虚拟仿真电子技术大全11篇

虚拟仿真电子技术篇（1）

2016年1月18日，在十八届五中全会中指出了“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念[1]，并在一带一路合作高峰论坛中强调：“我们要促进科技同产业、科技同金融深度融合，优化创新环境，集聚创新资源。我们要为互联网时代的各国青年打造创业空间、创业工场，成就未来一代的青春梦想。”而新工科的内涵正是为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、《中国制造2025》等一系列国家战略[2]。绥化学院作为地方应用型本科院校，具有服务地方，立足于地方性、应用型、开放式、国际化的办学定位，同时制定厚基础、强应用、养德性、善创新、高素质的培养规格[3]，均符合新工科人才培养理念，“数字电子技术”是电子信息工程专业的核心基础课程，为后续的“单片机原理与接口技术”“DSP及传感器原理”等课程的基础，而传统的数字电子技术教学模式具有知识面固定、教学内容老化、教学方法单一以及实验教学成本高等弊端，无法满足我国新时期新工科建设的具体实际教学要求，即同时适应当前行业产业发展的变化和满足未来行业产业发展的需求。基于此，本文为了响应“新工科”的教学背景，设计并开发了基于虚拟仿真的数字电子技术教学新模式。

1虚拟仿真技术的优势分析

为提高新时代背景下高等学校实验教学质量和实践育人水平，教育部从2017年起开展示范性虚拟仿真教学项目，利用线上+线下相结合的教学模式扩展学生的知识层面、增加学生的学习资源、提升学生与教师的互动能力，虚拟仿真技术可以依赖于网络云端的教学资源，有利于教学资源协调建设、高效管理与应用[4]。在资源共享的平台上，有助于提高教学质量，促进高校之间、校企之间协调发展，实现“产出导向”的培养模式，数字电子技术中涉及成本较高的耗材时，学生可采用仿真平台，通过模型建立、参数选择以及仿真计算等过程，在了解芯片电路工作机理的同时，还了解了软件和平台的应用，润物细无声中拓展了学生的知识，激发了学生的学习兴趣。

2教学模式的开发

虚拟仿真电子技术篇（2）

引言

电子技术实验室是闽南理工学院示范性实验教学基地，也是电子信息工程、电气自动化等专业重点建设的实验室之一，在目前以信息化教学为主导的引领下，从实验教学的实用性、便捷性和经济性考虑，构建基于VisualC#.NET开发设计的虚拟电子技术实验教学客户端平台，是目前我院实验教学电子化、信息化管理建设的一个重要任务与发展方向。电子技术虚拟仿真客户端实现了信息电子化管理，不仅让我院实验教学管理更加效率化和便捷化，让学生脱离了过去繁冗的纸张式、人力式操作，同时，该客户端的实现减少了实验教学人员的编制数量以及实验相关的工作量。因此，构建完善的电子技术虚拟仿真客户端势在必行。学生个人信息、实验数据、实验报告、实验考核成绩查询等，都应该在网上得到很好的支持。实验数据是电子技术虚拟仿真客户端应包含的一项重要数据资源，其包含的数据量大，数据出误时需要及时更新，管理上较为复杂。因此，单纯地依靠人工来管理是难以实现的。该客户端平台以电工电子实验硬件资源为基础，实现网络虚拟实验、实验数据管理与处理等需要而设计，在很大程度上减轻实验教学人员的的工作负担，实现了电工电子类实验教学的网络化、高效化、规范化，减少了人为的误操作而损坏实验硬件设备。

1客户端系统的设计

针对电子技术虚拟仿真客户端系统项目需求的角度进行分析，确定了系统中各个子系统的主要功能及任务。研究了客户端界面的设计原则，提出了基于VisualC#.net的客户端设计方法及数据库的设计原则。

1.1客户端系统需求分析

功能结构如图1所示。客户端的主要任务不是确定整个系统怎样完成工作，而是确定这五个子系统必须完成哪些工作，可以说是对系统客户端实现的功能提出完整、清晰、具体、准确的要求。需求分析过程要求客户端要完成的具体任务如下：首先明确对客户端的综合要求，主要包括性能要求、功能要求、运行要求及其它要求。性能要求包括数据准备度、响应时间、和适应性能要求；功能要求主要描述了整个系统要完成的全部功能；运行要求是对系统运行过程中硬件环境、软件、接口的要求；其它要求主要包括安全性、可靠性、保密性、可维护等方面的要求，以及今后可能涉及到改进升级问题做出分析。系统数据要求分析，通过对系统的信息流向归纳抽象出系统的数据逻辑关系，并对系统的动态数据、静态数据、数据库类型、名称以及数据采集方式进行详细描述。导出目标系统的详细逻辑模型，根据上面两项分析得出客户端系统的详细逻辑模型，并用数据流图、IPO图、数据字典来表示。

