仿真軟件在中職電工類課程中的應(yīng)用

（普洱市職業(yè)教育中心，云南 普洱 665000）

0 引言

在當(dāng)下的中職電工類課程中，越來越多的仿真軟件可以作為輔助教學(xué)的工具為教學(xué)提供有力的支持。仿真軟件的加入，讓課程更立體，讓學(xué)生能更直觀地了解原本抽象的課程知識，也為不具備實(shí)訓(xùn)設(shè)備的科目提供虛擬實(shí)踐的可能，同時(shí)通過虛擬仿真讓學(xué)生直觀地感受到，從理論到實(shí)際的因果關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對教學(xué)起到非常大的促進(jìn)作用。

中職電工類課程中常常應(yīng)用到的仿真軟件有以下一些：（1）Multisim；（2）Proteus；（3）CADE Simu；（4）GX Works；（5）FX-TRN-BEG-C。

1 關(guān)于MULTISIM的應(yīng)用

Multisim具有強(qiáng)大的仿真分析功能，可以進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、電路功能測試。該軟件具有豐富的元件庫，有多種參數(shù)可選擇，同時(shí)具有種類齊全的虛擬測試儀器儀表，它可以為教學(xué)提供模擬和數(shù)字電路的仿真功能，同時(shí)具有非常豐富的分析工具，可對電路進(jìn)行特性分析解讀[1]。

在電工基礎(chǔ)課程和電工電子課程以及在電子實(shí)訓(xùn)課程中教師可以應(yīng)用Multisim來作為輔助工具。

（1）在“電工基礎(chǔ)”課程中，教師主要講解基礎(chǔ)性知識，可應(yīng)用Multisim來讓學(xué)生熟悉元件的圖形符號、極性和電路的連接方式，比如串、并聯(lián)電路連接方法和特性，并對多個(gè)理論定律進(jìn)行驗(yàn)證的仿真，比如：基爾霍夫定律、戴維南定律。

（2）在“電子技術(shù)”課程中，Multisim的可應(yīng)用場合就更多了。二極管、三極管的特性，及放大電路、穩(wěn)壓電路、集成運(yùn)放電路和數(shù)字電路等都可以應(yīng)用Multisim來進(jìn)行仿真，但是并不需要運(yùn)用在所有知識塊里，個(gè)人覺得可以運(yùn)用信號處理的電路中，比如在設(shè)置靜態(tài)點(diǎn)的時(shí)候，就調(diào)節(jié)參數(shù)通過儀表來觀察各點(diǎn)信號的變化，把原來用公式推導(dǎo)的復(fù)雜過程讓學(xué)生直觀感受到效果，理解起來就更加容易，其使用價(jià)值會比較高。另外，教材有以實(shí)驗(yàn)引入的課題，也可以以Multisim作為實(shí)驗(yàn)演示工具。當(dāng)然，教學(xué)效果好不好，這也和教師怎么應(yīng)用有很大的關(guān)系，教師的課程組織方式，怎么引入和關(guān)聯(lián)應(yīng)當(dāng)要處理好，不然也只會讓學(xué)生看熱鬧，實(shí)際并沒多大幫助。引入仿真的目的是為了幫助學(xué)生直觀地看到他們想象不出來的東西，而不是讓仿真代替思考；另一方面，可以用仿真來進(jìn)行驗(yàn)證，其所思所想是否如他所料，如果不是，哪里不相符，是為什么，這些都是在應(yīng)用仿真軟件的同時(shí)要解決的問題。

（3）在“電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程”中，Multisim也很有用處。實(shí)訓(xùn)課程常常是針對一個(gè)電路單元的制作過程，那么在電路講解過程中就可以應(yīng)用Multisim來作為輔助工具。教師在課程中一般會先做電路分析，首先講明原理，根據(jù)原理分析各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的工作狀態(tài)，如果出現(xiàn)各種故障，會出現(xiàn)什么特性，在Multisim上結(jié)合假設(shè)的情況，通過測試儀表可以觀察到故障后的情況，對學(xué)生在理解原理和電路分析上有很大幫助。

2 關(guān)于Proteus的應(yīng)用

Proteus與Multisim有相似之處，同樣具有豐富的元件庫和儀表，可以搭建電路和對電路進(jìn)行仿真。本人對兩者的區(qū)別在實(shí)際應(yīng)用時(shí)有如下感受：首先，Proteus側(cè)重于數(shù)字電路，Proteus在數(shù)字電路仿真領(lǐng)域具有傳統(tǒng)優(yōu)勢，一直以來它都是作為單片機(jī)課堂教學(xué)的主要仿真工具，Proteus支持主流的CPU：例如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，并且CPU類型隨著版本升級還在繼續(xù)增加，同時(shí)也支持單片機(jī)匯編語言的編輯、編譯、源碼級仿真，內(nèi)帶匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境，如IAR、Keil和Hitech結(jié)合，進(jìn)行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試。

Multisim則對于模擬電路的仿真更實(shí)用，Multisim具有更多分析方法和儀表，對模擬電路過程分析更具有優(yōu)勢。另一方面，Multisim雖然也包含單片機(jī)模塊，直到2006年M9.0版本才引入，單片機(jī)的型號也沒有Proteus豐富，從應(yīng)用的便利性和仿真運(yùn)行速度作對比，Proteus都更具有優(yōu)勢，這樣注定Multisim不可能作為數(shù)字分析的主要工具。一般來說，教師在做仿真時(shí)，通常是在Proteus繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，就可以在Proteus的原理圖中看到模擬的電路的運(yùn)行狀態(tài)和過程[2]。

