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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+plusⅱ、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、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