1.2系统设计流程

系统客户端共包含5个子系统：身份认证子系统、通信子系统、工具箱子系统、电子元件数据库子系统、电原理图自动生成与调整子系统。用户只要通过校园网使自己的计算机联入Internet，就可以通过客户端访问虚拟实验系统。客户端是用户直接打交道对象，多个客户端可以同时登录到系统服务器，同时完成不同的实验。系统服务器和所有的实验客户端都处于校园网的高速局域网中，用户在正常情况下通过客户端登录到服务器上，即可随时进行实验，如果客户端需要进行维护、修改时，可以随时从服务器上注销。交互设计，任何产品的功能体现都是通过人与机器的交互能力来判断的，如果这种交互更为简单，也就是说开发的产品更方便用户使用，这是交互设计的最终目标。因此，交互设计的核心要重点体现出人的因素，并按照以下原理来设计：①有错误提示信息时，方便用户纠正；②用户控制界面简单化。给出用户多种操作选择的提示信息；③允许兼用键盘和鼠标；④允许用户在操作过程中，可能因为某种原因需求中止当前操作去执行其它任务；⑤快速反应信息。用户在操作过程中，往往会出现操作不当靠成心理上的焦虑而陷入误区，系统快速反应信息可以必免这种情况发生；⑥使用的语言是面向用户的高级语言，方面阅读；⑦方便退出。视觉设计是在结构设计的基础上，根据用户的心理特征进行包括页面、字体、色彩等方面的设计。视觉设计的目标是让用户操作过程心情舒畅，其设计原则如下：①用户可根据自己需求改变界面色彩、风格；②色彩协调搭配。界面色彩反差不应过大，必免造成界面花花绿绿，尽量少用红色和绿色；③使用真实的图形符号；④具有视觉索引。用户根据不同的图形符号能够快速判断其代表的内容，达到用图形来刺激视觉的效果；⑤条理清晰、布局合理。总之，客户端界面设计的目标是为了满足用户的需求，整个设计过程都是围绕用户的考虑的，此外还应充分考虑整体的布局，界面各元素的位置、图标与色彩搭配的问题，以达到美化的效果，提高界面的可阅读性并具有吸引力。

2建立数学模型

实验电路原理图自动生成的过程，本质上就是对实物电路图到电路原理图的转换过程。要完成这一转换过程，需要对实物电路进行建模，对电路的各个组成单元进行抽象、分析、统合、识别的过程。电子元器件的建模是在面包板建模的基础上进行的数学分析，它与元件的端口数、元件的插入位置有关。下面是以二端元件电阻为例进行建模的过程（其它元件与二端元件建模相似）。在面包板上确定二端元件的两个插孔E2、F2，然后从插孔引出两上引线并在这两根引线上替换成电阻的符号图，如图3所示。对应的电阻元件信息表，如表1所示。频率计等，一般在使用过程中都是利用仪器的两个探头与被测电路的两点相连，读取被测两点的数据。测量仪器的建模过程可以参考二端元件的建模方法，其过程基本类似。

3系统功能实现

虚拟电工电子实验系统设计的最大亮点就是为用户提供了电原理图自动生成的功能。用户通过面包板搭建实物电路后，只要点击系统客户端菜单下的“视图”-“原理图”选项，就能够在窗口中查看自动生成的电原理图。但是，由于这一过程是通过数学建模、解析、映射生成的，得到的电原理图并不一定是用户所需的最佳原理图，因此系统还为用户提供手动优化的方法，以提高转换效率。电原理图自动生成的基本原理：矩阵M中的各个元素与面包板上的所有插孔实现了一一对应关系，矩阵中的信息也代表了实物电路的相关信息，用户可以根据实物电路的互连信息网表修改矩阵T值，映射成最优化的电原理图。在修改矩阵M值相关元素时，还要考虑面包板本身插孔的互连信息。相通的插孔数值也应相同（同1或同0），也就是说Ai=Bi=Ci=Di=Ei、Fi=Gi=Hi=Ii=Ji，并体现在矩阵中。

4效益分析及应用前景

随着闽南理工学院的发展状大，学生规模和实验室场所之间的矛盾越来越明显，学院在设备资金的投入也受到了一定限制。因此，电子技术虚拟仿真客户端系统的实现将解决这一主要矛盾，学生只要在网络上登入这一系统便可以完成相应的实验。当前我院还处于传统的实验教学模式，设备老化、实验场所限制、实验教学人员编制、实验室管理、实验工作量等问题都不能找出较好的解决方法。对这一问题，最好的解决办法就是借助计算机网络技术和数据库管理系统，对实验进行网络虚拟仿真，并对数据实行电子化管理。本课题的目的就是开发“电子技术虚拟仿真客户端系统”，通过这一系统为学生提供网络实验平台，实现实验数据信息管理的电子化，提供一个电子化的信息管理平台。

参考文献：

[1]韦有双.虚拟现实技术与系统仿真[M].北京：国防工业出版社，2014.

[2]江晓玲.基于WWW的网上虚拟电工电子实验室的建设[J].电气电子教学学报，2013.

[3]林君.网上虚拟实验建设方案与实现[J].黑龙江工程学院学报，2015.

虚拟仿真电子技术篇（3）

关键词 虚拟仿真技术；中职；电子技术；教学应用

中图分类号：G718.3 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2015）20-0122-02

电子技术是一门专业技能课，它在中职学校中的快速发展，不仅推动了现代教育的进步，而且还提高了中职的教学水平和质量、学生的学习兴趣，丰富了课堂知识内容。在电子技术教学中，应用虚拟仿真技术是把理论和实践相结合的重要方法，也是让学生们提高综合素质的重要方式。

一、虚拟仿真技术的概念

虚拟仿真技术是虚拟系统对真实系统的模仿，在电子技术教学中一直被使用，是电子计算机发展过程中研究出来的新方法。随着科技的飞速发展，虚拟仿真技术也在不断变革，并渐渐成为不可缺少的一部分。

二、虚拟仿真技术的应用现状

在虚拟仿真技术不断发展的情况下，该技术在实践应用中开始普及，虚拟仿真技术在电子技术教学中，已经成为教学的重要教学工具，其他很多行业也在开始引进虚拟仿真技术。虚拟仿真技术到目前为止，一直使用的是Multisim仿真软件，并且该软件已经更新到了EWB5.0，这个软件是建立在PC平台上的一个图形操作界面，模仿一个真实版的电子电路实验台，可以对所有工作台进行操作和指挥，体验真实的电子电路实验。目前，我国普遍采用的是EDA软件，主要是对电子电路进行分析、设计和仿真。

