虛擬儀器

王鳳華

摘要：隨著現代電子技術以及信息技術等科技理論的發展，通過計算機軟件模擬硬件模塊的虛擬實驗已經成為中職學校的電類教學和實驗的一個必不可少的部分，根據中等職業技術學校的專業設置以及對電工電子實驗的需要，我們的實際教學當中經常利用軟件來實現虛擬電類線路的搭建、參數調整、虛擬仿真、實驗結果保存與數據恢復，本文將重點以《電子CAD》課程中的EWB軟件中提供的虛擬儀器——“邏輯轉換儀”的實踐教學為主要內容，具體說明虛擬儀器的實踐教學及思考。

關鍵詞：電子CAD;虛擬儀器儀表;邏輯轉換儀

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）23-0132-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

邏輯轉換儀是組合邏輯電路設計與分析過程中非常實用的一種虛擬儀器，也是《電子CAD》課程當中一個非常實用的儀表?！峨娮覥AD》又是以計算機為工作平臺，融合電子技術、計算機技術、智能化技術最新成果的現代電子設計技術，為模擬電路、數字電路和部分強電電路的實驗、分析、設計提供虛擬實驗和電路分析的，所以好多人會認為這門課程因為 “范圍廣、內容難、操作細、知識碎，學習起來讓人歡喜讓人憂”，尤其對于基礎較差、參差不齊、接受能力及動手能力都相對較差的中職學生來說，更會覺得內容太難、無處下手。……但是我以為：凡事都一樣： “難者不會，會者不難”，如果我們能多想辦法、理清思路，掌握其中的方法與精髓，結果也可能變得難易皆非。尤其是EWB軟件更是如此，它為大家提供了一個操作簡便且與實際很相似的虛擬實驗平臺，使得整個設計實驗工作區如同一塊“面包板”，只要通過在上面建立各種電路就可以進行仿真實驗，這一切主要與該軟件平臺上的儀器庫里存放著函數信號發生器、雙通道示波器、邏輯轉換儀、萬用表等7種虛擬儀器有關。當我們在需要測試時，只需要把各種虛擬儀器拖放到工作區就可以進行測試，并直接顯示有關數據或波形;同時，該軟件還提供了十多種分析功能，像直流工作點分析、交流分析、傅立葉分析、噪聲分析、失真度分析等，幾乎能對電子技術課程中所有基本電路進行虛擬 （仿真 ）實驗，并且實驗過程和儀器操作與實際相似，但比實際方便、省時;所有這一切與單純的理論學習相比，實際操作訓練更能加深對理論知識的理解，效果更好。所以，我就將以虛擬儀器——邏輯轉化儀為主要對象略談虛擬儀器的教學實踐及思考……

就總體而言，《電子CAD》的教學大多屬于 “理論講解+實踐操作”課型，當然邏輯轉化儀也不例外，體現在具體教學實踐中，我以為從以下幾個方面去考慮：

1 良好的開端

首先在導入邏輯轉換儀新儀器之前，可以先以已經學習過的函數信號發生器與邏輯分析儀為例，讓學生通過實例演示，進一步熟悉操作環境，消除心理上的壓力，在回顧舊知識的同時盡快回歸思想，把注意點集中到虛擬實驗以及儀器仿真與分析上，從感覺上先感受如同實驗室一般的氛圍，再通過其中的一些虛擬實驗簡單操作結果，在“理論與實踐”之間構建橋梁。再在此基礎上，通過提出簡單問題——以分析如圖1（a）電路為目標、提出與圖1有關的組合邏輯電路的分析與設計流程，提出問題，再引入如圖1（b）所示雖可行、簡單、但存在局限性的虛擬測試方法，從而提出有效地解決問題途徑，引入將要進行的新課課題——邏輯轉化儀這一虛擬儀器，并通過一些簡單化操作結果，與復雜理論形成對比，使得困難且復雜的問題解決顯得游刃有余，這樣良好的學習氛圍即可形成，這時趁熱打鐵，便可以收到良好的學習效益。

