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虚拟仿真电子技术精选(九篇)

虚拟仿真电子技术

第1篇:虚拟仿真电子技术范文

关键词:电子技术行业 虚拟仿真技术 应用

中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2016)06-0000-00

电子技术行业的各类设备产品必须具备良好的设计方案才能够保障其工作状态的理想。电子行业具有产品更新快研发周期短的特点。为了满足不断发展的市场需求,加快产品结构的升级,在核心技术领域取得重大突破,电子行业必须采用新的研究方法和技术。虚拟仿真研究是目前电子行业所广泛采用的一种新的方法和技术。本文即以直流稳压电源以及数控机床为切入点,对虚拟仿真技术在上述两个领域中的应用要点及价值进行分析与探讨。

1 虚拟仿真技术概述

虚拟仿真技术即虚拟现实技术,也可称之为模拟技术,技术核心是用一个完全虚拟的系统对另一个真实存在的系统进行模拟。此项技术涉及到多个学科,是计算机图形、人机交互、传感技术、以及人工智能等多个学科的交叉综合领域。虚拟仿真技术主要包括三个方面的含义:第一是借助于计算机所生成环境具有虚拟性的特点;第二是人对这种虚拟环境的感知是高度逼真的;第三则是人可以通过自然的方法与虚拟系统实现交互,系统可响应人的动作并作出合理的反应。

当前虚拟仿真技术被广泛应用于包括汽车制造、道路桥梁、油田矿井、教育教学、电子技术、以及水利电力等在内的多个行业中,体现出了包括交互性、沉浸性、虚幻性、以及逼真性这四个方面的特点。对于电子技术行业而言,虚拟仿真技术的最主要优势是可对产品设计或优化方案在实践前通过高度仿真的模拟环境进行分析,以验证方案的可靠性以及有效性,兼顾实现了提高效率,缩短周期,以及控制费用等方面的性能优势,有推广价值。

2 虚拟仿真技术在直流稳压电源中的应用

直流稳压电源的组成部分包括电源变压器、滤波电路、整流电路、以及稳压电路四个部分。电网供给的交流电压在经过电源变压器降压处理后得到与电路需求相对应的交流电压,然后经由整流电路变化为方向恒定、大小伴随时间变化而变化的单线脉动电压,并经过滤波电路进行滤过(滤过交流分量),通过此环节处理后得到相对平滑的脉动电压。最后经过稳压电路处理,以确保电网电压以及负载水平在发生改变时电压维持在稳定状态下。为更加清晰的了解整个电路的工作原理与运行情况,可以借助于虚拟仿真软件,在软件模拟环境下通过设置开关或调整电路结构的方式观察示波器所呈现出的波形变化。本研究中引入Multisim10虚拟仿真软件,该软件借助于图形方式创建电路,具有界面直观、操作简便、调用方便等优势。本软件提供有包括交流、直流等在内的17种分析方法,虚拟仿真能力强大。

整流电路仿真分析下全波整流与半波整流波形图如下图1所示。结合图1:4个二极管所构成桥式全波整流电路,其核心作用是将正弦变化的电压演变为脉动电压。通过设置开关J1为开启状态的方式,对整流器在二极管损坏状态下所产生的开路情况进行模拟。则全波整流转换为半波整流,半波整流下所对应输出电压为0.45*全波整流电压。

通过对直流稳压电源系统中J2开关进行接通或断开的方式能够对比波形观察得到:在电容接入电路内后,输出电压平滑程度明显提高,波纹得到有效控制,同时输出电压平均值也有一定的增加。其依据是:在电容接入电路内后,电容可有效存储电荷,同时对高频分量而言容抗脚下,从而电流中的交流成分可通过电容C1而被旁路。在电容维持恒定的状态下,可通过调整负载电阻运行仿真的方式,使示波器分别显示滤波器输出波形,仿真结果如下图2所示。结合图2来看,电容放电时间常数为RC。在C为恒定状态下时,R取值越高则意味着放电速度越缓慢,输出波形更加平滑,输出电压值更小;在R为定值状态下时,电容器容量越大则意味着放电越慢,所对应输出波纹越小,输出电压值更大。

除此以外,通过对虚拟仿真软件的合理应用,还能够对直流稳压电路的改进设计效果进行仿真验证,以确保改进方案的实施效果理想。以某直流稳压电路对集成电路以及自保电路的改进方案而言,为验证该方案的可靠性,借助于Multisim10虚拟仿真软件进行实验。操作方法为:在Multisim10虚拟仿真软件按照改进方案构建直流稳压电压仿真点图,以供电电压220V(±10%)为标准进行虚拟仿真。借助于4综虚拟示波器对各点波形进行观察并读值,虚拟仿真实验结果如下图3所示。结合图2可见:经过改进后,直流稳压电路波形脉动被控制在较小范围内,电压输出稳定程度高,可保持在12.036V左右,经计算稳压系数为0.015(符合

3 虚拟仿真技术在数控机床中的应用

数控加工是现代模具CAD/CAM加工体系中不可或缺的重要内容之一。以五轴数控加工技术为例,所对应的模具工件性状复杂,对表面质量要求高,因此对铣削加工提出了非常严格的要求。五轴加工在完成最后一次装夹后,可以从多个面加工工件,其优势在于节约了大量的装夹时间以及辅助测量装置,且加工位置精度更高。在数控机床设计及性能验证中通过对虚拟仿真技术的合理应用,一方面能够使数控机床充分且合理的应用于对模具以及机械产品的加工中,另一方面能够为正确且充分的应用数控机床,完成更多模具以及机械产品加工提供保障。以某单叶片曲面零件数控加工实例为例,采用五轴加工方案,引入五轴五联动编程开发技术,同时对后置技术进行了编程制定。为进一步验证数控机床五轴五联动方案的编程程序正确性以及后置处理结果的可靠性,借助于虚拟仿真技术,在仿真软件所提供虚拟环境下参照数控机床实际配置构建实验模型。虚拟仿真结果显示:所模拟机床在对零件进行加工的全过程中刀具路径未发生偏差,加工零件性状基本与设计要求相符合。

4 结语

本研究中针对虚拟仿真技术在电子技术行业中的应用问题进行分析及探究,通过上述分析不难发现:在电子技术行业中积极应用虚拟仿真技术能够有效解决以往设计方案直接应用于实践中存在的浪费或失误问题,避免了不必要的事故产生,可以有效提高电子技术产品及相关设备的使用寿命与性能,对促进电子技术行业的发展也有重要价值。

参考文献

[1] 陈军,周晓平,郝江涛 等.基于MatLab & Simulink的电工电子技术仿真实验平台[J].中国现代教育装备,2015(3):57-60.

