主頁 > 技術文章 > 淺析電工電子類仿真綜合實驗室的組建 2024-09-30

淺析電工電子類仿真綜合實驗室的組建

摘要：電工電子類技能實訓實驗是職業(yè)中學電工電子類專業(yè)課程的重要組成部分，教學的質量高低在很大程度上取決于專業(yè)課演示實驗和學生分組實驗的實際開出率。由于電子技術的飛速發(fā)展，學校在實驗設備的配備上很難跟得上實驗教學的要求。在這種情況下，如何尋找實驗教學的突破口，直接影響了實驗教學任務能否順利完成。通過教學實踐和探索，發(fā)現(xiàn)利用虛擬仿真軟件可以很好地解決這個問題。
　　電工電子類實驗是職業(yè)中學電工電子類專業(yè)課程的重要組成部分，教學的質量高低在很大程度上取決于專業(yè)課演示實驗和學生分組實驗的實際開出率。本文以中等職業(yè)教育電工電子實驗在教學中的作用為基礎、結合目前中等職業(yè)教育電工電子類實驗課開出率的現(xiàn)狀和原因分析，以及仿真實驗在實驗教學中的優(yōu)勢等方面，探討利用仿真軟件組建電工電子仿真實驗室的可行性和實用性。
一、實驗課對教學的重要性：
　　教師的演示實驗對學生起著潛移默化的直接示范作用，為學生學習電子技術概念和規(guī)律提供了直觀的環(huán)境，通過指導學生觀察和分析實驗現(xiàn)象，使學生獲得直觀的感性認識，從而更好地理解和掌握電子概念和規(guī)律。成功的演示實驗可以引起學生濃厚的學習興趣，而學生的分組實驗是最具體的，需要學生開動腦筋，動手操作，比用其他方法更能有效地激發(fā)學生的學習興趣，更有利于學生觀察現(xiàn)象，并從中發(fā)現(xiàn)問題而獲取知識，更能加深學生對知識的理解和掌握。所以，加強實驗教學是學習電工電子技術，推行職業(yè)教育，掌握技能的重要措施。
二、實驗教學現(xiàn)狀及主要原因分析：
　　現(xiàn)實中，總有很多實際情況影響教師演示實驗和學生分組實驗的開出率，從而直接影響了教學效果。究其原因主要還是因為學校已有實驗設備陳舊落后，或者數(shù)量跟不上學生規(guī)模的發(fā)展，使分組實驗難以組織和進行。學校經(jīng)費不足，對損耗損壞的儀器設備無力及時補充。實驗設備管理有難度，儀器設備人為損壞或學生操作失誤損壞多。
三、中等職業(yè)教育電子類專業(yè)實驗課程簡介：
　　1.電工基礎實驗:常用電工儀器儀表的使用、晶體管簡易測量等。
　　2.數(shù)字電子技術實驗:基本邏輯門電路、組合邏輯電路等。
　　3.模擬電路實驗:電子儀器實驗、晶體管的簡易測試、整流、濾波和穩(wěn)壓、單級交流放大器、穩(wěn)壓電源制作等。
　　4.高頻電子技術實驗: 通頻帶展寬電路、LC振蕩器、調幅與檢波系統(tǒng) 、非線性波形變換、調頻與鑒頻系統(tǒng)、FM 接收機組裝等。
　　5.電子設計自動化實驗:1位全加器輸入設計、多路選擇器設計、8位硬件加法器設計、7段數(shù)碼顯示譯碼器設計等。
　　6.C語言程序設計實驗:C語言程序的運行環(huán)境和運行、C語言程序、數(shù)據(jù)類型、輸入與輸出、綜合程序設計等。
　　7.電子組裝工藝與設備實驗:波形合成法測頻率、信號發(fā)生器的使用、頻率特性測試儀的使用、元器件的識別與測量、檢測等。
　 8.單片機原理與接口技術實驗:清零程序、ＭＣＳ—５１實驗系統(tǒng)的使用、數(shù)據(jù)傳送程序、數(shù)據(jù)排序實驗等。
　　9.電子CAD實驗：PROTEL99軟件的安裝、基本操作、原理圖編輯入門、原理圖設計、元件庫編輯、印制電路板的編輯、PCB元件庫編輯、電路仿真等。
四、仿真軟件功能簡介：
　　根據(jù)上述電子類專業(yè)實驗課程內容選擇仿真軟件。
　　1．電子仿真軟件Multisim。它有十分豐富的電子元器件庫，可供用戶調用組建仿真電路進行實驗；它提供18種基本分析方法，可供用戶對電子電路進行各種性能分析；它還有多達17臺虛擬儀器儀表和一個實時測量探針，可以滿足一般電子電路的測試和實驗。較新的版本NI Multisim10軟件則不僅僅局限于電子電路的虛擬仿真，其在虛擬儀器、單片機仿真等技術方面都有更多的創(chuàng)新和提高。功能相當強大，能勝任各種電子電路的分析和仿真實驗。