2 注意要點難點

首先，把握重點內容虛擬儀器邏輯轉化儀的準確使用和注意事項，尤其是在3種不同使用前提下，關鍵在于每一種情況下，需要快速準確地繪制電路圖搭建電路。要重點強調電路連接中的技巧：一般只要按照自頂向下、逐步細化、層次化、模塊化的分析方法和步驟，盡量在繪圖過程中注意分析走長線，避免導線多次彎曲調整，讓電路中的接點自動生成即可。比如：在由電路導出其他內容時，只要心里先有成圖，再整體性分析電路，當電路分析過程中存在空懸的元器件端子，外加一條已經連接好的導線，即可從空懸端子向已經畫好的導線引接點，當鼠標狀態顯示為虛圈，松開鼠標，這時接點即可自動生成，盡量避免虛接，保證電路的細節處理妥當，從而保證電路繪制過程的完整性，測試結果的準確性;當由表達式導出其他時，其中表達式準確輸入是第一步，也是保障后面每一步操作結果準確至關重要的一步;由真值表導出其他時，真值表的輸入選擇與輸出編輯至關重要……

具體而言，在講解將邏輯轉換儀與門電路連接時應重點強調以下幾點：①連線盡量走長線，避免導線彎曲和調整;②節點要通過對電路分析，讓其自動生成，避免斷路;③邏輯轉換儀的接入方法：將待測邏輯電路的輸入端連接到邏輯轉化儀左側的輸入端，將邏輯電路的輸出端連接到邏輯轉化儀的最右側的輸出端;同時，對電路連接中學生容易出現問題的地方設疑問，先讓學生自己分析，尋求正確的連接方法，再給定準確答案，讓學生進一步體會電路連接要點與注意事項，透徹理解正確的電路連接方法和技巧;再講解具體測試操作，尤其是按鈕操作時可由教師借助幻燈片講解并演示操作，進一步強調使用“”按鈕時，必須注意的關鍵問題：①當且僅當只單擊按鈕一次：當單擊一次按鈕時，即可生成一個所求電路，如若單擊多次，則生成多個電路;②新電路生成以后，一般都在電路工作區與原來的電路疊加顯示，這時區分原電路與新電路就只是在顯示顏色上，原電路部分全黑色顯示，而新生成的電路連接全部以紅色顯示，此時一定要注意鼠標不能隨便在工作區亂點擊，因為如果那樣操作，有可能使新電路中的元件全部或部分也同樣以黑色顯示，那樣，原來的電路與新生成的電路就混為一談、亂七八糟，無法區分;在使用“”按鈕時，只有當初次單擊控制按鈕之后，當新電路顯示為紅色狀態，這時輕輕單擊選擇任意紅色元件并拖動，這時新生成的電路就可以整體移動到其他位置，否則，有可能操作失敗……

3 即時課堂鞏固

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。本課題實踐過程中可引入2道課堂練習，其中1題為本次課題開始集中講解并詳細操作演示的原內容，主要通過練習把握操作練習主線——組合邏輯電路的分析與設計思路，學會虛擬電路仿真實驗的具體套路——在準確繪制電路的基礎上，理清每種情況下各按鈕使用的具體功能、操作方法和注意事項，能自然嫻熟地利用計算機這一操作工具，那么所有問題都會游刃有余，輕松自然得以解決;第2道練習，可作為理論部分的練習，主要圍繞“實踐檢驗真理”而設計，由教師事先給定參考答案，主要幫助學生在遇到困難和迷惑時，可以通過預先給定的參考答案，進一步分析去尋找自己的不足之處，取長補短，使理論和實踐統一結合。

4 內容總結及反思

為了進一步提高學習質量，盡力使學生對所教知識能規律化的盡量規律化，能結論化處理的盡量結論化，做到由點到線、由線及面的統一處理，尤其強調知識的整體性和系統性。本次課程主要圍繞1種虛擬儀器、9個輸入/輸出端子、6個操作控制按鈕、3種操作使用前提和2個基本工作流程，即：1種虛擬儀器——邏輯轉換儀;9個端子——8輸入1輸出;6個控制操作按鈕——鼠標單擊;3種使用前提——①由電路導出;②由表達式導出;③由真值表導出;2個基本工作流程——組合邏輯電路的分析與設計步驟。

總之，通過對虛擬儀器邏輯轉換儀的使用與教學實踐，要是大家對虛擬仿真教學儀器這種新興教學模式為教學及實踐提供新的平臺，發揮虛擬仿真技術的優勢更感興趣，尤其在組合邏輯電路分析和設計方面的作用更要毋庸置疑。

參考文獻：

[1] 全國中等職業學校電類通用教材.電子CAD[M].勞動和社會保障廳出版.

[2] 中等職業教育國家規劃教材.電子技術技能訓練[M].電子工業出版社.

[3] 全國中等職業技術學校電子類職業通用教材.脈沖與數字電路[M].勞動和社會保障廳出版.

【通聯編輯：李雅琪】