[2] 赵丽梅.Electronics workbench在电子技术仿真实验中的运用[J].中国远程教育(综合版),2001(12):58-59.

[3] 周凯,那日沙,王旭东 等.Saber在电力电子技术仿真中的应用[J].实验技术与管理,2015(3):126-128,140.

第2篇:虚拟仿真电子技术范文

【关键词】虚拟仿真技术;职校教育;电子技术教学

随着科学技术的飞速发展,电子技术在企业中得到了广泛应用,这对电子技术教育工作提出了更高要求。而职校电子技术课程作为培养学生电子技术实践操作能力的重要途径,直接关乎学生的未来发展。然而,传统的电子技术已经无法满足新形势下的职校教育需求,所以创新其应用策略刻不容缓,以便不断提升职校电子技术教学有效性。

1.引入虚拟仿真技术,激发学习兴趣

在当前的职校电子技术课程教学中,教师大都注重理论知识的讲解,却忽视了实践指导在提升学生电子技术操作能力方面的积极作用。但是单纯地讲解电子技术方面的公式、原理等理论知识,职校学生很容易感觉到枯燥、乏味,并会逐步产生厌学情绪,以至于无法促进学生投入到电子技术教学活动中来。而此时如果教师可以在课堂教学中引入虚拟仿真技术,则可以彻底打破传统单一教学模式的束缚,增强学生的实践动手操作体验。与此同时,在学生的实践操作过程中,学生也更加容易获取更多的教学知识,并可以借助学生的实践教学来逐步形成科学的思维和创新意识。而借助虚拟仿真技术的合理运用,学生可以更好地进行电子电路的实验和操作方面的教学,从而借助实践操作来帮助学生更好地了解相关的理论知识,提升他们的实践操作能力。

为了进一步提升职校电子技术课程教学有效性,教师需要结合实际情况来开展理论知识方面的教学,以便深化学生对于电子技术课程方面理论知识的理解和认识,以为后续的理论教学和实践教学工作奠定扎实基础。但是如果教师只是一味地借助实验操作的方式来开展教学,那么就会浪费材料和时间。而此时如果可以合理运用虚拟仿真技术,那么可以借助多媒体等信心技术软件来将那些抽象的理论教学知识以更加直观、生动地方式展示给学生,从而可以深化学生对于职校技术课程教学知识的理解和认识,增强学生的学习效果。例如,在讲解“放大电路”这部分教学内容的时候,授课教师可以采用虚拟仿真技术来引导学生探究教材上有关共射极放大电路的三种组态,深化学生对于放大电路方面知识的理解和认识,提升学生的学习效果。

2.创设仿真电子实验,增强操作能力

在职校电子技术课程教学中,为了检验虚拟仿真技术引入的教学效果,必须要借助实验开展来进行检验。因此,在引入虚拟仿真技术的时候,教师可以通过电子电路的实验操作来帮助学生在模拟场景中去验证相关理论知识的科学性和合理性,同时也可以使职校学生更好地体验电子技术学习的魅力,提升学生的实践操作能力。但是必须要结合实际的教学内容或者实验知识等方面的知识来合理开展仿真实验,以便可以更好地开展电子技术课程教学。此外,在职校电子技术课程教学中,授课教师需要结合职校电子技术课程教学的特点以及学生学习需求和性格特征来对现有的教学方式和活动进行改进和创新,以便切实将虚拟仿真技术引入到中职电子技术课程教学中来,不断提升学生的动手实践操作能力。

例如,在讲解《彩色电视机原理与维修》这部分教学内容的时候,授课教师可以先借助多媒体等信息技术软件来为学生展示电视机从上世纪七十年代末到今天的发展历程,同时还要为学生讲解全球彩色电视市场的现有特点。实际上,彩色电视机和学生的生活之间具有紧密联系,其是生活中经常接触的一种事物,所以授课教师在开展这部分知识授课的时候,结合生活实际来为学生创设一些富有启发性的教学问题。比如:“你家中所用电视机是哪种型号呢?有什么功能呢?”等,以便借此来充分加强师生互动。此外,授课教师还可以借助多媒体等信息技术软件来为学生展示一个立体化的电视机模型,使学生借助真实的模型来了解彩色电视机的整体结构及其构成部件,同时还可以组织学生进行自主实验操作来完成有关电视机零件的整合操作,从而可以提升学生的动手操作能力。

3.开展虚拟项目实验,提升综合素养

第3篇:虚拟仿真电子技术范文

    【论文摘要将虚拟仿真技术引进教学领域后对传统教学手段产生了强烈冲击。本文针对航空电子装备教学中如何应用虚拟仿真技术给出了应用方法和心得。

    1.引言

    自 20世纪 9O年代以来,以计算机仿真技术 、多媒体技术和虚拟现实技术为特征的“虚拟仿真实验室”开始在世界各地出现,并逐步渗透到教学领域。作为一种新型的实验教学手段,虚拟仿真教学对传统的教学手段产生了强烈冲击,并引发了教学领域一系列深刻的变化。种种迹象表明,虚拟仿真教学将是今后实验教学改革的一个重要发展方向。本文结合多年来在航空电子装备教学中应用虚拟仿真技术的经验,探索在航空电子装备教学软件中应用虚拟仿真技术的方法和心得。

    2.虚拟仿真技术简介

    虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。

    2.1虚拟现实技术

    虚拟现实技术就是利用三维建模技术,构建一个和现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟三维场景,并能响应用户的输进,根据用户的不同动作做出相应的反应。虚拟现实的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形 天生技术、立体显示和传感器技术等。虚拟现实技术主要侧重于对真实物体物理特征的仿真,也称为视景仿真,它主要用于产品设计和展示、贸易广告、游戏设计等。

    在航空电子装备教学中,大量用 到对装备的外观 、结构 、组成 、连接 、机安装位置的展示 ,传统教学大都采用实物展示 的方法 。近年来随着大量航空电子装备 的更新换代,因受经 费、场地及使用寿命等因素的限制 ,传统教学方法 已远远不能满足要求 ,而采 用虚拟现实技术的展示方法则 以其廉价 、无场地限制和效果 良好得以广泛应用。

    目前有大量成熟的软件平台可以进行视景仿 真的开发,主流平台Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中,MULTIGEN公司的虚拟现实数据库 OPENFLIGHT已经成为 了产业标准 ,在军事 、航空航天等领域应用都 比较成熟 。在航空 电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作为视景仿 真开发的技术平台 ,解决物理模型的创建、场景显示等新题目。该平台可以达到照片级 的视景仿真效果 .同时采用嵌进 OPENGL技术来解决物理模型 的交互新题目。