三、虚拟仿真技术在教学中的应用

1.理论教学。理论教学是电工电子教学中不可缺少的一部分。理论教学可以使学生有足够的专业理论知识，为实践教学打下基础。专业理论课一般比较枯燥无味，有些学生基础比较差，比较薄弱，就没有很大的兴趣，老师教起来就相对来说比较困难，而且还影响教学效果。随着虚拟仿真技术的发展，课堂上渐渐地引进了这项技术，在进行理论讲解的同时，利用仿真技术进行多媒体演练，把理论教学中抽象的概念形象化、简单化、直观化。例如：在基本放大电路中，对静态工作的选择，直接影响到放大器的性能。一般在理论课上，学生都会利用公式进行推理，这样就不能深刻理解，会对基本放大电路的知识掌握不好。但是，通过虚拟仿真的演示，学生很直观地去了解和认识；在模拟电子线路中，三根管的公式是：Ie=Ic+Ib，在理论教学中都是用表格的方式列出相应的数据，证明是很多实验之后的出来的结果，学生只有死记硬背，没有真实体验，所以用虚拟仿真的技术，让学生们自己动手去验证公式的到来，这样就会更容易牢记。

2.实践教学。电子技术教学更注重实践，是一门实践性很强的课程。在实验过程中安全第一，但是也避免不了出现一些意外，存在很多安全隐患。而虚拟仿真技术只需要在计算机房就可以完成实验，可以避免安全隐患的发生。虚拟仿真技术可以让学生不受任何因素的限制，只要有计算机就可以完成实验，可以更好地把理论和实践相结合，提高学生的应用能力和课堂效果。例如：实践工作中没有逻辑转换仪器，但是仿真技术中有，在数学电路中，利用逻辑转换仪器，将逻辑电路和逻辑表达方式、真值表之间进行转换，可以让学生学习起来更加方便。

四、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的意义

1.虚拟仿真技术在教学环境中创造了很多种场景，让教学环境多元化，因为仿真技术具有交互性强、生动形象等特殊特点，可以把各种各样的假设模型通过系统更直观的让学生们看到各种假设所出现的结果，提高学生的创新能力和创新思维。这样课堂就不会枯燥无味，学生们就会更加积极地参与到课堂中。例如，在学习《彩色电视机原理及维修》时，可以借助多媒体信息软件，为学生展示电视剧发展的历程，讲解彩色电视机市场的特点，结合实际生活，提问“自己家中使用的电视剧是什么样的”，形成互动型教学模式。所以，虚拟仿真技术不仅能够使学生掌握专业的技能知识，还能激发学生对专业知识的兴趣，还能有效地提高课堂效率。

2.在传统实训教学中，学生和教师反映适应性差是普遍问题之一，其只要因素是硬件设备。仿真技术使用广泛，兼容性强，适用于教学的全过程，并且不受专业技术、学科类别的影响，如电子专业的实训项目教学、基础实验等，都可利用具有仿真功能的通用型软件Protel和Multisim来完成。

3.仿真技术不仅仅可以解决实训费用过高的问题，还能够降低环境污染、意外问题的发生。在传统的操作系统中，经常会有危险的环节，而仿真技术可以提前让学生掌握其流程，减小危险事故的发生，可以使学生放心大胆地去完成每一个试验。

五、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中存在的问题

虽然虚拟仿真技术改善了教学手段，丰富了教学内容，但是教学中完全使用仿真技术会大大降低学生对真实元器件的封装、检测的认识度，降低对仪器的操作能力和削弱对电子产品的布线能力、安装调试能力等。为了避免这种现象，必须采取两种相结合的方法，在强调仿真技术对教学的辅助性的同时，还要强调实际动手能力的重要性，两者有效结合。对仿真实验合理地安排，提供科学、合理的仿真实验，让学生多自己动手设计、制作，提高学生的动手能力。

六、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中应用方法的研究

1.仿真技术与经济发展紧密结合。目前，大多数仿真技术软件都是外国开放的，这些软件不仅价格昂贵，而且不适合我国的教育发展。所以我国应该建立仿真技术服务平台，研究开发适合我国教育发展的仿真软件，开发仿真软件要紧密的与经济发展相结合，跟上科技发展的脚步，全力开发先进的、适用的、全面覆盖的仿真技术。

2.仿真技术的标准化、规范化。许多中职学校在自行研发仿真技术软件，但是到目前为止没有一个统一的标准。所以对仿真技术要标准化，学生的使用要流程化、对软件的设计要规范化，把仿真技术和多媒体技术紧密结合，提高仿真技术在中职电子技术教学中的教学质量。

3.坚持虚实结合。虽然仿真技术能够很大程度的提高学生的理解能力和动手能力，但是仿真技术缺乏实物感，与真实的实验不一样。比如：在网络实训中，利用到的一些设备路由器、交换机等，虽然在仿真技术中学生都会使用，但是实物和仿真存在着差异，会导致在实物训练中无从下手。所以，应该合理的安排仿真实验，有计划地进行实训，把仿真技术和实物训练结合在一起，提高教学的质量和效果。

随着科学技术的发展，虚拟仿真技术在我们生活用广泛使用，在中职电子教学技术中也具有重要的意义。它使理论教学概念变得生动化、形象化，不仅创新了电子技术教学的模式，而且还提高了学生的电子技术综合能力，使学生对专业理论知识更加深入的掌握。学生通过实践，形成了一定的创新意识和思维想法，为未来的工作和发展奠定了基础。

参考文献：

[1]陈闽蜀.虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的应用分析[J].兰州教育学院学报,2015,1,(3):111-112.

