模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

王露瑩

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和我國(guó)教育教學(xué)的推進(jìn)，模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)逐步走進(jìn)了大家的視野，模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以模擬電子電路實(shí)驗(yàn)的具體過程，結(jié)合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的前沿技術(shù)使電子電路實(shí)驗(yàn)過程可以清晰的展現(xiàn)在學(xué)生的眼前。通過模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以更好的推進(jìn)電子電路實(shí)驗(yàn)的研究，促進(jìn)現(xiàn)代教育教學(xué)的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：模擬；電子電路；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；設(shè)計(jì)

21世紀(jì)是信息時(shí)代，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，覆蓋了社會(huì)的方方面面，尤其是在教育教學(xué)方面的影響更是十分顯著，模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)發(fā)展十分迅速。模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)為電子電路的學(xué)習(xí)與研究帶來了巨大的方便，有效的培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)電子電路的分析、測(cè)試、理解與研究能力。傳統(tǒng)的電子電路實(shí)驗(yàn)過程復(fù)雜，方法單一，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求比較高，浪費(fèi)了大量的人力物力，而且對(duì)一些復(fù)雜的電子電路實(shí)驗(yàn)而言，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式根本無法實(shí)現(xiàn)，或者由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的制約，很多情況下根本無法完成相應(yīng)的電子電路實(shí)驗(yàn)。模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)解決了這些難題，無論是在時(shí)間還是教學(xué)內(nèi)容上都有很大的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際的學(xué)習(xí)與教學(xué)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 建設(shè)模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的理念

1.1 與理論相結(jié)合

電子電路教學(xué)是電學(xué)體系中十分重要的知識(shí)板塊，電子電路教學(xué)又分為理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)部分。我們進(jìn)行模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)就是為了更好的促進(jìn)電子電路教學(xué)整體的進(jìn)步，因此在實(shí)際的教學(xué)過程中我們應(yīng)該充分的考慮模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)與電子電路理論教學(xué)的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)兩者之間的相互促進(jìn)，這才是最為科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。

1.2 解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ奖锥?/p>

傳統(tǒng)的電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)常受到儀器設(shè)備。實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件的影響，造成在進(jìn)行電子電路實(shí)驗(yàn)的過程中往往不能順利進(jìn)行。另一方面，傳統(tǒng)的電子電路實(shí)驗(yàn)過程中由于實(shí)驗(yàn)步驟的復(fù)雜性，因此常常是以教師的講解為主導(dǎo)，學(xué)生動(dòng)手操作和動(dòng)腦思考的過程很少，并不能真正達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。傳統(tǒng)電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的這些弊端共同造成了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論知識(shí)脫節(jié)，失去實(shí)驗(yàn)的意義，但是我們使用模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以有效的克服這些弊端，解決在實(shí)驗(yàn)過程中的條件問題，讓學(xué)生通過思考進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，這樣的實(shí)驗(yàn)過程能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性和思維能力，真正達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。

1.3 與教學(xué)目標(biāo)吻合

我們?cè)O(shè)計(jì)模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)就是為了促進(jìn)電子電路教學(xué)的發(fā)展。通過實(shí)際的模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)我們也清楚的發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)可以很好的與電子電路課程的教學(xué)目標(biāo)相吻合，這是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程無法實(shí)現(xiàn)。在具體的表現(xiàn)方面有：首先，采用先仿真后實(shí)驗(yàn)的方式，這樣幫助學(xué)生進(jìn)行思考，鍛煉了學(xué)生思維能力；其次，重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和操作能力的全面提高；最后在很大程度上可以對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力進(jìn)行培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合能力的提升。

2 模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

2.1 模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)

模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)最為重要與核心的部分就是硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一般的模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)主要是由計(jì)算機(jī)、接口電路、實(shí)驗(yàn)板三個(gè)板塊組成。

2.1.1 計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)是進(jìn)行模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)也是硬件結(jié)構(gòu)的核心。學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中首先要進(jìn)行的就是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與模擬驗(yàn)證。模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)實(shí)驗(yàn)之間的橫向?qū)Ρ龋@樣的設(shè)計(jì)可以讓學(xué)習(xí)者更加清楚的掌握實(shí)驗(yàn)。在模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)中要想實(shí)際的實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效的結(jié)合，這樣的設(shè)計(jì)才是更加科學(xué)合理的。

2.1.2 接口電路

接口電路也是模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中十分重要的設(shè)計(jì)要素。計(jì)算機(jī)輸送的信號(hào)一般都是并行數(shù)據(jù)，而控制節(jié)點(diǎn)可以接收的一般都是串行數(shù)據(jù)，這時(shí)就需要植入接口電路，這種電路的作用就是實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)與智能插件版的有效結(jié)合，通過這種方式控制節(jié)點(diǎn)的通斷，這時(shí)整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的關(guān)鍵所在，接口電路對(duì)于電路的控制功能一般是通過單片機(jī)進(jìn)行的。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)板

模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)板是由穩(wěn)壓電源、函數(shù)發(fā)生器、智能插件板、集成器件插件板等模塊組成。它是模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中主要的模擬實(shí)驗(yàn)中心，依靠正弦波形、方波、三角波三種函數(shù)發(fā)生器進(jìn)行。

2.2 模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟件結(jié)構(gòu)

2.2.1 電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)

作為電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的核心電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)主要是由擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)、模擬電路虛擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)、數(shù)字電路虛擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)和綜合電路虛擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)4個(gè)部分構(gòu)成。該子系統(tǒng)可以幫助學(xué)生對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行深入的理解，對(duì)電子電路的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的操作能力。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中要將RLC移相電路與諧振電路，基本定理（律）驗(yàn)證電路等系列實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到該系統(tǒng)中，這樣才能充分發(fā)揮其作用。

2.2.2 模擬電路虛擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)

模擬電路虛擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)的主要作用是幫助學(xué)習(xí)者加深對(duì)于電路知識(shí)的理解與認(rèn)識(shí)，同時(shí)提高學(xué)生的探究能力與獨(dú)立解決問題的能力。系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)涉及到一些具有思考價(jià)值的實(shí)際問題，讓學(xué)生通過分析掌握模擬電路分析、仿真、設(shè)計(jì)的能力。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要植入晶體管放大電路、信號(hào)運(yùn)算電路、功率放大電路、濾波電路、信號(hào)產(chǎn)生電路和直流穩(wěn)壓電源、二極管電路等系列實(shí)驗(yàn)。

2.2.3 數(shù)字電路虛擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)

該系統(tǒng)的作用是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電路相關(guān)的理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與理解。讓學(xué)生通過模擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)熟練的掌握數(shù)字電路的分析、測(cè)試與仿真。在具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該將A/D與D/A轉(zhuǎn)換電路、組合邏輯電路、邏輯器件測(cè)試、時(shí)序邏輯電路以及555定時(shí)器應(yīng)用等系列實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到該子系統(tǒng)中去。

3 結(jié)束語(yǔ)

模擬電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，對(duì)于現(xiàn)代電子電路實(shí)驗(yàn)研究和教學(xué)工作有著十分重要的意義與價(jià)值。該平臺(tái)為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了一個(gè)科學(xué)、理想、實(shí)用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了電子電路教學(xué)的跨越式發(fā)展，對(duì)于現(xiàn)代教育教學(xué)工作有著重要的意義與價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]劉彥鵬，周展懷.電工電子實(shí)驗(yàn)中仿真實(shí)驗(yàn)的地位和作用[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（1）：67-681.

[2]張俊濤，陳曉莉.電路仿真軟件在電子技術(shù)教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，24（6）：83-851.