-），男，河北定州人，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，高級(jí)工程師。（北京?102206）

基金項(xiàng)目：本文系華北電力大學(xué)2010年教改項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.423?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）21-0084-02

電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電和用電等領(lǐng)域；同時(shí)，在太陽(yáng)能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電領(lǐng)域，電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)、電氣節(jié)能和電力傳動(dòng)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用對(duì)電力電子技術(shù)教學(xué)和研究都提出了新的要求和內(nèi)容。

目前，“電力電子技術(shù)”已經(jīng)成為各個(gè)高校電氣工程專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。由于電力電子技術(shù)的實(shí)踐性強(qiáng)，其實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)方法和手段對(duì)于電力電子教學(xué)效果具有重要影響。

本文針對(duì)電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，應(yīng)用NI ELVIS平臺(tái)進(jìn)行了電力電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)研究，對(duì)于該平臺(tái)的特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了介紹，并用實(shí)例展示了NI ELVIS平臺(tái)在電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。希望能夠幫助從事電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師開(kāi)拓教學(xué)思路、豐富教學(xué)手段、提高教學(xué)效果，為該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有益的參考和借鑒。

NI ELVIS（教學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬儀器套件）是一個(gè)基于LabVIEW的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與原型創(chuàng)建的工具套件，用于高等院校的工程與科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。使用NI ELVIS，學(xué)生們可以在學(xué)習(xí)以下一些領(lǐng)域中的工程理論知識(shí)的同時(shí)將它們付諸于實(shí)踐：電子電路、信號(hào)處理、通信、控制系統(tǒng)、機(jī)械測(cè)量與機(jī)械電子等。

一、平臺(tái)介紹

美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器套件 (ELVIS)可用于電路的動(dòng)手設(shè)計(jì)及原型設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，平臺(tái)集成了12款最常用儀器，包括示波器、數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)發(fā)生器、波特分析儀等，緊湊的結(jié)構(gòu)是實(shí)驗(yàn)室及課堂教學(xué)的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

ELVIS可通過(guò)USB接口與PC連接，實(shí)現(xiàn)快速易用的測(cè)量采集及顯示，它將 NI ELVIS與Multisim的原理圖與SPICE仿真環(huán)境結(jié)合在一起。學(xué)生可以將在教科書(shū)中學(xué)習(xí)的電力電子電路應(yīng)用到Multisim中，從而通過(guò)學(xué)習(xí)電路建模仿真，理解電路的工作原理和控制方法。同時(shí)，學(xué)生在 Multisim環(huán)境中可以使用 ELVIS儀器，在ELVIS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上用實(shí)際元器件搭建實(shí)際電路，通過(guò)Multisim軟件，可以將設(shè)計(jì)電路的仿真結(jié)果與實(shí)際電路的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。

在NI ELVIS平臺(tái)上進(jìn)行電力電子電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本過(guò)程如下：

（1）在Multisim 軟件中根據(jù)電路性能要求搭建所設(shè)計(jì)的電路模型。模型中選取的元器件要和實(shí)際將要采用的元器件型號(hào)一致（可以從Multisim的元件庫(kù)中進(jìn)行選擇）。模型搭建好后，通過(guò)仿真得到各個(gè)元件的電壓和電流波形，以檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)電路的正確性和可行性。

（2）在驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的電路滿足設(shè)計(jì)要求之后，在Multisim軟件中打開(kāi)NI ELVIS虛擬3D平臺(tái)，仿真中所設(shè)計(jì)電路的元器件將以虛擬元器件的形式出現(xiàn)在虛擬平臺(tái)上。學(xué)生可以將虛擬元器件在虛擬平臺(tái)上進(jìn)行布置和布線，模擬在實(shí)際面包板上進(jìn)行電路實(shí)現(xiàn)。模擬布置和布線完成后，可以在虛擬平臺(tái)上進(jìn)行再次仿真，并將仿真結(jié)果和Multisim軟件中電路模型的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。虛擬平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的虛擬電路的布置和連線就是未來(lái)在實(shí)際ELVIS平臺(tái)上搭建的電路原型。

（3）進(jìn)行實(shí)際元器件的選購(gòu)（實(shí)驗(yàn)室可以提供一些元器件供學(xué)生選擇）。根據(jù)虛擬電路的結(jié)構(gòu)、元件布置和連線，在實(shí)際ELVIS平臺(tái)上搭建所設(shè)計(jì)的電路原型，并對(duì)電路進(jìn)行測(cè)量，將實(shí)際電路測(cè)量結(jié)果和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。給出設(shè)計(jì)電路的性能評(píng)價(jià)，并對(duì)其進(jìn)行修改。

（4）應(yīng)用Multisim軟件，將修改后的最終電路生成PCB設(shè)計(jì)圖，并進(jìn)行元件布置和連線調(diào)整，最終生成PCB印刷電路板圖，可以完成真正的電路設(shè)計(jì)和制作。

通過(guò)這種模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使得學(xué)生通過(guò)ELVIS平臺(tái)將電力電子電路理論和電力電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的實(shí)踐過(guò)程很好地結(jié)合起來(lái)，既縮短了電路設(shè)計(jì)的時(shí)間，又大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是一種比較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。

二、實(shí)驗(yàn)案例

下面以整流和PWM逆變電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為例，介紹基于NI ELVIS平臺(tái)的電力電子電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)。

圖1為單相橋式整流電路的仿真原理圖，通過(guò)仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路的可行性。圖2為虛擬ELVIS面包板示意圖，學(xué)生可以在電腦上完成元器件的布置和連線。圖3為將仿真電路放置到虛擬ELVIS面包板上準(zhǔn)備進(jìn)行元器件的布置和連線。圖4為在虛擬平臺(tái)上搭建的電路。圖5為模擬電路在虛擬3D ELVIS平臺(tái)上的示意圖。圖6為實(shí)際ELVIS平臺(tái)上的實(shí)際電路。

三、總結(jié)

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)案例展示了NI ELVIS平臺(tái)在電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，希望能為其他院校該課程的教學(xué)和教學(xué)改革提供一定啟發(fā)和有益的參考。

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