虚拟仿真电子技术篇（4）

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）02-0134-02

一、引言

电力电子技术是目前最活跃、发展最快的一门新兴学科，且广泛应用于工业、交通、IT、通信、国防以及民用电器、新能源发电等领域，它的应用领域几乎涉及国民经济的各个工业部门。

二、电力电子技术课程教学现状

当前高职院校基本都采取理论教学加实践操作的模式进行电力电子技术课程的教学。首先，讲解电力电子器件的工作原理、特性以及使用方法；然后对各种变流电路（包括整流、逆变、斩波和交流变换等）的电路构成、工作原理和波形等进行分析；最后在实验实训台上进行实操、搭建电路、观察波形等进行验证。

电力电子技术课程本身属于电类各专业课程中较难的课程之一，教学对象又为高职学生，他们理论基础差，计算能力弱，因此教学重心一定偏向实操。然后，在对电力电子电路进行实验实训分析的过程中，由于电力电子器件具有非线性等特点以及电力电子电路的复杂性，造成实验实训结果不明显，单从示波器显示波形不能很好地检测电路的正确性。而且电力电子技术的实验实训都涉及到220V或者380V的高电压，具有一定的危险性。往往造成学生实验实训项目做得迷迷糊糊，不知道结果是否正确，即使知道错误了也很难进行排故，导致学生学习兴趣减低，形成恶性循环。

三、虚拟仿真技术在电力电子技术教学中的应用

虚拟仿真技术是近年来随着计算机技术迅猛发展而逐步形成的一类实验研究的新技术，它在各类专业各种类型的课程当中被广泛应用。虚拟仿真技术的优点主要有：（1）实验硬件门槛低，基本不需要专业的实验设备，只需要普通计算机即可；（2）实验过程安全可靠，不涉及高电压、高电流；（3）实验过程迅速、结果清晰明显，能快速地在计算机屏幕上显示所需要的所有结果，一目了然；（4）纠错排故简单，基本的仿真实验修改只需要在仿真环境下进行器件或者连接的修改。

鉴于以上优点，虚拟仿真技术在电力电子技术课程实验当中进行应用十分合适，并能有效地提高电力电子技术课程的教学效果。目前，可对电力电子电路及系统进行虚拟仿真的软件较多，如Matlab、Pspise、Saber以及Multisim等。这些模拟仿真软件的出现，为电力电子电路及系统的分析提供了方便、有效的手段，大大简化了电力电子电路及系统的设计和分析过程。其中Matlab软件由于其Simulink环境下提供的SimPowerSystems工具箱在电力系统分析、电力电子电路分析中令人满意的表现、友好的界面和模块化的形式受到广大用户的青睐。

根据电力电子技术课程教学的要求，结合课程实验操作内容，我们设计、建立并实现了涵盖高职教学要求的十五个电力电子技术Matlab仿真项目。下面以直流升压斩波电路为例，详细介绍使用Matlab软件进行模拟仿真的方法和步骤。

四、仿真实例

本节以直流升压斩波电路为例，详细介绍使用Matlab软件进行电力电子电路仿真的方法和步骤。直流升压斩波电路是典型的直流斩波电路之一，它通过电容、电感元件的储能以及电力电子器件（此处使用IGBT）的通断控制，使负载上得到比电源电压高的电压，其电路原理图如下所示。

根据电路原理图，在Matlab的Simulink中建立直流升压斩波电路仿真模型，步骤如下：

1.仿真平台建立。启动MATLAB，进入MATLAB环境，点击工具栏中的Simulink选项，进入所需的仿真环境，点击File/New/Model新建一个仿真平台。

2.模块提取。在Simulink环境中拉取所需要的模块到仿真平台中，具体做法是点击左边的器件分类，电力电子仿真实验一般只用到Simulink和SimPowerSystems两个，分别在它们的下拉选项中找到我们所需的模块，用鼠标左键点击所需的模块不放，然后直接拉到仿真平台中。本电路图所需要的模块及提取路径如下表所示。

3.仿真模型建立。将提取的各模块，按照原理图布局好位置并进行连线。具体做法是移动鼠标到一个模块的连接点上，会出现一个“+”字型光标，按住鼠标左键不放，一直拉到所要连接的另一个模块的连接点上，放开左键，连线就完成了。本电路图的仿真模型如下图所示。

4.参数设置。参数设置分为模块参数设置和仿真参数设置。模块参数设置如下：直流电压源的幅值设置为100V。电阻负载设置为1Ω。控制脉冲电压由脉冲发生器产生，电压幅值设置为3V，周期设置为0.001S，脉冲宽度比的大小设置可改变输出负载电压的大小。IGBT、功率二极管、信号分解器、电感和电容可保持默认设置。示波器根据需要输出的波形个数设置输入端口数。仿真参数设置如下：将开始时间设置为0，终止时间设置为0.01，算法设置为ode23tb。

5.仿真。完成以上步骤后便可以开始仿真，仿真结束后双击示波器观察波形。直流升压斩波电路在控制脉冲电压宽度比为80%和40%时的仿真波形如图3所示，与理论分析值一致。

五、小结

虚拟仿真技术随着计算机技术的发展在近些年得到了长足的发展，越来越多的课程在教学中引入了虚拟仿真技术，它对课程教学效果的提供具有较大的作用。文章在分析教学现状的基础上，引入了使用Matlab软件的虚拟仿真技术，并以直流升压斩波电路为例，详细介绍使用Matlab软件进行电力电子电路仿真的方法和步骤。

参考文献：

虚拟仿真电子技术篇（5）

中图分类号：G420文献标识码：A

The Application of Virtual Simulation Technology in

"Electrical and Electronic Technology" Teaching

YU Ruihong, LIU Shucong, WANG Quansheng

(Institute of Disaster Prevention, Sanhe, Hebei 065201)

AbstractSome reform and innovation were done on the traditional teaching model, combining with electrical and electronics teaching and curriculum design practice. Virtual simulation software Multisim10 were applied to the "electric and electronic technology" teaching, and the application of software Multisim10 in classroom teaching and curriculum practice were introduced, through the basic common-emitter amplifier and other examples. The teaching practice showed that simulation technology can compensate for the lack of traditional experiments, optimize circuit design, and improve the level of student to design and develop circiuts.

