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1、仿真论文电子实验论文电子专业实验教学论文 作者： 日期：2 仿真论文电子实验论文电子专业实验教学论文：仿真让电子专业实验教学变得灵活丰富【摘要】电子专业教学中,实验教学与理论教学具有同等重要的地位。但在实际的教学过程中,由于受种种条件限制,有些电子实物实验的效果并不理想或是根本无法实现。本文通过教学实例,分析了利用仿真实验弥补实物实验缺憾的可行性,展示了仿真实验代替实物实验教学的灵活性和丰富性,为电子专业实验、实训教学拓展了新思路。【关键词】仿真;电子实验在电子专业教学中,实验教学与理论教学具有同等重要的地位。但在现实的教学过程中,很多重要的实验教学往往限于实验条件有限、实验过程难组织等原因被
2、忽略掉,一些重要的实验过程限于教师的纸上谈兵,一些抽象的实验现象也仅是教师在描述学生去想象,这种教学方式制约了电子专业教学的效果,影响了学生学习兴趣的激发及学生综合实验能力的培养与提高。其实,随着计算机科学的发展,仿真技术已被应用到多学科领域。电子专业的许多仿真软件能够在计算机上虚拟一个测试仪器先进、元器件品种齐全的电子工作台,利用电子仿真软件进行演示性、验证性、测试性、设计性等针对性训练,其“真实”的虚拟环境,同样会带给学生真实的实验感受,使学生的综合实验能力提升,收到好的实验、实训效果。1.电子专业的仿真在电子专业教学中的仿真,是指以计算机为工作平台,利用融合电子技术、计算机技术、智能化技
3、术等的仿真软件实现电子实验、实训的一种电子模拟、设计方法。现在已广泛应用的电子仿真软件有proteus、max+plus、multisim等。仿真实验、实训的优势1)零成本、零耗损、零风险在仿真软件的元件库里分类存放着日常应用的各种分立元件、集成电路、仪表和仪器,品种齐全,用的时候在元件库检索调用即可。相关的元件可以依据所需设定相应的参数。例如,常用的脉冲信号源,可以设定其幅值、脉宽、频率等参数,如图1所示,灵活方便。仿真实验可谓“元件取之不尽,原料用之不竭、实验无所不能”,只需计算机和相应软件即可,不需要实验经费、不用担心烧坏仪器、仪表及出现安全事故,所以如果实物实验条件有限,就应该考虑用仿
4、真实验弥补缺少实物实验的缺憾。2)准确呈现实验现象及相关数据当有些实验现象因为实验器具不够精密、环境干扰等因素影响不准确时,可以用仿真实验代替硬件实验。例如由555定时器构成张驰振荡器的实训内容,硬件实验波形不够准确且不容易准确读数,但是利用仿真实验中仿真示波器显示的波形效果就非常理想,如图2所示由波形图可以准确的读出:电容两端电压幅值与电源电压大小的关系;看出输出与输入波形在相位、周期上的关系。通过设定问题可以让学生通过读数,准确的验证得出电容两端电压幅值是电源电压的三分之一;输出波形周期与电容充电时间加放电时间具有一定倍数关系的结论。仿真实验使实验数据及实验现象准确呈现。3) 电路灵活变换
5、或参数灵活改换当有些实验需要电路变换形式或更改参数时,硬件实验需要拆换电路元件来实现,相当麻烦耗时。而在仿真实验中,参数可通过设定来任意改换,不需变更电路就可轻松实现,例如需更改电阻的阻值时,只需在“properties(属性)”中将对应阻值变更即可。对于有些需要变换的电路可以通过添加控制开关实现切换,例如在讲解正负反馈的电路时,可以在一个电路中用三个开关实现两个负反馈和一个正反馈的切换。电路设计如图3所示。在仿真演示时可以轻松通过开关的切换实现三个反馈的切换,且通过仿真示波器可以清晰看出三个开关切换时,负反馈可以有效的改善波形失真、正反馈可以产生振荡的实验效果,从而让学生能够有比较的理解正、
6、负反馈对电路的不同影响,方便、简捷、直观。计算机仿真使得修改和调试电路易如反掌,给学生提供了极大的创造空间,激发和培养了学生的创新思维能力。4)为准确、快速设计制作实物电路提供保证在电子专业教学中,有许多实物小电路需要设计、制作,如果仅是通过理论计算就选择元件,焊接制作电路,那么有可能由于元件参数选择设定不理想致使设计效果无法实现,一旦实验失败,需拆散电路重新焊接,耗时、耗材、很麻烦。所以在设计的初期阶段,可以先利用仿真检验设计方案,一旦方案不理想可重新选件组装电路,通过反复仿真测试、验证,直到得到最理想实验的实验效果后再确立方案,按元件参数挑选元件,焊接电路。这种方式能够使实物实验的成功率得
7、到保证,从而收到快速、准确设计制作电路的效果。5)仿真软件提供强大的pcb布线工具,用以方便的设计各具特色的印刷电路板在所设计的电路仿真效果理想后,就可以利用仿真软件强大的pcb布线功能,设计自己喜欢的印刷电路板。例如,在用单片机控制智能小车的调速电路中,设计的电路图如图4所示利用仿真软件的自动放置元件功能,由系统自动放置元件,然后可以根据自己的需要,对元件进行手动调整。调整后利用自动布线功能生成布线图,然后利用手动调整功能,直到满意为止。调整后的布线图如图5所示,并且可以利用3d仿真做立体演示效果,如图6所示。可见,利用仿真把以前繁琐的实验室验证调试和人工制板过程,全部缩小在电脑上完成,节约
8、了资金,缩短了设计周期。6)提高学生综合实验能力及计算机应用能力在仿真实验的过程中,学生同样可以得到既动手又动脑的锻炼。例如用仿真实验实现数字电路的设计,学生需要经历分析需求、设定参数、列真值表、逻辑化简、设计逻辑图、布线、演示、查找故障等诸多过程,在整个过程中学生的综合实验能力及计算机应用能力均会得到提升。2.注意问题利用仿真可以弥补一些实物实验实现不了的不足,但不能彻底代替实物实验,一些基本功的训练例如焊接、实物布线等,还是应通过硬件实验实现。3.结束语“以仿代实,以软代硬”(以仿真代替实物实验、以仿真软件的模拟代替硬件电路的制作)是当代实验教学发展的潮流之一。利用仿真不单是更容易将理论与实践结合起来,提高学生的学习积极性,更重要的是给学生提供了一个现代科学技术平台,将传统与现代融合,使以前学生望而生畏的电子电路分析、设计课程变得轻松和有吸引力。熟练使用电子仿真软件,应该成为电子专业学生和教师都必须具备的重要技能之一。参考文献:1袁新娣,杨汉祥eda技术在数字电路教学中的应用(现代电子技术2006年第4期总第219期)。