    2.2系统仿真技术

    系统仿真技术是伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科 .它通过建立实际系统 的数学模 型 ,利用计算机运算来达到对被仿真系统的分析、探究、设计等目的。系统仿真技术主要侧重于对真实系统的内在机理、运动方式 的仿真,也称为行为仿真。系统仿真技术最初主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大实际系统试验难以实现等少数领域,后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要产业部分,并进一步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。 在航空电子装备教学中,对装备工作原理的讲解既是重点也是难点。传统教学方法主要通过教员的讲述,配合一些静态的图形帮助学员理解 .教学效果主要依靠于教员的授课水平和技巧 。近年来.我们尝试将系统仿 真技术应用到航空电子装备教学中,根据被仿真装备的工作原理,建立系统的数学模型,并根据装备的不同工作状态,对模型进行动态运行.结合虚拟现实技术实现的逼真场景.较好地模拟实际装备的工作情况。利用该技术开发、研制的教学软件不但可供教员教学使用.也可供学员自学,并达到了较好的教学效果。

    目前,有很多成熟的系统仿真开发平台软件.如 Simulink、SystemView等,这些软件以其功能强大和使用方便、易用性受到广大用户欢迎.但价格较为昂贵,且大多未提供对外的仿真数据接口.仿真系统应用的灵活性、扩展性和可变性受到很多限制。当然也可自行开发适用 的仿真开发平台软件。在航空电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用的是自行开发的系统仿真平台软件。

    3.虚拟仿真技术在航空电子装备教学中的应用方法和步骤

    3.1建立仿真模型

    这里所说的仿真模型既包括反映航空电子装备外观、结构的三维物理模型 ,也包括揭示其内在工作机理及行为的数 学模 型。对三维物理模型的建立,主要依据装备本身的物理状态,其原则就是在尽量减小面数的同时进步逼真度。对系统数学模型的建立,则需要视系统的复杂程度进行取舍和优化,本着够用为度的原则 ,以尽量减小运算量。建立数学模型时 ,还应考虑到系统运行时的参数调整。

    3.2创建仿真装备的虚拟场景并驱动

    对于虚拟场景的驱动,根据使用方式的不同采用了不同的方式假如进行的仅是装备外观、结构的展示,可使用EON进行动作的编辑和驱动;假如需要对装备进行虚拟操纵仿真,则使用 GLStudio软件先进行操纵面板、虚拟仪表的编辑和制作,然后再利用 Vega Prime驱动以实现更复杂的交互操纵。

    3.3系统集成

    系统集成就是将上述做好的模型、场景按照教学软件所需的形式将其有机的整合在一起,使之成为_个完整的 、规范的教学软件。系统集成可以使用目前常用的软件开发平台如 VB、vc++等。由于上述虚拟现实驱动软件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 软件开发平台的运行插件,因此,系统集成变得十分方便。编写程序时,只需考虑软件功能的布置,注重程序间的兼容性即可。

    系统集成时,还需要将系统行为仿真的结果通过视景仿真表现出来,即用行为仿真的数据来驱动三维物理模型的动作。由于系统行为仿真采用了专门的运行平台,和视景仿真处于不同的系统进程中.因此这种驱动是通过两进程间的实时通讯来完成的。这里还需要考虑进程间的同步新题目。

第4篇:虚拟仿真电子技术范文

【关键词】虚拟技术 电工 电子实验

虚拟技术的载体,就是我们常说的虚拟仪器,英文名字叫Virtual instrument,缩写为VI技术,它的发展很大程度上受计算机技术的影响,把虚拟技术引入到电工的电子实验之中,这有助于提升电气从业者们的安全性,很大程度上会减少工伤事故的发生。

1 虚拟技术的发展历程

虚拟技术的发展,经历了曲折的上升和被接受的阶段,基本上可以分为四个阶段:在十九世纪60年代前后,虚拟技术的思想开始在欧美等发达国家开始出现,六十年代中期,约1965年前后,虚拟技术的开始逐渐被一些科学家去实践,由德国计算机专家 M.W.Krueger 设计的 VIDEOPLACE系统,第一次产生了一个虚拟图形环境,二十世纪八十年代,虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段;九十年代年至今,虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。

在发展的最初阶段,虚拟技术被科学家们认为,是对有生命的物体在自然界中活动的一种仿生学上的模仿,它与仿真技术的发展是息息相关的。远在春秋时期的中国,风筝就出现在了人们的视野中,这就是模拟飞行动物和人之间互动的大自然场景,风筝的拟声、拟真、互动的行为是仿真技术在中国的早期应用,它也是中国古代人试验飞行器模型的最早发明。

美国著名科学家,莱特兄弟根据风筝原理,发明了世界上第一架飞机,发明家 Edwin A. Link 成功研制出飞行模拟器,让操作者能有乘坐真正飞机的感觉。二十世纪六十年代初期,Morton Heilig的“全传感仿真器”让人们第一次体验到了虚拟技术的触感,虚拟技术的思想精华被囊括了进去。这三个较典型的发明,都蕴涵了虚拟技术的思想,是虚拟现实技术的前身。

在发展的深入阶段,70年代的美国计算机图形学之父 Ivan Sutherlan 开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器 HMD 及头部位置跟踪系统,是虚拟现实技术发展史上一个重要的里程碑。此阶段也是虚拟现实技术的探索阶段,为虚拟现实技术的基本思想产生和理论发展奠定了基础。截至到目前,虚拟技术依然是科技界的热门话题,VR技术早已被人们所熟知,在虚拟电子实验过程中,也有着它们的身影。

2 计算机虚拟软件的应用

计算机虚拟软件的在电工电子实验中的应用,实际上就是典型的虚拟技术应用,我们的电气工程师在进行电压测量,传输材质分析,传输距离设定,等一系列具体工作的时候,都可以通过,计算机虚拟软件去完成一系列的动作,从而避免了真实实验环境所带的繁琐性。

利用Multisim仿真软件,它被大量的应用于电工的电子实验之中,在高校教学中也经常出现,软件中给我们提供了大量的虚拟仪表,这些仪表与现实实验场景中的仪表使用方法非常的相似,而有些高级仪表,价格非常昂贵,真实实验场景中,由于经费问题,可能无力购买,然而计算机虚拟软件,为电工电子实验带来了无穷的便利性,人们不再受限制于设备,而是可以展开想象,做自己科学实验。

将multisim仿真软件引入电工电子实验场景,对于树立电工的创新和创造精神有着不可取代的作用。一台个人计算机机和一个仿真软件就相当于一个可以移动的功能非常强大的电工电子实验室,因此,这给我们提供了创新的平台。目前,实验室所能开设的电工电子实验,都可以在该软件中仿真。

