主頁 > 技術文章 > 淺析電工電子類仿真綜（zōng）合（hé）實驗室的組建（jiàn）2024-09-30

淺析電工電子類仿真綜合實驗（yàn）室的組建

摘要：電工電子類技能實訓實驗是職業中（zhōng）學電工電子類專業課程的重要組成（chéng）部分（fèn），教學的質量高低在很大程度上取決於專（zhuān）業課演示實驗和學生分組實驗的實際開出率。由於電（diàn）子技術的飛（fēi）速發展，學校在（zài）實驗設備的配備上很難跟得上實驗教學的要（yào）求。在這種情況（kuàng）下，如何尋找實驗教學的突破口，直接影響了（le）實驗教學任務能否（fǒu）順利完（wán）成。通過教學實踐和探索，發現（xiàn）利（lì）用虛擬仿真軟件可以很好地（dì）解決這個問（wèn）題。
　　電工電子類實（shí）驗是職業中學電工電子類專業課程的重要組成部分，教學的質量高低（dī）在（zài）很大程度上（shàng）取決於專業課演示實（shí）驗和（hé）學生分組實驗的實際開出率。本文以中等職業教育電工電子實驗在（zài）教學中的作用為基礎、結合目前中等職業教育（yù）電工電子類實驗課開出率的現狀和原因分析（xī），以及仿真實驗在實驗教學中的優勢等方麵，探討利用仿真（zhēn）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（shī）的演示實驗（yàn）對學生起著潛移默化的直（zhí）接示（shì）範作用，為學生學習（xí）電子技術（shù）概念和規（guī）律（lǜ）提供了直觀的環境，通過指導學生觀察和分析實驗現象，使學生獲得直觀的感性認識，從而更好地理解（jiě）和掌握電子概念和規律（lǜ）。成功（gōng）的演示實驗可以（yǐ）引起（qǐ）學生（shēng）濃厚（hòu）的學習興趣，而學生的分組實驗（yàn）是最具體的，需要學生開動腦筋，動手操作，比用其（qí）他方法更能（néng）有效地激發學生的學習興趣，更有利於（yú）學生觀察現象，並從中發現問題而獲取知識，更能加深學生對知識的理解和掌（zhǎng）握。所以，加強實驗教學是學習電工電子技（jì）術，推行職業教育，掌握技能的重要措施。
二、實驗教（jiāo）學現狀及主要原因分析：
　　現實中，總有很多實際情（qíng）況（kuàng）影響教師演示實驗和學生分組實（shí）驗的（de）開出率（lǜ），從而直（zhí）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後，或者數量跟不上學生規模的（de）發展，使分組實驗難以組織和進行。學校經費不足，對損耗損壞的儀器設備無力及時補充。實（shí）驗設備（bèi）管（guǎn）理有難度，儀（yí）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（tǐ）管（guǎn）簡易測量等。
　　2.數字電（diàn）子技術實驗:基本邏輯門電路、組合邏輯電路等（děng）。
　　3.模擬電路實（shí）驗:電子儀器實驗、晶體管的簡易測試、整流、濾（lǜ）波（bō）和穩壓、單級交（jiāo）流放大器、穩（wěn）壓（yā）電源製作等（děng）。
　　4.高（gāo）頻電子技術實驗: 通頻帶展寬電路、LC振蕩器（qì）、調幅與檢波（bō）係統、非線性波形變換、調頻與鑒（jiàn）頻係統、FM 接收機組裝等。
　　5.電子設計自動化（huà）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段數碼顯示譯碼器設計（jì）等。
　　6.C語言程序設計實驗:C語言程序的運（yùn）行環境和運行、C語言程序、數據類型、輸入與輸出、綜合程序設計等。
　　7.電子組裝工藝與設備實（shí）驗:波形合成法測頻率、信號發生（shēng）器（qì）的使用、頻率特性（xìng）測試儀的使用（yòng）、元器件的識別與測（cè）量、檢測等。
　 8.單片機（jī）原理與（yǔ）接口技術實驗:清（qīng）零程序、ＭＣＳ—５１實驗係統的使用、數據傳送程序、數（shù）據排（pái）序實驗等。
　　9.電子CAD實驗：PROTEL99軟件的安裝（zhuāng）、基本操作、原理圖編（biān）輯入門、原理圖設計、元件庫編輯、印製電路板的編輯、PCB元件庫編輯、電（diàn）路仿真等（děng）。
四（sì）、仿（fǎng）真軟件功能簡介（jiè）：
　　根據上述電子類專業實驗課（kè）程內容選擇仿真（zhēn）軟件。