Key wordsvirtual simulation; electrical and electronic; teaching; practice

0 引言

电工电子技术是一门实践性很强的专业基础课，实验教学在这门课程中占有举足轻重的地位，它着重培养学生的实验操作技能和严谨踏实的科学作风，是提高学生分析问题、解决问题以及理论联系实际能力的重要环节。目前，传统的电工电子实验是学生在实验室根据给定的电路图和元器件搭建实验电路，用仪器测量数据，得出结论。传统实验教学在学生增加实物电子元器件知识、培养正确使用仪器仪表的方法及掌握基本的工程测量技术等方面有着无可替代的优势。但是，传统实验也存在实验器件老化，调试不方便，读数误差大，综合性和设计性实验比例偏少等缺点，不利于促进学生综合能力和创新能力的培养。

随着计算机技术的发展，现在已出现利用计算机仿真技术来完全或部分模拟实验设备的情况，运用电路设计仿真软件设计电路，是提高电子线路设计水平和能力的有效方法。利用虚拟仿真技术，教师在用电子教案教授理论知识的同时，可用仿真软件教学，使理论和实践相结合，让学生亲自感受到实际动手操作的乐趣，有效地提高了学生的学习兴趣和效率。

1 仿真技术在教学中的应用

仿真教学是现代教学中的一种全新的教学模式，它既是一种重要的教学方法、教学手段，又是一种新的教学理念。它在教学中显示出来不受时间、空间、经费、组织形式制约的优点和作用是传统教学无法比拟的。Multisi10仿真软件具有友好的用户界面，操作方便，具有数字、模拟及数字/模拟混合电路的仿真能力。它提供的测试仪器和某些仿真元器件的外形与实物非常接近，操作方法也基本相同，是一款非常好用的电子电路仿真软件。将Multisim软件应用于电子技术的教学中，有利于改善教学方法和提高教学效果，有利于学生理解抽象的知识，激发学生的学习兴趣，提高学生综合设计能力。下面结合具体的实例说明Multisim软件在课堂教学中的应用。

1.1 共射放大电路分析

图1基本共射放大电路

图2射极电压图3共射放大电路三极电压

在三极管的基本电路分析这一节中，有不少知识点学生感到难于理解，在做实验时所测得的数据也不一定与理论符合，而我们通过仿真可以很好地掌握各个知识点。首先，依照所设计的电路图搭建电路，如图1所示，接入电压表，编辑完元件(元件参数及标签，快捷键等)后进行电路仿真；然后双击万用表（XMM1）图标，就可以观察三极管e端对地的直流电压，如图2所示。

（1）静态分析。在前面搭建好的电路之上，调节滑动变阻器的阻值，使万用表的数据为2.2V。执行菜单栏中simulate/analyses/DC Operating Point，这样便可得到三极管的三个极的静态电压，即基极，射极，集电极的直流电压，如图3所示。

（2）动态分析。在图1中在输入端加入幅值为 10mV的正弦电压信号，输出端分别接1.5k负载和空载。单击仪表工具栏中的第四个按钮（即：示波器Oscilloscope），并将其接入电路中。单击工具栏中运行按钮，便进行数据的仿真。然后双击示波器图标，得放大电路在接1.5k负载和空载时的输出电压波形，如图4和图5所示。

根据以上仿真结果，学生们可得出如下结论：①静态时基极和射极间电压UBEQ为0.6V~0.8V；②输出电压比输入电压幅值大，电路具有电压放大作用；③输出电压与输入电压在相位上相差 1800，共射极电路具有反相作用；④放大电路的放大倍数与负载有关，负载越大，放大倍数越大。

学生通过观察仿真结果、思考、总结归纳得这些结果，因此印象深刻，理解较透彻。

1.2 低通二阶滤波电路分析

图6 低通二阶滤波电路

图7低通二阶滤波电路特性

2 仿真技术在课程实践中的应用

有源滤波器在信号处理中有广泛的应用，尤其是去除传输过程中无用或者有害信号的频率分量。以前通过理论计算分析有源滤波器的幅频特性，现在利用Multisim仿真软件可得到各种滤波器的幅频特性曲线图，与理论分析对比，学生能够更加形象地掌握各种滤波电路的功能和特性。搭建如图6所示的低通二阶滤波电路，进行仿真之后得到图7所示的频率特性，可以比较直观地看出此滤波电路就是低通滤波电路。通过仿真实验，学生可以自由改变系统的结构、参数，通过观察各个节点的波形来了解模型中每一部分对结果的影响，直到找到满意的理论模型和相应的参数，将呆板的实验变为研究性的学习。

将虚拟仿真技术应用于电工电子技术理论课教学，借助电子线路仿真功能，随时改变电路结构和参数，动态演示电路的特性变化，将原来非常抽象复杂的理论知识变得直观形象，增强了学生的感性认识，加深了对所学知识的印象，降低了学习难度，提高了课堂效率和教学效果。

在课程综合设计和实践中，受实验经费、实验场地、实验耗材等条件的限制，综合性、设计性实验比例偏少，不利于促进学生自主创新意识和创新能力的培养。Multisim软件如同一个大的电工电子实验室，不受器件种类、数量和实验设备的限制，教师可以指导学生做一些综合性、设计性实验，比如数字电路中的数字钟，多功能抢答器，频率计，信号发生器等综合性的实验，这些都能够很好地提高学生的能力，促进学生自主创新意识和创新能力的培养。下面以数字钟为例简单说明数字钟的设计原理。

2.1 设计要求

要求设计一个具有“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示(小时从00~23)的计时器，具有手动校时、校分的功能，用74系列中小规模集成器件去实现。