3 GUI技术的支持

在包括Multisim仿真软件在内的,任意一款电工电子实验中的常用软件,GUI(Graphical User Interface,简称 GUI,又称图形用户接口)都是实现用户交互的技术基础,可以说GUI的运用,是计算机虚拟技术的核心。

电工电子实验的应用场景,有一个独特的地方就是,需要录入的数据特别多,比如电压,电流值,各种仪表盘的使用,都需要考虑到人机交互的便利性,这个时候,软件界面的呈现,就显得非常重要了,所谓的虚拟,很大程度上,都要靠GUI来维持和实现。

图形用户界面Graphical User Interface,可以被这样描述,它是一种人与PC之间进行信息沟通的桥梁,它非常直观,可以是一个窗口,一个数据界面,几个操作按钮,等等,这些在电工电子实验中,可以被视为,电工进行模拟实验的技术基础。它极大地简化了电工进行模拟实验的操作步骤,可以直观和计算机进行交互。

GUI技术允许用户使用鼠标等输入设备操纵屏幕上的图标或菜单选项,以选择命令、调用文件、启动程序或执行其它一些日常任务。我们可以从图1的multisim仿真软件界面。GUI技术完美的帮助Multisim仿真软件,实现了与电工之间的虚拟交互,在电工的实验过程中,元器件,仿真开关,电路图制作,虚拟仪器选取,都被制作成了肉眼可见的选项,这很大程度上帮助电工打下了进行虚拟化电子实验的基础。而且这一些的成就都离不开GUI技术的技术支撑。

与现实中造价高昂的实验工具相比,图形用户界面的优势可谓独一无二。图形用户界面,由我们通常见到的,对话框,下拉菜单,操作栏,按钮几部分组成,可以说,是GUI技术实现了目前的电工电子虚拟实验,它提供了一种人机交互的接口,功不可没。

GUI的广泛应用不但是计算机应用的好消息,更是虚拟实现的良好手段,即使是不懂PC普通用户,也可以根据简洁便利的虚拟界面去判断该如何操作,对于长期接触各种复杂元器件的电气工程师来说,简洁易懂的界面,是提升工作效率的一大保障。

人们从此不再需要死记硬背大量的命令,取而代之的是可以通过窗口、菜单、按键等方式来方便地进行操作。而嵌入式GUI具有下面几个方面的基本要求:轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特点。这些特点可以更加完美的帮助实现虚拟技术。

本文只针对,计算机图形虚拟技术,做了简单的探究,其实还有更多的类型存在。

参考文献

[1]邵晓娟,卢庆林.基于虚拟仪器技术的远程电子实验平台的设计与实现[J].电子测试,2014(18):23-25.

[2]傅晓程.虚拟技术在电工电子实验中的应用[D].浙江大学电气工程学院,2007.

第5篇:虚拟仿真电子技术范文

关键词: 虚拟电子工作台 电子技术 虚拟实验 直流工作点

虚拟电子工作台(简称EWB)实验是利用计算机构造一个实验模拟环境,通过建立模拟电路并对模拟电路的数据和功能进行分析而达到实验效果和目的的一种新的实验方法。EWB软件可以在计算机上建立电子元件型号及参数库,通过选择实验所需的电子元件型号、参数和虚拟测试仪器就可进行模拟电路的连接和仿真运行和测试,并在模拟仪器上读出测试结果,特别易于学生学习和使用。作为传统电子技术实验的补充,EWB使学生掌握仿真软件技术,间接了解电子元件设计和制造的发展动向,它既继承了实物实验可操作性、参与性强的优点,又利用了计算机的优势,凸显了其直观、动态模拟、迅速准确、资源共享、资金投入量少等特点。

1. EWB的主要功能

EWB具有齐全的虚拟电子设备,在虚拟电子平台上操作这些设备如同操作真实的设备一样,非常真实,操作起来也更加容易。EWB提供了相当广泛的元器件,还提供了较大的选择余地,学生也可以根据元器件生产厂商的产品使用手册中的元器件参数添加新的元件或扩充已有的元器件库。同时根据EWB提供的图形操作界面,学生可单击鼠标,托放虚拟元器件或测试仪器,轻松地完成原理图的输入和连线,同时也允许用户调整电路连线和元件的位置及自动排列连线的功能,它具有如下特点:

(1)功能完善,实验用的元器件及测试仪器仪表齐全,可以做各种类型实验。

(2)实验不消耗器材,实验所需器材种类和数量不限制,实验成本低。

(3)实验速度快,效率高,易于开展各种设计性实验,提高了电路设计和实验效率。

2.使用EWB进行虚拟实验的基本方法

学生可以根据教学内容和要求创建一个线路图,按下电源开关后,就可以从示波器等测试仪器上读得电路中被测数据。整个运行过程可分成以下几个步骤:

(1)数据输入:将已创建的电路图结构、元器件数据读入,选择分析方法。

(2)参数设置:程序会检查输入数据的结构和性质,以及电路中的阐述内容,对参数进行设置。

(3)电路分析:对输入信号进行分析,它将占据CPU工作者的大部分时间,是对电路进行仿真和分析的关键。它将形成电路的数值解,并将所得数据送至输出级。

(4)数据输出:从测试仪器如示波器或万用表上获得仿真运行的结果。也可以从“分析”栏中的“分析显示图”中看到测量、分析的波形图。

3.实例分析

(1)在EWB上先创建需进行分析的电路图如图1所示。

(2)选定“选项/参数”栏中的“电路选项(Schematic Options)”,选定“显示节点名(Show Nodes Name)”,把电路的节点标志(ID)显示在电路图2上。

(3)在“仿真/分析(Analysis)”栏内选定“直流工作点(DC Operating Point)”,如图2所示。设置要仿真的节点,然后运行仿真(Simulate),EWB会自动把电路中所选节点的电压数值和电源支路的电流数值显示在“分析图(Analysis Graph)”(如图3所示中)上。

由此可见,一台计算机加一套EWB软件,就相当于拥有了一个设备先进的虚拟电子实验室。

4.充分发挥虚拟电子平台仿真技术在教学中的作用

现代教育的职能已成为为学习者服务、为用人单位服务。人才需求的变化,技术发展之快更是需要有人才培养的超前意识。这就需要我们创新思维,创新教学手段。学校实验教学应以技术为突破口,引入计算机辅助教学手段,将虚拟电子平台仿真技术技术引入到各专业的教学中,利用计算加软件功能,完善原始的教学设备,提高教学质量,解决部分实践性环节教学难题,从而加快高素质人才培养速度。

综上所述,虚拟电子平台仿真技术,必将引领今后的实验教学发展方向,对实验教学方法和手段的改革起到推动作用。

参考文献:

[1]秦曾煌.电工学[M].北京:高等教育出版社,1999.

