基于MATLAB Simulink的模擬電路與數(shù)字電路虛擬實驗平臺設計

魏鑫強，趙乙瓏，張欣濡，孫寧欣，劉艷麗

（承德醫(yī)學院，河北 承德 067000）

0 引言

新工科建設是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展的新需求和國際競爭的新形勢提出的高等教育改革的方向[1]。隨著當今科技的不斷進步，越來越多的人機交互平臺出現(xiàn)，為實驗教學的順利進行助力。本文以數(shù)字電路和模擬電路為研究對象，基于Matlab Simulink對它們進行仿真，并完成相關實驗，并利用GUI呈現(xiàn)友好的人機交互界面，使實驗教授過程更加順利[2]。本實驗平臺設有數(shù)字電路和模擬電路兩大模塊，其中還分別有二極管電路、三極管電路、負反饋電路、加法器、譯碼器和觸發(fā)器這些小模塊，實驗過程中學生可根據具體需要對電路進行改造，能更好地培訓學生的創(chuàng)新能力。

1 虛擬實驗平臺的總體設計

該虛擬實驗平臺采用GUI設計人機交互界面，在主界面中利用按鈕來跳轉到不同的siumlink電路仿真圖，來進行虛擬仿真實驗?？傮w框架和仿真平臺界面如圖1和圖2所示。

圖1 實驗平臺總體框架

圖2 虛擬實驗平臺界面

2 基于Matlab Simulink的虛擬仿真實驗

2.1 數(shù)字電路

2.1.1 加法器

圖3為實驗平臺利用Simulink搭建好加法器仿真電路，操作者可通過改變PulseGenerator模塊的Amplitude參數(shù)來獲取高電平或低電平信號輸入電路[3]。使用者亦可根據需要在Simulink Library Browser中找到所需模塊改造電路，進行試驗。

圖3 加法器實驗及仿真

2.1.2 譯碼器

圖4為實驗平臺利用Simulink搭建好譯碼器電路，并進行試驗得到真值表。

圖4 譯碼器實驗及仿真

2.2 模擬電路

2.2.1 二極管電路

圖5 為模擬電路模塊仿真圖，實驗平臺利用Simulink搭建好二極管電路，二極管為理想硅二極管，電源電壓為5V，電阻為10R，在Simulink中搭建的仿真電路圖運行得到ID和VD結果與使用理想模型、恒壓降模型和折線模型進行計算所得結果相同。在此電路圖中需注意，要加上Powergui模塊，否則電路無法運行[4]。

圖5 模擬電路模塊仿真

2.2.2 三極管電路和負反饋電路

三極管電路和負反饋電路需要注意的有以下幾點：（1）在有三極管的電路中需要在電路任意部位連接SolverConfiguration模塊，否則電路運行會報錯；（2）同樣的，需要加入Powergui模塊；（3）在這兩個電路中，使用電壓表和電流表測量數(shù)據時，需要使用模-數(shù)轉換模塊PS-SimulinkConverter來連接測試表和scope或者display[5]。

3 結語

本平臺基于Matlab的GUI 技術和Simulink仿真技術實現(xiàn)了數(shù)字電路和模擬電路在計算機中的仿真實驗，打破了傳統(tǒng)電路連接實驗的限制，學生可靈活創(chuàng)新，對自己所需電路進行連接并仿真。