　　1．電子仿真軟件（jiàn）Multisim。它有十分豐富的電（diàn）子（zǐ）元器件（jiàn）庫，可供用戶調用組建仿真電路進行實驗（yàn）；它提供（gòng）18種（zhǒng）基本分析方法，可供用戶對（duì）電子電路進行各種性能分析；它還有多達17台虛擬儀器儀表和一個實時測量探針，可以滿（mǎn）足一般電（diàn）子電路的測試和實驗。較新的版本NI Multisim10軟件則不僅僅局限於電子（zǐ）電路的虛擬仿真，其在虛擬儀（yí）器、單片機仿真等技術方（fāng）麵都有更多的創新和提高。功能相當強大（dà），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（shí）物仿真係統，可仿真各種電路和IC，並支持單（dān）片機，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業的單片機軟件仿真係統。該軟件的特點是可全（quán）部滿足單片機軟件仿真係統的標準，並在同類產品中（zhōng）具有明顯的優勢。具有模擬電路仿（fǎng）真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的係統的仿真、RS-232動態仿真、C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD係（xì）統仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。該軟件功能極其強大，可滿足學校（xiào）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（wén）版PLC教學軟件，是一個能提供各種控製要求、仿真運行各種控製程序的教學平台。它利用3D虛（xū）擬空間設（shè）計，模擬出各（gè）種真實場（chǎng）景，操作簡單、效果明顯。例如，交通信號燈控製、正反轉控製、分揀和分配線控製、舞台裝置控（kòng）製、升降機控（kòng）製等等（děng），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製要求進行編程，繪出梯形圖，並對PLC進（jìn）行仿真運行操作，觀察（chá）運行結果（guǒ）是否符合（hé）設計（jì）要求，完全能勝任中等職業教育PLC實驗教學要求。
五、仿真實驗在實驗教學中的優勢：
　　1．彌補了實驗經費不足的缺陷
傳統電工電子類專業實驗需要有儀（yí）器設備和元器（qì）件的支持。有些實訓器材價（jià）格（gé）昂（áng）貴，如單（dān）片機實（shí）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，都製約著學校實驗項目（mù）和數量的（de）開出（chū）。在這種（zhǒng）情況下，仿真電子實驗實訓很（hěn）好地彌補了（le）因實驗器材和經費不足造（zào）成的這種遺憾。而且，仿真實驗一般不用考慮儀器的更新換代，隻需通過軟件的升級就能保證仿真設備的先進性。一些（xiē）因需要（yào）價格昂貴或特殊設備（bèi）而無法開展的實驗（yàn），也可以通過（guò）仿真輕易實現。
2．投入少，幾乎無損耗的實驗過程，維護成本（běn）低
　　傳統的電工電子實驗中，如果因為人為原因或者（zhě）別的因素（sù）造成短路或電壓過高、儀器檔位選擇錯（cuò）誤（wù）等，都很容易燒毀元器件，甚至燒毀貴重儀器。使用仿（fǎng）真技術可以從根本上（shàng）避免（miǎn）實際儀器（qì）價錢高、易損壞、維護（hù）難的問題。甚（shèn）至即使是人為地大幅度增大電源（yuán）電壓、人（rén）為選擇（zé）錯誤量程，都不用擔心儀器會損（sǔn）壞，把對儀器（qì）設備的投入轉化成計算機軟硬件的（de）投入，把儀器設備的維護（hù）轉變成對計算機軟硬件的維（wéi）護，極大地減少了投入（rù）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（ān）全事故。這些都是傳統（tǒng）電工電（diàn）子類實驗不可能做到的。
　　3．豐富（fù）的測量（liàng）儀器和元器件庫
　　除了常規（guī）實驗常用的（de）萬（wàn）用表、雙通道示（shì）波器、函數信號發生器、掃頻儀等（děng），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（luò）分析儀等。克服一般學校儀（yí）器品種、數量（liàng）不足的問題。元（yuán）器件庫（kù），包括基本元件、半導體器件、運算（suàn）放大器（qì）、TTL和CMOS數字電路等，並且用戶（hù）可以通過元件（jiàn）仿真編輯器（qì）自行創建或修改所需元件模型，還可以進行元件模型的（de）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（yàn）成本。
　　4．有利於學生開（kāi）展探索性研究性實驗
　　傳統的電工電子實驗教學，由於實驗（yàn）條件（jiàn）的局限性，實驗老師在課前會把本節課所需（xū）的儀器設（shè）備和元器件準備好，然後學生按照實驗的要求和步驟（zhòu）進（jìn）行實驗，這樣的實驗，學生很少有自我發揮（huī）的機會，這也不符合（hé）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（hé）元器（qì）件的（de）選擇範圍擴大了（le），更利於（yú）以學生（shēng）為（wéi）主體，開展一些（xiē）設計（jì）研（yán）究性實驗和（hé）探索性實驗，更有利於培養學生的創新能力。

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