2.2 数字计时器的基本设计原理

数字计时器一般都由振荡器、分频器、译码器、显示器等几部分组成。其中，振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“时”显示由二十四进制计数器、译码器和显示器构成；“分”和“秒”显示分别由六十进制计数器、译码器和显示器构成。数字钟原理框图如图8所示，主要设计部分分析如下：

（1）振荡器:通常选用石英晶体来构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时的精度就越高。

（2）分频器:功能主要有两个：一是产生标准秒脉冲信号；二是可提供功能扩展电路所需要的信号。选用中规模计数器74LS90D,每片为1/10分频器,选择合适的片数级连即可获得1Hz标准秒脉冲信号。如果振荡频率为100kHz，就得需要5片74LS90D进行级连。

（3）计数器：根据图8所示，显示“时”、“分”、“秒”需要6片中规模计数器。其中，“分”、“秒”位计时各为六十进制计数器，“时”位计时为二十四进制计数器。六十进制计数器和二十四进制计数器都选用74LS90D集成块，采用反馈清零法。

（4）校时电路：当刚接通电源或计时出现误差时，都需要对时间进行校正。将各模块连接成完整的电路，就能方便地设计出数字钟电路，使得学生们能够学以致用，激发了他们的学习兴趣，另外通过不断的改变控制逻辑电路部分，可以使电子钟表的功能不断地得到完善，使得学生们的创新能力得到了锻炼和提高。

图8数字钟设计原理图

3 结束语

Multisim软件如同一个大的电工电子实验室，可以弥补实验设施的不足,为实验提供了极大的便利，极大地提高了实践教学环节的质量；Multisim软件还可以辅助理论教学，教师可以在讲解完理论后直接进行实验和演示，使得物理过程更为形象直观；此外，Multisim软件用户界面直观，操作方便，学生在课后可自己设计电路，加理解电路功能及仪器仪表的使用，还可激发学生的学习兴趣，有效地调动学生的主观能动性，学生可以自主开发和设计一些电路，激发了学生的创新意识，培养了学生的创新能力。

利用Multisim软件提供的虚拟电子工作平台，可以方便地完成各项实验和教学工作。 但是仿真软件的操作不能代替实际电路，要充分发挥传统实验和虚拟实验各自的优势，在保留传统硬件实验的前提下，将以计算机仿真技术为主的仿真实验融合到传统的实验教学中来，构建一个新型的实践教学体系，以提高学生动手能力、分析问题解决问题的能力，提高学生自主创新意识和创新能力，全面提升学生的综合素质。

参考文献

[1]王冠华.Multisiml0电路设计及应用[M].北京:国防工业大学出版社,2008.

[2]马风格,梁夏,李桂香.Multisim在电子线路实验教学中的应用探索[J].实验技术与管理,2005(12):73-75.

虚拟仿真电子技术篇（6）

为进一步推进我校实验教学信息化建设，加快专业实验教学与现代信息技术的深度融合，努力实现优质实验教学资源的共建共享，切实加强学生创新精神和实践能力的培养，我们开展了《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心的建设工作。

一、建设的任务和原则

《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心的建设任务是实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，在涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练以及现有实验条件不足或学生自主开展实验与训练等情况时，提供可靠、安全和经济的实验项目。《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心的建设必须充分体现虚实结合、相互补充、能实不虚的原则。

二、建设的内容

《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心的建设内容为：

1.虚拟仿真实验教学资源。发挥学院的电气工程学科专业优势，积极利用企业的开发实力和支持服务能力，充分整合信息化实验教学资源，以培养学生综合设计和创新能力为出发点，创造性地建设与应用高水平实验教学资源（包括软件共享虚拟实验、仪器共享虚拟实验和远程控制虚拟实验等），提高实验教学能力，拓展实验领域，丰富实验教学内容，降低成本和风险，开展绿色实验教学。

2.虚拟仿真实验教学的管理和共享平台。建设具有扩展性、兼容性、前瞻性的管理和共享平台，高效管理实验教学资源，实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享，满足多地区、多学校和多专业的虚拟仿真实验教学的需求。探索学校和企事业单位（包括企业、科研机构、政府机构等）共建共管的新模式和新途径，建立可持续发展的虚拟仿真实验教学服务支撑体系。

3.虚拟仿真实验教学和管理队伍。建设教学、科研、技术人员结合，核心骨干人员相对稳定，结构合理的虚拟仿真实验教学团队，形成一支教育理念先进、学术水平高、教学科研能力强、实践经验丰富、勇于创新的虚拟仿真实验教学和管理队伍。

4.虚拟仿真实验教学中心的管理体系。以虚拟仿真实验教学资源的开放共享和充分使用为目标，系统制定并有效实施保障虚拟仿真实验教学的教师工作绩效考核、经费使用管理、实验教学中心维护与可持续发展等政策措施，建立有利于激励学生学习和提高学生创新能力的教学效果考核、评价和反馈机制。

三、建设的办法

为了确保《电力电子技术》虚拟仿真实验教学中心建设工作的顺利开展，需要采取切实可行的办法：

首先，学院制定出台相关政策措施、中心建设与管理的各项规章制度等文件，并责成相关人员出具中心建设规划与实施方案。

其次，中心开发教学软件、多媒体课件、在线网络课程、教学视频等数字教学资源，且课件要求可在浏览器环境播放。

再有，虚拟仿真实验教学中心的视频材料包含实验教学中心环境全貌、设备全貌、实验项目操作界面和功能界面等内容，反映虚拟仿真实验教学建设、应用和共享的基本情况。

虚拟仿真电子技术篇（7）

虚拟仿真技术，是一种借助于计算机进行图形处理，实现图像再现的方法，将其引入电子信息类专业教学中，有助于提高教学质量与学生兴趣，拓展学生的知识面，丰富课堂的教学内容，培养学生的应用创新意识与能力。

