模擬電子電路虛擬實驗平臺的設(shè)計

王露瑩

摘 要：隨著計算機的發(fā)展和我國教育教學(xué)的推進(jìn)，模擬電子電路虛擬實驗逐步走進(jìn)了大家的視野，模擬電子電路虛擬實驗平臺可以模擬電子電路實驗的具體過程，結(jié)合了現(xiàn)代計算機的前沿技術(shù)使電子電路實驗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驗平臺可以更好的推進(jìn)電子電路實驗的研究，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；實驗平臺；設(shè)計

21世紀(jì)是信息時代，電子計算機技術(shù)得到了快速的發(fā)展，覆蓋了社會的方方面面，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驗發(fā)展十分迅速。模擬電子電路虛擬實驗的出現(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)生對電子電路的分析、測試、理解與研究能力。傳統(tǒng)的電子電路實驗過程復(fù)雜，方法單一，對于實驗設(shè)備的要求比較高，浪費了大量的人力物力，而且對一些復(fù)雜的電子電路實驗而言，傳統(tǒng)的實驗方式根本無法實現(xiàn)，或者由于實驗設(shè)備的制約，很多情況下根本無法完成相應(yīng)的電子電路實驗。模擬電子電路虛擬實驗出現(xiàn)解決了這些難題，無論是在時間還是教學(xué)內(nèi)容上都有很大的優(yōu)勢，在實際的學(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驗平臺的理念

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板塊，電子電路教學(xué)又分為理論教學(xué)、實驗教學(xué)兩個部分。我們進(jìn)行模擬電子電路虛擬實驗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驗與電子電路理論教學(xué)的有效結(jié)合，實現(xiàn)兩者之間的相互促進(jìn)，這才是最為科學(xué)的實驗教學(xué)方式。

1.2 解決傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ奖锥?/p>

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

1.3 與教學(xué)目標(biāo)吻合

我們設(shè)計模擬電子電路虛擬實驗平臺就是為了促進(jìn)電子電路教學(xué)的發(fā)展。通過實際的模擬電子電路虛擬實驗教學(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)的實驗課程無法實現(xiàn)。在具體的表現(xiàn)方面有：首先，采用先仿真后實驗的方式，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)實驗，實現(xiàn)了對學(xué)生動手能力和操作能力的全面提高；最后在很大程度上可以對學(xué)生的創(chuàng)新能力進(jìn)行培養(yǎng)，實現(xiàn)學(xué)生綜合能力的提升。

2 模擬電子電路虛擬實驗平臺的設(shè)計

2.1 模擬電子電路虛擬實驗平臺的硬件結(jié)構(gòu)

模擬電子電路虛擬實驗平臺最為重要與核心的部分就是硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計，一般的模擬電子電路虛擬實驗平臺的硬件結(jié)構(gòu)主要是由計算機、接口電路、實驗板三個板塊組成。

2.1.1 計算機

計算機是進(jìn)行模擬電子電路虛擬實驗平臺設(shè)計的物質(zhì)基礎(chǔ)也是硬件結(jié)構(gòu)的核心。學(xué)生在進(jìn)行實驗的過程中首先要進(jìn)行的就是在計算機上進(jìn)行實驗的設(shè)計與模擬驗證。模擬電子電路虛擬實驗平臺還可以實現(xiàn)多個實驗之間的橫向?qū)Ρ?，這樣的設(shè)計可以讓學(xué)習(xí)者更加清楚的掌握實驗。在模擬電子電路虛擬實驗平臺的設(shè)計中要想實際的實驗與虛擬實驗進(jìn)行有效的結(jié)合，這樣的設(shè)計才是更加科學(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驗平臺中十分重要的設(shè)計要素。計算機輸送的信號一般都是并行數(shù)據(jù)，而控制節(jié)點可以接收的一般都是串行數(shù)據(jù)，這時就需要植入接口電路，這種電路的作用就是實現(xiàn)控制信號與智能插件版的有效結(jié)合，通過這種方式控制節(jié)點的通斷，這時整個實驗平臺的關(guān)鍵所在，接口電路對于電路的控制功能一般是通過單片機進(jìn)行的。

2.1.3 實驗板

模擬電子電路虛擬實驗平臺的實驗板是由穩(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驗平臺中主要的模擬實驗中心，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驗平臺的軟件結(jié)構(gòu)

2.2.1 電子電路虛擬實驗子系統(tǒng)

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

2.2.2 模擬電路虛擬實驗子系統(tǒng)

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

2.2.3 數(shù)字電路虛擬實驗子系統(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)的理論知識的學(xué)習(xí)與理解。讓學(xué)生通過模擬實驗子系統(tǒng)熟練的掌握數(shù)字電路的分析、測試與仿真。在具體的系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)該將A/D與D/A轉(zhuǎn)換電路、組合邏輯電路、邏輯器件測試、時序邏輯電路以及555定時器應(yīng)用等系列實驗設(shè)計到該子系統(tǒng)中去。

3 結(jié)束語

模擬電子電路虛擬實驗平臺是現(xiàn)代計算機技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，對于現(xiàn)代電子電路實驗研究和教學(xué)工作有著十分重要的意義與價值。該平臺為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了一個科學(xué)、理想、實用的實驗平臺，實現(xiàn)了電子電路教學(xué)的跨越式發(fā)展，對于現(xiàn)代教育教學(xué)工作有著重要的意義與價值。

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