“電工電子”信息化教學(xué)模式探索
——以Proteus&labview為例

王 帆

(湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 湖北 武漢 430070)

1.引言

電工電子高職中的電學(xué)類(lèi)課程體系中，“電工電子技術(shù)”屬于最基礎(chǔ)的層次，其教學(xué)面臨著理論內(nèi)容多、實(shí)踐課時(shí)少、實(shí)訓(xùn)器材緊張、大班教學(xué)以及學(xué)生重視不足等現(xiàn)實(shí)情況[1,2]。

高職電工電子課程教學(xué)的主要特點(diǎn)是使學(xué)生掌握實(shí)際操作的專業(yè)技能[3,4]，因此有必要盡可能多的安排教學(xué)實(shí)踐課程。然而，一般高職院校實(shí)訓(xùn)室所需要的儀器如交直流電機(jī)、數(shù)字示波器、高端芯片、頻譜分析儀等價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜且極容易損壞[5]。

目前,高職電工電子普遍采用的教學(xué)方法也因上述種種限制而主要利用PPT和板書(shū)進(jìn)行原理講解。這必然造成學(xué)生對(duì)于此課程的印象也會(huì)變?yōu)樯?、難、空；再加上高職學(xué)生自身基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)薄弱，很容易產(chǎn)生厭學(xué)抵觸心理而使教學(xué)效果大打折扣[6,7]。

因此，電工電子課程不論從教學(xué)硬件條件和教學(xué)方法上都必須有所突破，在這種情況下，以Proteus&Labview虛擬儀器技術(shù)[8]的發(fā)展為解決該問(wèn)題提出了一種有效的思路。專業(yè)教師可以設(shè)計(jì)適合于高職院校電子類(lèi)課程的虛擬儀器，從而彌補(bǔ)教學(xué)硬件條件不足的缺點(diǎn)，大幅地增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力。

2.Proteus&Labview虛擬儀器

Proteus&Labview虛擬儀器并不需要任何的硬件平臺(tái)，但是卻可以通過(guò)機(jī)算機(jī)模擬仿真實(shí)際各個(gè)電路系統(tǒng)，使學(xué)生能夠加深對(duì)知識(shí)的理解。

在虛擬儀器仿真過(guò)程中,學(xué)生可以完成從電路搭建到原理驗(yàn)證的各個(gè)環(huán)節(jié)，操作簡(jiǎn)單易行。

2.1 Proteus。Proteus從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。

但Proteus的缺點(diǎn)無(wú)法添加操作界面，且交直流電機(jī)、數(shù)字示波器等功能較復(fù)雜的設(shè)備無(wú)法仿真，因此需要結(jié)合Labview一起來(lái)完成電工電子的教學(xué)項(xiàng)目。

2.2 Labview。Labview可以通過(guò)改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件。它是一種圖形化的編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖，因而較容易被學(xué)生識(shí)別和修改。

其缺點(diǎn)與Proteus相反，是無(wú)法添加較復(fù)雜芯片諸如單片機(jī)與外圍電路，需要配合Proteus才行。

3.基于軟件平臺(tái)的電工電子課程教學(xué)

應(yīng)用Proteus&Labview虛擬儀器技術(shù)來(lái)模擬電路，學(xué)生就能在軟件中看到電路的作用及工作過(guò)程，不會(huì)覺(jué)得枯燥無(wú)味。例如在講解直流電機(jī)調(diào)速工作原理這個(gè)較難的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，利用軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)出一個(gè)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)總體可從由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分著手：

3.1 利用Proteus制作直流電機(jī)下位機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。下位機(jī)采用AT89C52 單片機(jī)， 單片機(jī)通過(guò)編碼器采集轉(zhuǎn)速信息，經(jīng)過(guò)虛擬串口傳送到上位機(jī)。

學(xué)生可以利用Proteus來(lái)直觀的感受直流電機(jī)的調(diào)速結(jié)果，但是如果要實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)仍需要Labview來(lái)制作上位機(jī)的操作面板。

3.2 利用Labview制作上位機(jī)操作面板。上位機(jī)主要利用LabVIEW 的數(shù)據(jù)處理和圖形編程能力，完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示控制等功能。 在上位機(jī)中，將直流電機(jī)的實(shí)時(shí)速度值與給定速度值進(jìn)行比較和 PID控制，調(diào)節(jié) AT89C52 輸出的 PWM 波占空比，達(dá)到直流電機(jī)調(diào)速的目的。

4.小結(jié)

總而言之，本文在電工電子課堂教學(xué)中利用Proteus和LabVIEW 對(duì)直流電機(jī)的速度進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，可以直觀地觀測(cè)出直流電機(jī)的運(yùn)行情況，滿足課堂的教學(xué)要求，以現(xiàn)代信息技 術(shù)為核心的教學(xué)方法，從根本上改變了師生原先的傳統(tǒng)教學(xué)模式。