一、虚拟仿真技术及其在电子信息类专业教学中的应用优势

虚拟仿真技术在电子信息类专业教学中的应用，主要体现在两个方面，一是虚拟仪器，二是仿真。其中，虚拟仪器利用“软件即仪器”的思路，借助于虚拟仿真软件，实现了一系列仪器的功能。仿真是指借助于模型开展电子信息类实验，通过仿真软件等的模拟功能，模拟实验环境与过程，达到教学实践与理论相结合的目的。

虚拟仿真技术在电子信息类专业教学中的应用，改变了传统的以教师为中心的单项输入式教学模式，通过指导性的虚拟实验设计与自主学习活动设计，增强了学生的主体地位，最大化地节约实验教学成本，打破了时空的限制，可在任何地点、任何时间进行电路仿真，便于利用便携式硬件及虚拟仪器验证仿真结果，极大地提升了实验效果。学生可以借助于虚拟仿真技术迅速完成实验，避免了大量枯燥的反复操作，提升了教学实验测量、显示精度，节约了该环节所需时间，为学生提供了更多实验探索设计的机会，同时，还确保了实验过程的安全性。

二、电子信息类专业教学中虚拟仿真技术的典型应用

1.Multisim软件

该软件是NI公司所研发的一款专业化电子仿真软件，具有操作简便、易上手等优势，其元器件十分丰富，而虚拟实验仪器更是功能强大，不仅提供了万用表、示波器等多种常用仪器，还兼具虚拟网络分析、频谱分析等功能，操作方便。该软件在电路类课程中的应用十分广泛，由于通信子线路课程具有较大的难度，理论知识过于抽象，因此，理论教学无法使学生深刻地理解。若想采用专业化通信设备，就要投入庞大的资金，这也是很多学校无法承担的，因此，可以借助于虚拟仿真软件模拟实验过程。

例如，在讲解调制解调器时，为了帮助学生理解三种调制，可以利用Multisim软件进行二极管桥型调幅电路的绘制，借助于“虚拟示波器”XSC1，就调幅信号所观测到的波形进行展示，这样学生可以清晰地看到波形变化与调载幅度变化保持一致，频率、相位并没有发生变化，学生可以对任意参数进行修改，并对波形变化规律进行观察，无需担心会对测试仪器造成破坏。利用该软件帮助学生学会如何使用虚拟示波器，再碰到实物示波器时，学生就能从容地操作了。

2.Proteus软件

该软件包括ISIS、ARES两个软件，其中，ISIS是一款电子系统仿真软件，能够对模拟、数字、模数混合电路进行仿真，并对微控制器系统及其电子元器件进行仿真，实现了软硬件的充分结合与实时仿真。以单片机课程中的LED点阵为例，其虽然结构较为简单，但加上驱动电路，要想使学生理解其显示原理仍较困难。可以利用Proteus软件，绘制8×8点阵电路图，点阵行采用74LS245作为驱动，由P2口进行控制，点阵列由P1口进行控制，并动态显示出来，再将源代码装入单片机，即可实现模拟仿真。采用该软件仿真极大地调动了学生的兴趣，便于其更好地理解LED显示原理。

3.MAX+plus II软件

该软件包括设计输入、处理、校验、编程下载等四大部分，提供诸如VHDL、AHDL等多种硬件设计的输入语言功能。该软件为硬件编程提供了条件，实现了硬件的在线升级，可以根据自身需求设计出独一无二的集成电路，因而在数字电子技术课程中有广泛的应用。例如，在设计一位全加器时，包括三种输入ain、bin、cin和两个输出sum、cout，通过绘制其内部原理图，软件可自动生成全加器逻辑符号，并对其逻辑波形进行观察。通过对波形时序关系进行分析，明确所设计全加器是否存在错误，是否需要修正。若无问题，可以选择菜单中的芯片型号，如选取EPM7128SLC84-15芯片，并对管脚重新加以分配、定位，将编程进行下载，完成操作过程。

三、结语

如今，虚拟仿真技术已经成为创新型电子信息类专业人才培养的必要手段。通过虚实结合、虚实互补模式，提高学生综合应用、工程实践与创新的能力，同时，实现了电子信息类专业教学资源的开放化与深度共享，全面提高电子通信类专业的教学效果。

虚拟仿真电子技术篇（8）

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，探讨在航空电子装备教学软件中应用虚拟仿真技术的方法和体会。

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，构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟三维场景，并能响应用户的输入，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 生成技术、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与展示、商业广告、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 了工业标准 ，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、场景显示等问题。该平台可以达到照片级 的视景仿真效果 ．同时采用嵌入 opengl技术来解决物理模型 的交互问题。

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、研究、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、机械等一些主要工业部门，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 ．教学效果主要依赖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，有许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提高逼真度。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如果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；如果需要对装备进行虚拟操作仿真，则使用 glstudio软件先进行操作面板、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作。

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安排，注意程序间的兼容性即可。

虚拟仿真电子技术篇（9）

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，探讨在航空电子装备教学软件中应用虚拟仿真技术的方法和体会。

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，构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟三维场景，并能响应用户的输入，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 生成技术、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与展示、商业广告、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 了工业标准 ，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、场景显示等问题。该平台可以达到照片级 的视景仿真效果 ．同时采用嵌入 OPENGL技术来解决物理模型 的交互问题。

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、研究、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、机械等一些主要工业部门，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 ．教学效果主要依赖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，有许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提高逼真度。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如果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；如果需要对装备进行虚拟操作仿真，则使用 GLStudio软件先进行操作面板、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作。