[2]冯春杨,等.谈高职教育中的多媒体教学[J].辽宁高职学报,2004(4):155-156.

[3]孙怀东.开展电子技术虚拟实验的做法与体会[J].实验室研究与探索,2006.10,VOL25(10).

第6篇:虚拟仿真电子技术范文

Abstract: The microprocessor class is a professional course with very important practice in electric field, and is also a very abstract course, while traditional microprocessor class teaching form makes learning boring, teaching difficult. To solve this problem, and improve learning interest and teaching quality, based on the characteristics and advantages of virtual simulation software, the paper proposed applying the virtual simulation technology to the related links of teaching, and analyzed the promoting effect of virtual simulation software on microprocessor class teaching.

关键词: 虚拟技术;微处理器;教学

Key words: virtual technology;MPU;teaching

中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)33-0252-02

0 引言

随着计算机技术、电子技术的不断发展,为了提高生产效率和保证运行的安全性,各类微处理器已经被广泛应用于我们生活中的多个领域,工业自动化流水线的检测控制和数据处理,通信设施的网络通讯和数据传输,家用电器的自动控制,汽车安全检测保障系统,机器人,医疗等等。因此,目前大多数电类相关专业都开设了关于微处理器的相关课程,当然根据需要所学习的微处理器的型号不尽相同。

对于传统的微处理器教学基本上都是以课堂理论教学为主,辅以相当课时的实验操作。而微处理器的应用无论是硬件设计还是软件设计都有很强综合性和抽象性,其不仅涉及到对模拟电子技术、数字电子技术、传感器检测、控制等诸多基础类课程的综合应用,而且要在使用汇编语言、高级语言等进行软件设计时具有良好的逻辑性、条理性、灵活性。这就使得微处理器类课程相对较为枯燥,难以理解,难教难学,“可学性”和“可授性”难以达到教学目标。因此,将虚拟软件应用到微处理器类课程的教学当中,使微处理器对于学生是“看得见,摸得着”,让学生在课堂中就能够进行操作应用,不仅可以提高其学习兴趣和主动性,而且能够更好的掌握微处理器的应用开发技能。

1 虚拟仿真软件

虚拟仿真技术的发展不仅使得电子设计类生产设计开发的成本得到大幅度的降低,而且开发设计周期大大缩短。虚拟技术的发展不仅对生产设计开发有着深远的意义,而且有助于教学过程中对理论知识的理解和实践。

目前电子设计类的虚拟仿真软件有很多种,如Proteus、SPICE、EWB、Matlab、Protel等等,这些虚拟仿真软件不仅具有大量的电子元器件库,而且配备了较为齐全的虚拟仪器、仪表。通过使用这些虚拟仿真技术软件在计算机中进行电子电路的仿真设计,不仅使得电路设计简单方便,而且不需要进行实际的焊接,节省了设计时间,而且在使用相应的仪器仪表进行调试时不用担心损坏,另外,通过虚拟软件还可以进行多种电路分析,同时也可以进行PCB电路板的制作等。

1.1 Proteus仿真软件 在诸多的虚拟仿真软件中,英国Lab Center Electronics公司研发的Proteus软件在开发微处理器系统方面具有独特的优势,其不仅具有模拟电子技术、数字电子技术、数模混合电子设计与仿真功能,更是目前世界上最先进的基于微处理器应用系统软、硬件设计的仿真软件。[1]其包含了51系列、PIC系列、ARM系列、AVR系列等多种类型的微处理器模型,而且还有多种传感器和的前向通道和后向通道的芯片和控制执行机构模型,可满足大多数控制、检测等系统的设计仿真。

1.2 编程软件 为了实现微处理器应用系统功能,不仅需要完成硬件的功能性、抗干扰性设计,而且还要完成软件程序的逻辑性、功能性设计。目前常用的微处理器程序设计软件有Wave、Keil、ICC、codevision、MPLAB等,其中keil C软件是51系列微处理器使用最为普遍的,而AVR系列微处理使用的是ICC,PIC系列微处理使用的是MPLAB。

这些程序设计软件很好的利用了Proteus软件提供的第三方动态接口,两者配合使用可使软件程序设计、编译、调试与硬件系统仿真完美的进行结合,形成功能强大的微处理器仿真平台。[2]

2 教学应用和影响

2.1 课堂教学 传统的微处理器类课程教学偏重于理论讲解,学生除了少数的实验学时能认识真正的芯片、电路以及简单的程序验证外,很少能够亲身体会电路设计和程序编写。这就使得在学习过程比较枯燥,难于理解。而且由于教师在传授相关知识的过程中无法以实际微处理器为例进行演示,看不到实际效果,也使得教授过程比较困难。

将虚拟仿真技术引入课程,在课堂理论授课的过程中利用计算机辅助技术将微处理器的工作状态和程序运行状态进行演示,能够生动的反映相应的动作,就使得抽象的理论形象化、直观化,便于学生理解和教师讲授。通过这种教学模式不仅提高了学生的学习兴趣、理解程度,改善了教学效率和质量,而且丰富了教师的教学内容,改善了教学手段。

2.2 实验教学 微处理类课程学习的目的是应用,它是一门实用性很强的课程,所以理论学习是为实践服务的,而在以往的实验教学环节中,大部分的实验是验证性的实验,缺少设计性、综合性试验,即实验设备上的电路都是设计成型的,学生独立设计的部分较少,而且大部分程序也是给出的,这就使得学生独立思考、设计部分较少。

而利用虚拟仿真技术,让学生运用虚拟仿真软件对实验内容进行设计,独立完成对硬件部分的设计和软件程序的编写,并演示实验相关要求的现象和结果。这使得学生的实验兴趣大大提高,而且由于电路和程序都是学生自主、独立完成的,学生的学习自信心也得到很大的增强。另外,由于虚拟仿真软件中的元器件参数是可以修改的,并且不需要焊接、安装的工序,就可以快速得到仿真结果,学生可以针对自己的设计提出各种设计方案,不但锻炼了提出问题、分析问题、解决问题的能力,激发了创新意识,而且也培养训练了学生的系统设计能力。

2.3 实践教学 一般而言实践类课程是指课程设计和毕业设计等综合性设计类型的教学模式。这类教学模式大部分都是由指导教师布置设计题目或设计范围,而由学生通过查阅相关资料进行设计分析,形成以理论设计为主的设计报告,这就缺少了对理论设计结果或过程的实践验证。