在教學(xué)中Proteus的應(yīng)用也主要是集中在“單片機(jī)技術(shù)”課程及其與單片機(jī)相關(guān)的課程中，比如“C語言”，或者在單片機(jī)相關(guān)課程設(shè)計(jì)中。

在“單片機(jī)技術(shù)”課程中，當(dāng)下多數(shù)單片機(jī)課程的教材基本上是先對基礎(chǔ)知識進(jìn)行講解，后面展示獨(dú)立的項(xiàng)目任務(wù)，這樣的方式很適合做成實(shí)訓(xùn)課題，而硬件設(shè)備不一定都能滿足，所以應(yīng)用Proteus是最為實(shí)用、直觀、經(jīng)濟(jì)的方式。從仿真軟件上一眼就可以看出各個(gè)工作點(diǎn)的狀態(tài)，學(xué)生能直觀地認(rèn)識到自己的電路連接是否正確，程序編寫有沒有問題。

3 關(guān)于CADE Simu的應(yīng)用

CADE Simu是一款模擬電氣電路的仿真軟件，它具有豐富的工具欄，具有多種虛擬元件，工具條中包含11類：（1）交直流電源；（2）熔斷器斷路器；（3）自動(dòng)開關(guān)和熱繼電器；（4）接觸器主觸頭；（5）交直流電機(jī)；（6）電子元器件；（7）接觸器及繼電器輔助觸頭；（8）按鈕開關(guān)；（9）接近開關(guān)及其他相關(guān)；（10）線圈及輸出；（11）導(dǎo)線及電纜[3]。它繪制電氣控制圖的方法也非常簡單，同時(shí)，還能打開CAD格式電路圖，具有兼容性。

最重要是，CADE Simu具有仿真功能。雖然在繪圖功能方面比起CAD電氣版性能差，但對于在校學(xué)生而言，用于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的電氣原理和并不復(fù)雜的功能電路已經(jīng)足夠。如果從事專業(yè)設(shè)計(jì)工作則需要專業(yè)的電氣版（比如天正、浩辰）才能達(dá)到要求，但對于校內(nèi)學(xué)生作為起步的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，CADE Simu足夠了。

CADE Simu主要可應(yīng)用在“電力拖動(dòng)”課程當(dāng)中?！半娏ν蟿?dòng)”課程主要包括三相異步電動(dòng)機(jī)的基本控制線路和常用生產(chǎn)機(jī)械的電氣控制線路原理及其安裝、調(diào)試與維修。而CADE Simu所具備的工具，可以快捷地繪出電路圖，并且可以對電路功能進(jìn)行仿真。在仿真時(shí)相當(dāng)于電源開始供電，電路中的開關(guān)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊就會根據(jù)其特性改變狀態(tài)，通電的地方導(dǎo)線會變成紅色，不通電的地方為藍(lán)色，如果電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)會有箭頭標(biāo)識。CADE Simu的仿真簡潔、明了，并且它的使用也非常簡單，很容易上手，無論是給學(xué)生做演示還是讓學(xué)生實(shí)踐都可行。

4 關(guān)于GX Works2、FX TRN BEG C的應(yīng)用

PLC是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動(dòng)化裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，可靠性高、靈活通用、易于編程，在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化方面得到了廣泛應(yīng)用。PLC課程也成了中職學(xué)校電工類課程中的重要部分，PLC課程邏輯性強(qiáng)，編程方法多樣，強(qiáng)調(diào)解決問題的能力，其本身是基于程序編定，通過完成程序指令來實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)控制。PLC型號多樣，編程軟件也不通用，而教師所采用的是三菱FX系列。

除了GX Works2外，教師還會使用FX-TRN-BEG-C，它具有PLC的仿真功能，在它內(nèi)部設(shè)有多個(gè)虛擬場景，比如各種物料搬運(yùn)場景、紅綠燈控制場景等可提供給使用者進(jìn)行編程訓(xùn)練。在FX-TRN-BEG-C的應(yīng)用界面上有3個(gè)部分，包括虛擬場景、控制按鈕和梯形圖顯示界面。使用者可以根據(jù)軟件給定的項(xiàng)目要求或者按照自己的想法進(jìn)行編程，編程時(shí)注意所用輸入、輸出點(diǎn)與控制面板上的標(biāo)識相符，完成后將程序?qū)?，通過用鼠標(biāo)點(diǎn)擊各個(gè)按鈕開關(guān)，就可以觀察到在虛擬場景中機(jī)械的仿真效果。其實(shí)，這款軟件就是為了教學(xué)而設(shè)計(jì)的，有很完備的教學(xué)輔助功能，里面有教程，還有項(xiàng)目程序的答案，甚至連書寫的步驟都有詳細(xì)的說明，它包含A-F六個(gè)階段，由易到難[4]。

以上四類就是目前在電工課程中常用的仿真軟件，它們使得教學(xué)效果事半功倍。隨著科技的不斷進(jìn)步，教師應(yīng)跟上時(shí)代的步伐，學(xué)會使用更科學(xué)更先進(jìn)的工具來優(yōu)化課堂。當(dāng)然，先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用不能生搬硬套，不然就會水土不服，成為花架子，教師的精心設(shè)計(jì)才是充分發(fā)揮仿真軟件功效的關(guān)鍵。