　　2．Proteus的ISIS。是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機軟件仿真系統(tǒng)。該軟件的特點是可全部滿足單片機軟件仿真系統(tǒng)的標準，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS-232動態(tài)仿真、C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。該軟件功能極其強大，可滿足學校C語言程序設計實驗和單片機實驗教學仿真要求。
　　3．FX-TRN-BEG-C是三菱公司新推出的中文版PLC教學軟件，是一個能提供各種控制要求、仿真運行各種控制程序的教學平臺。它利用3D虛擬空間設計，模擬出各種真實場景，操作簡單、效果明顯。例如，交通信號燈控制、正反轉控制、分揀和分配線控制、舞臺裝置控制、升降機控制等等，每一個場景都惟妙惟肖。學生可以在任何一個場景中按照控制要求進行編程，繪出梯形圖，并對PLC進行仿真運行操作，觀察運行結果是否符合設計要求，完全能勝任中等職業(yè)教育PLC實驗教學要求。
五、仿真實驗在實驗教學中的優(yōu)勢：
　　1．彌補了實驗經(jīng)費不足的缺陷
傳統(tǒng)電工電子類專業(yè)實驗需要有儀器設備和元器件的支持。有些實訓器材價格昂貴，如單片機實訓箱、PLC實訓裝置，有些實驗耗材大，有些實驗設備易損壞等等，都制約著學校實驗項目和數(shù)量的開出。在這種情況下，仿真電子實驗實訓很好地彌補了因實驗器材和經(jīng)費不足造成的這種遺憾。而且，仿真實驗一般不用考慮儀器的更新?lián)Q代，只需通過軟件的升級就能保證仿真設備的先進性。一些因需要價格昂貴或特殊設備而無法開展的實驗，也可以通過仿真輕易實現(xiàn)。
2．投入少，幾乎無損耗的實驗過程，維護成本低
　　傳統(tǒng)的電工電子實驗中，如果因為人為原因或者別的因素造成短路或電壓過高、儀器檔位選擇錯誤等，都很容易燒毀元器件，甚至燒毀貴重儀器。使用仿真技術可以從根本上避免實際儀器價錢高、易損壞、維護難的問題。甚至即使是人為地大幅度增大電源電壓、人為選擇錯誤量程，都不用擔心儀器會損壞，把對儀器設備的投入轉化成計算機軟硬件的投入，把儀器設備的維護轉變成對計算機軟硬件的維護，極大地減少了投入成本和維護成本。更不用擔心學生在實驗過程中會觸電造成人身安全事故。這些都是傳統(tǒng)電工電子類實驗不可能做到的。
　　3．豐富的測量儀器和元器件庫
　　除了常規(guī)實驗常用的萬用表、雙通道示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、掃頻儀等，還有邏輯分析儀、邏輯轉換儀、失真分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡分析儀等�？朔话銓W校儀器品種、數(shù)量不足的問題。元器件庫，包括基本元件、半導體器件、運算放大器、TTL和CMOS數(shù)字電路等，并且用戶可以通過元件仿真編輯器自行創(chuàng)建或修改所需元件模型，還可以進行元件模型的擴充和更新。更重要的是不再需要購買實際元件，極大地減低了實驗成本。
　　4．有利于學生開展探索性研究性實驗
　　傳統(tǒng)的電工電子實驗教學，由于實驗條件的局限性，實驗老師在課前會把本節(jié)課所需的儀器設備和元器件準備好，然后學生按照實驗的要求和步驟進行實驗，這樣的實驗，學生很少有自我發(fā)揮的機會，這也不符合目前以學生為主體的教育理念。在仿真實驗中，實驗成本下降了，儀器儀表和元器件的選擇范圍擴大了，更利于以學生為主體，開展一些設計研究性實驗和探索性實驗，更有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

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