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安排，注意程序间的兼容性即可。

虚拟仿真电子技术篇（10）

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，构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟三维场景，并能响应用户的输入，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、实时三维图形生成技术、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与展示、商业广告、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CreatorVegaVegaPrimeVTreeOPENGVSQUEST3DVRTOLLSEON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中，MULTIGEN公司的虚拟现实数据库OPENFLIGHT已经成为了工业标准，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rVegaPrime、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、场景显示等问题。该平台可以达到照片级的视景仿真效果．同时采用嵌入OPENGL技术来解决物理模型的交互问题。

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、研究、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、机械等一些主要工业部门，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．教学效果主要依赖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，有许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提高逼真度。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如果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；如果需要对装备进行虚拟操作仿真，则使用GLStudio软件先进行操作面板、虚拟仪表的编辑和制作，然后再利用VegaPrime驱动以实现更复杂的交互操作。

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VegaPrime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安排，注意程序间的兼容性即可。

虚拟仿真电子技术篇（11）

引言

EDA（Electronic Design Automation电子设计自动化）技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。

利用Proteus仿真技术，在计算机网络平台上，学习电路分析、模拟电路、数字电路、嵌入式系统（单片机应用系统、ARM 应用系统）、微机原理与接口技术等课程，并进行电路设计、仿真、调试等通常在相应实验室完成的实验。一个计算机网络硬件平台（或一台计算机）、一套电子仿真软件，再加上一本虚拟实验教程，就可相当于一个设备先进的实验室。以虚代实、以软代硬，即为虚拟实验室的本质。

一、建设Proteus虚拟仿真实验室的优势

虚拟实验系统由虚拟实验环境、虚拟实验仪器、虚拟实验过程、虚拟实验数据处理和虚拟实验室管理系统组成，通过Proteus虚拟实验系统为各种虚拟实验实训课程提供模拟实验实训教学环境。

1.解决电子信息类专业课程入门难

Proteus仿真平台是独一无二的微处理器仿真平台，仿真的特点之一是把复杂难懂的电子课程理论知识通过生动形象的仿真动画展现给初入门的学生，从一开始抓住学生的学习兴趣，让学生从难以学习导致的不爱学习变为喜欢学习到主导学习。

2.解决实验室资源老旧不足的缺点

Proteus仿真平台资源丰富且时刻跟进电子发展的最新脚步，给予学有余力的学生一个充分发挥自己想象的空间，极大的促进和培养部分学生的综合能力和创新思维能力。

3.解决传统实验实训项目实现过程周期长的缺点

实验实训项目实现过程周期长，实验实训教学效率低，且不明确的实验实训数据结果无形中会熄灭学生的积极性的热情。通过仿真手段完全实现了从概念到产品的全过程，确定的结果也会极大的促进学生的进一步的动手实现过程。

二、Proteus虚拟仿真实验室建设目标

1.实验实训教学项目多样性

其不仅可以仿真电路分析实验、模拟电子线路实验、数字电路实验，而且可以仿真嵌入式系统的实验，其最大的特色在于可以提供嵌入式系统（单片机应用系统、ARM应用系统）的仿真实验，因此，它完全可以称之为一个多功能的实验平台。

2.实验实训教学场地开放性

由于其硬件是基于网络平台的，如一个单位内的局域网、或企业网、或校园网（或单机板，基于一台PC）或Internet用户。因此其实验用户可以不受传统实验室的时间、空间、及实验内容的限制。用户可以跨越时间、空间及实验内容的约束，尽情释放自己的实验兴趣及创新思维；此外，这也使得设备的利用率得到最大的发挥。

3.维护管理方便性

由于其核心为Proteus仿真软件，因此，其实验是无损耗的，其管理、维护也就是用户帐户的管理、软件的安装及更新而已。

三、Proteus虚拟仿真实验室课程架构

从概念到电子产品设计实现，从单一技能训练到电子产品整机开发设计综合运用，Proteus虚拟仿真实验室主要涵盖电路基础、模拟电子线路、数字电子线路、信号与系统等10余门课程。基本满足应用电子技术、电子信息工程技术等专业课程教学需要。

按专业学科知识体系及学生学习过程Proteus实验室实践教学层次可分为基础实验层、综合实验层、创新实验层三个层次。基础实验层的实验以培养学生操作能力为主；综合实验层的实验以培养学生综合性设计能力为主；创新实验层的实验以培养学生创新思维设计能力为主。

在每一层次，均可以开展电路分析课程、模拟电子线路课程、数字电子课程、嵌入式系统课程及微机原理及接口技术课程的相应内容实验。以嵌入式系统课程为例，在基础实验层，可以进行嵌入式系统课程中规定的基本实验的仿真设计及设计验证；如仿真51系列、AVR、PIC、Motorola的68HC11系列等常用的MCU应用系统的仿真设计及验证；在综合实验层，教师可以针对某一类型的MCU，如51系列MCU，给定一个综合实验（课程设计、实验）的题目，学生按照设定题目内容开展电路图设计、代码的编写、仿真调试、PCB设计、制作PCB、验证PCB设计等过程进行。在创新型实验或研究中，教师、学生可以按照自己的想法或兴趣进行相应的设计或研究。

四、Proteus虚拟仿真实验室平台架构

图1 Proteus实验室平台架构

基于Proteus仿真软件的实验平台架构如图1所示。图中，Proteus实验室物理上位于其校园网内部的某一个局域网上，该局域网上的服务器上安装Proteus服务器端软件，操作系统为Windows2000 server 或Windows2003 server，客户端PC上安装Proteus客户端软件，操作系统为Windows2000 professional或Windows2003 professional另外，需配置少量的设计验证系统硬件，以增加学生的感官认知。

通过Proteus实验室建设，借用Proteus仿真软件系统与校园网网络平台，发挥Proteus独特的虚拟仿真技术优势，很好的解决了电路基础、模拟电子线路、数字电子线路、信号与系统等课程的理论学习与专业技能训练，充分的调动学生学习积极性与主动性，全面提升高职院校人才培养质量。

参考文献：