而将虚拟仿真技术应用到实践教学环节,学生只需要使用电脑就可以完成实践类课程的设计任务,利用虚拟仿真软件设计后在进入实验室操作或实际制作,既可将理论设计通过虚拟仿真软件演示出来,又避免为了验证理论正确性需要实际设计、制作系统的缺陷。这种实践理论设计和虚拟仿真结合的方式,既发挥了虚拟软件实效、经济的优势,节约、合理利用实验室硬件资源,又培养了学生设计制作的能力。

2.4 竞赛和创新活动 国内和国际有很多电类竞赛类项目及创新活动可供在校学生参加,而各类大赛和创新活动不仅仅检验学生对知识的掌握程度,而且还要求学生具有很强的知识应用和实践设计能力。在竞赛和创新中使用虚拟仿真软件进行辅助设计,不仅可以缩短设计开发周期,而且减小了硬件成本的投入。使得学生能够更加全面的接触和使用各类电子类器件,利用动态元件仿真模型,不仅是人机交互方式仿真可以成为现实,而且使仿真形象生动,创造出极为接近现实的环境。[3]

当然,虚拟仿真软件很好的辅助了教学,改善了教学手段,生动了教学内容,形象地将抽象不易理解的知识用虚拟仿真的方式体现出来,使学生增强了学习兴趣,培养了自主学习能力。但是知识的学习和实践的应用是不能够单纯的依靠虚拟仿真的,学生对真正的元器件的封装、检测、使用等相关知识也是需要掌握的,同时也要熟悉操作各类仪器、仪表,学习实际系统的布局、布线、安装调试等多方面的知识。所以,要使虚拟仿真技术能够更好地为教学服务,采用虚实结合的方式,一方面强调仿真实验对教学的辅助作用,另一方面认识到实际动手能力的重要性,两者相辅相成,有机结合。[4]

3 结束语

虚拟仿真技术在微处理器类课程教学中的应用不仅可以使课堂上抽象难懂的知识便于学生理解和接受,而且便于学生课后巩固所学知识,更有助于学生学习兴趣和动手能力培养。同时,利用虚拟仿真技术能够使教学和实践、理论和应用很好的结合起来,引导学生的创新意识和培养学生的创新能力,通过对仿真结果的分析和运行,增强了学生的自信心。实践证明,合理的利用虚拟仿真技术,在教学中科学分配虚实之间的比例,这将成为微处理类课程教学发展的重要方向和重要手段。

参考文献:

[1]王本有,黄欣钰,汪德如等.虚拟仿真平台在单片机教学中的应用[J].皖西学院学报,2010(5):32-35.

[2]张莉.虚拟试验平台下单片机项目式教学的实践[J].黄石理工学院学报,2009(5):67-70.

第7篇:虚拟仿真电子技术范文

本文针对电子产品自动化生产中PCB设计、SMT工艺设计、印刷缺陷、贴片缺陷和焊接缺陷问题,对电子SMT虚拟制造技术进行了研究。主要针对电子产品PCB设计与制造、电子SMT工艺设计与管理、电子SMT虚拟制造系统及其关键技术和SMT技术资格认证四个方面进行研究分析,实践表明,通过电子SMT虚拟制造技术,能够从更高的层面熟悉现代电子产品制造的全过程,了解目前电子产品制造中最先进的设备和技术,提高表面组装质量和效率。

【关键词】PCB设计 SMT工艺设计 缺陷 虚拟制造技术 资格认证

1 引言

在国内,电子SMT虚拟制造方面的研究只是刚刚起步,其研究也多数是在原先的cad/cae/cam和仿真等基础上进行的,目前主要集中在虚拟制造技术的理论研究和实施技术准备阶段,系统地研究尚处于国外虚拟制造技术的消化和国内环境的结合上。清华大学cims工程研究中心虚拟制造研究室是国内最早开展虚拟制造研究的机构之一,主要进行了虚拟设计环境软件、虚拟现实、虚拟机床、虚拟汽车训练系统等方面的研究;浙江大学进行了分布式虚拟现实技术、虚拟工作台、虚拟产品装配等研究;西安交大和北航进行了远程智能协同设计研究;西北工业大学进行了虚拟样机的研究。国内在虚拟现实技术、建模技术、仿真技术、信息技术、应用网络技术等单元技术方面的研究都很活跃,但研究的进展和研究的深度还属于初期阶段,与国际的研究水平尚有很大的差距。我国的研究多集中于高等院校和少量的研究所,企业和公司介入的较少。

电子SMT虚拟制造是一门新兴的、综合性的先进制造技术,目前,大部分高职院校设立SMT电子制造相关培训,但无实验设备和条件,即使已有SMT生产线的,也无资金或产品让学生开动生产线,学生只能走马观花式地参观,没有真正得到训练。再有国家劳动部门的职业技能认证也只有电工、电装工、焊接工等低端工种,没有SMT相应的高端工种,影响了学生和企业对电子SMT教育的认同度。在电子类专业工程实训和SMT实际生产中,为了能够从更高的层面熟悉现代电子产品制造的全过程,了解目前电子产品制造中最先进的设备和技术,建立电子SMT虚拟制造系统和SMT认证培训是最好的解决思路。

2 电子产品PCB设计与制造

包括PCB可制造性分析和PCB设计静态仿真,PCB可制造性分析根椐用户设计的Protel或Mentor电路PCB文件,自动检测出用户设计电路的错误;PCB设计静态仿真直观显示设计的PCB板组装后的情况(基板、器件、焊膏、焊点、胶点)。

3 电子SMT工艺设计与管理

包括SMT工艺设计和仿真、MIS管理,SMT工艺设计和仿真通过PCB设计的Demo板,依据总体设计中元器件数据库、电路布线、工艺材料和现有SMT设备的实际情况来设计SMT生产线工艺流程,根据所设计的工艺流程,对其进行动态仿真,让学生直观选择组装方式,进行设备选择和产能估算,最后确定自动化程度和工艺要求;MIS管理主要包括两方面:一是了解品质管理和国际、国内的SMT标准。二是SMT印刷管理、SMT贴片管理、回流炉管理、SMT文件及资料管理、SMT设备管理。

4 电子SMT虚拟制造系统及其关键技术

包括丝印机、点胶机、贴片机、回流焊机、波峰焊机,AOI检测机等虚拟制造及其关键技术。

电子SMT虚拟制造系统主要在SMT关键设备编程设计和制造之间建立联系,将SMT关键设备的生产过程在计算机上以直观、生动、精确的方式呈现出来,取代传统的试机过程,缩短开发周期、降低成本、提高生产效率。下面以丝印机和贴片机为例:

丝印机主要对主流机型包括MPM、DEK和GKG丝印机进行CAM程式编程,再进行模板设计,最后模拟丝印机的界面、编程过程及控制参数的设置。

贴片机主要对主流机型包括YAMAHA、SAMSUNG、JUKI、FUJI、PANASONIC和SIEMENS贴片机进行编程,贴片机虚拟系统包括模拟编程模块、贴片机2d/3d仿真模块、贴片程序优化模块和贴装数据库模块。贴片编程首先通过EDA电路设计的数据导入确定贴片坐标,然后根据基板信息对标号Fiducial定位,设置Mark点,最后通过输入的元器件信息确定送料器的分配、生成贴装程序并调用程序进行生产动态模拟仿真。

5 SMT技术资格认证培训

包括技术员(中职)、见习工程师(高职)、助理工程师(本科)、工程师(企业)和高级工程师(企业)五个等级的资格认证培训。

考试分专业知识和实际操作两部分,专业知识主要考查考生SMT电子制造的基础知识能力、综合运用能力、以及解决问题的能力。实际操作着重考查考生SMT电子制造实际动手能力。以见习工程师(高职)认证培训为例,培训系统将PCB设计、SMT生产线工艺设计、关键SMT设备编程、加工过程可视化仿真和可制造性评价系统集成,在计算机上以直观、生动、精确的方式模拟出先进电子SMT制造技术。不仅可以使学生进一步掌握EDA电路设计技术,更可以使学生掌握SMT组装技术和各种SMT关键设备技术,彻底改变了传统的一把烙铁学电子的局面。

6 结束语

本文对电子SMT虚拟制造技术进行了研究,针对印刷、贴片、焊接缺陷问题,通过电子产品PCB设计与制造、电子SMT工艺设计与管理、电子SMT虚拟制造系统及其关键技术和SMT技术资格认证四个方面来开展研究分析,实践表明,电子SMT虚拟制造技术能够从更高的层面熟悉现代电子产品制造的全过程,了解目前电子产品制造中最先进的设备和技术,并对关键SMT设备进行编程操作,将SMT关键设备的生产过程在计算机上以直观、生动、精确的方式呈现出来,缩短开发周期、降低成本、提高表面组装质量和效率。

参考文献

[1]FUJITA Y,KAWAGUCHI H.Full-custom PCB implementation of the FDTD/FIT dedicated computer[J].IEEE Trans Magnetics,2009,45(3):1100-1103.

[2]裴玉玲,庞佑兵. 基于可制造性设计的PCB协同设计[J].微电子学,2010,40(5):732-734.

[3]邓北川,申良.SMT回流焊工艺分析及其温控技术实现[J].电子工艺技术,2008,29(1):30-32.

[4]彭琛,郝秀云,刘克能.Mark点的不良设计对PCB印刷质量的影响[J].工艺与技术,2014,28-31.

作者单位

第8篇:虚拟仿真电子技术范文

【关键词】电动汽车;虚拟测试;技术

为了进一步满足环保需求、解决能源危机问题,纯电动汽车的发展受到越来越广泛的重视。纯电动汽车的推广可以有效减少汽车尾气与城市噪音,改善环境,节约能源。研究电动汽车技术,有利于我国在下一轮的新能源汽车产业上获得技术上的制高点,在汽车领域中,不再受制于发达国家,并推动我国电动汽车技术的未来发展,迎接新时代能源革命的到来。因此,进一步重视对纯电动汽车的研究是非常必要和迫切的。

1.电动汽车的发展现状

我们国家在电动汽车的研究上给予了高度重视。“九五”期间将电动汽车发展列入国家重大科技产业工程项目中;“十五”、“十一五”期间,在国家科教领导的批准下,成为“863”计划重点专项之一,为电动汽车技术研究投入了大量的科研经费。目前,许多具有代表性的企业在电动汽车技术方面具有相当的研发实力,并取得了相应成果。例如:一汽的奔腾B50、比亚迪的F6、威志B50、精灵EV等。2009年奇瑞又推出的麒麟M1-EV搭载的336V的大功率电动汽车电驱动系统,配备的高性能锂电池表现出较好的动力性和操控性。2008年11月,比亚迪公司的F3DM双模电动汽车已经获得国家工业和信息化部的量产批准和上市批准,这些都表明我国目前的电动汽车技术的发展已经步入了良好的发展轨道。

西方发达国家在电动汽车的政策制定、贷款发放与税收方面也额外重视和鼓励,各种规模的电动汽车公司都取得了较好的成绩。他们在电动汽车的研发方面各有侧重,比如日本的本田、丰田等企业持续专注混合动力汽车的发展,而美国的福特、通用汽车则偏向于燃料电动汽车。

电动汽车是以电动机、控制器与电源组成的以电驱动系统为基础的新能源车辆,是一个与现代交通网络便于结合的智能系统,更是实现清洁、智能、高效的道路运输的一个全新系统。从环保、能源角度来看,电动汽车的未来都会有一个广阔的发展市场。

2.电动汽车虚拟测试技术概述

虚拟测试技术主要借助于电子计算机的发展,将反映测试系统与过程特征的各种测试信息应用虚拟现实(VR)技术加以主动式的表达和处理,并由相应的硬件和软件所构成的虚拟测试系统。电子虚拟技术在性能预测、强度计算上提供了准确、快速的计算工具。利用电子计算机技术,在虚拟测试技术中进行数据采集处理,对测试过程进行正、逆交互作用式规划、优化与仿真分析。虚拟测试技术是多种技术的综合,其关键技术包括虚拟环境生成技术、测试信息建模技术、三维人机交互技术、信息融合与决策分析技术、虚拟测试性能评价技术等已经取得了显著的发展。近年来,国内外己有很多关于虚拟测试技术的研究。

将虚拟测试技术引入到电动汽车的硬件在环评估上,是电动汽车测试技术的一项重大开端。电动汽车虚拟测试技术可以方便的测试出汽车结构如何影响汽车性能,特别是当汽车参数变化时,实际车辆的实验测试不出其影响,而利用虚拟测试法,则可以利用一些高性能的软硬件分析这种参数的微小变化对车辆性能的影响。电动汽车的虚拟测试技术也可以对汽车的各种运动工况进行模拟仿真。现实中一些无法通过试验考查的、或者由于工况的原因而不易通过实车试验考查的情况,但是这些工况对整车性能影响却较大,这类工况的的检验又显得非常重要,此时,我们可以利用计算机仿真虚拟测试方法加以实现。

利用计算机仿真进行的虚拟测试,实现的成本较低,在产品开发过程中具有预测性,可以提高产品开发的成功率。在新产品与新技术开发过程中,开发人员必须综合考虑整车系统中各部分的参数匹配,从而使整车性能达到最佳。利用计算机仿真虚拟测试方法,可以在样车试制出来前,通过计算机仿真来全面分析设计参数与整车系统之间性能匹配问题,以此减少设计开发过程中的盲目性;可以在很短的时间内对各种设计方案进行运算与分析,并在较短的时间内找到最优方案;可以在更少的费用下,深入分析产品对整车性能的影响。通过硬件在环技术的结合,在进行实车测试前,电动汽车虚拟测试技术可将汽车的零部件性能、蓄电池性能、动力性能等更可靠、正准确的测试结果模拟出来。此外,整车开发过程中,很多部件的工作是瞬变的,这种变化有时是无法用仪器来检测的,但是可以利用各种规律,如动力学定律等,对其进行建模与分析。

利用电动汽车虚拟测试方法能使开发人员在产品设计阶段,对整车参数进行分析与优化,大大提高了产品设计的成功率、降低了产品的设计开发费用、缩短了汽车研制周期、提高了设计产品的性能,使产品在市场竞争中获得较大优势。这些对于竞争激烈的汽车产业来说,有及其重要的意义。所以说,针对电动汽车虚拟测试平台的研究,是一项很有意义、很有前景的技术创新。

3.虚拟现实技术及应用

虚拟现实技术是基于人工创建和体验虚拟世界的计算机系统。虚拟现实将真实感的传达和交互综合了起来。二十世纪八十年代,美国VPL公司的创始人拉尼尔首次提出“虚拟现实(VR)”。近年来,虚拟现实技术受到国内外学者的日益重视,并且已经在航空航天、科研、军事、娱乐等各个领域得到了广泛应用。

利用虚拟现实技术,可以很方便的在计算机上产生虚拟的测试环境,对被测产品进行各种性能测试与检验;并且,可以通过视觉、听觉、触觉作用与人,使测试者产生身临其境的感觉,可以像在真实环境中完成各种预定的测试项目。

在机械工程领域中,虚拟现实技术的研究主要集中在虚拟设计、虚拟制造、虚拟装配方面。在产品的外形设计、装配仿真、虚拟样机、机器人遥操作、产品工作性能测试、产品生产过程仿真与优化配置等各个方面得到广泛应用。

虽然我国的虚拟现实技术的研究起步较晚,但是已经引起了业界及政府的高度重视。国家自然科学基金与863计划中已经将虚拟现实技术的研究列入了研究项目中。目前,国内在虚拟样机方面的研究工作主要集中在各大高校。北航是最早进行虚拟现实技术研究的单位之一,侧重于航空仿真与基础性研究,已经开发出了适合飞行员训练的虚拟现实系统。吉林大学的汽车动态模拟国家重点实验室针对汽车汽车防爆制动系统混合仿真试验台进行了分析与研究,建立了硬件在环仿真的车辆模型、轮胎模型、路面模型及ABS液压系统模型,同时,对建立的模型进行了硬件在环仿真实验。

【参考文献】

[1]曹秉刚.中国电动汽车技术新进展[J].西安交通大学学报,2007,41,(1):114-117.

第9篇:虚拟仿真电子技术范文

【关键词】网络;虚拟实验室;数字仿真

一、EDA技术的应用

电子设计自动化EDA(Electronic Design Automation)技术是电子设计技术的核心。EDA主要能辅助进行三方面的设计工作,即IC设计、电子电路设计和PCB设计。目前,EDA技术使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。广大电子工程人员掌握这一先进技术,这不仅是提高设计效率的需要,更是我国电子工业在世界市场上生存、竞争与发展的需要。

二、电子虚拟实验室设计软件选择

现在的高校电子实验室普遍存在“软件少,硬件多”的问题,所有实验还是以基础训练型为主,比如:电路测试与电工基础实验,模拟电子技术实验,数字电路实验,单片机与接口技术实验等,大部分都是简单容易实现的。综合型和设计型实验很少,比如单片机开发实验等。学生在已安装好实验电路的实验台上来完成操作,从而完成验证定律、定理和结论,缺乏主体意识,没有带着问题去学、去做实验,不利于学生创新能力的培养。为了解决这方面的问题,我们以电子基础课为突破口,引入计算机虚拟仿真技术,创建电子虚拟仿真实验教学平台,不但可以完成各种基本实验,更可以进行设计性、综合性实验。通过虚拟仿真实验,可以观察和分析电路的结构、功能及工作原理,加强对实验原理、规则和实物实验操作要领的认识,使学生感悟和应用最先进的技术,并能引导他们积极主动地去探索新知识。学生可以自行设计电路进行仿真,并能通过观察分析模拟实验结果,及时地验证设计是否正确、合理。目前,众多院校在电路实践教学改革中引入了EDA技术,并建立了EDA实验室。配备了EWB、Pspice、Multisim、Protel、Max PluslI、System View等电路级仿真的主流软件及配套硬件。本文采用一款能仿真单片机的EDA软件-Proteus,在电子虚拟实验室的设计领域得到广泛推广和应用。

三、Proteus软件应用

Proteus软件是由英国Labcenter Electronics公司开发的

EDA工具软件。该软件集成了高级原理布图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。它是一种混合电路仿真工具,包括模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其电路组成的仿真等。Proteus6.7是目前最好的模拟单片机器件的工具,可以仿真51系列、AVR,PIC等常用的MCU及其电路。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是,它不仅能仿真单片机CPU的工作情况,也能仿真单片机电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时,关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变,而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验,从某种意义上讲,是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。(1)proteus的工作过程。运行proteus的ISIS程序后,进入该仿真软件的主界面。在工作前,要设置view菜单下的捕捉对齐和sys

tem下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的p(从库中选择元件命令)命令,在pickdevices窗口中选择电路所需的元件,放置元件并调整其相对位置,元件参数设置,元器件间连线,编写程序;在source菜单的Defineco degeneration tools菜单命令下,选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目;在source菜单的Add/remove source files命令下,加入单片机硬件电路的对应程序;通过debug菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。(2)Proteus软件所提供的元件资源。Proteus软件所提供了30多个元件库,数千种元件。元件涉及到数字和模拟、交流和直流等。(3)Proteus软件所提供的仪表资源。对于一个仿真软件或实验室,测试的仪器仪表的数量、类型和质量,是衡量实验室是否合格的一个关键因素。在Proteus软件包中,不存在同类仪表使用数量的问题。Proteus还提供了一个图形显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时地显示出来,其作用与示波器相似但功能更多。

四、电路设计流程

电路级设计工作流程如图所示,设计者首先确定设计方案,同时选择合适的元器件,然后设计电路原理图。接着进行第一次仿真,包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析、瞬态分析。系统在进行仿真时,必须要有元件模型库的支持,计算机上模拟的输入输出波形代替了实际电路调试中的信号源和示波器。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。

参 考 文 献