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仿真技術(shù)論文范文第1篇

伴隨著科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，各種先進技術(shù)被廣泛運用到教學(xué)領(lǐng)域中，仿真技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，同樣也被運用到電子專業(yè)的教學(xué)當(dāng)中，且對促進教學(xué)質(zhì)量與效率的提升，起到了舉足輕重的作用。以下筆者以“放大電路”的學(xué)習(xí)為例，對仿真技術(shù)在電子專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用進行探討。在模擬電路中，放大電路是一個極為關(guān)鍵的構(gòu)成部分，其中最為基本的電路形式就是共射極放大電路。因此，在放大電路教學(xué)過程中，首先應(yīng)當(dāng)利用多媒體課件對相關(guān)的知識點進行說明，例如信號放大的基本概念、共射極電路的構(gòu)成、各個組成部分的作用、放大電路的動靜態(tài)特性等。

在對問題進行設(shè)計時，可以設(shè)計以下問題：怎樣在放大電路輸入端添加正弦信號？輸出信號是否會出現(xiàn)變化？電壓放大倍數(shù)與什么因素相關(guān)？倘若對電路的偏置予以調(diào)整，那么輸出信號又將發(fā)生怎樣的改變？之后通過Multisim軟件建立共射極電路，然后再展開以下仿真實驗。共射極放大電路圖如圖1所示。將Simulate菜單內(nèi)的Anslysis下的DCOperatingPoint命令打開，進而得到靜態(tài)的參數(shù)：VB=1.82V，VC=4.84V，VE=1.20V。將正弦電壓信號（幅值是5mV）添加在輸入端，進而對處于空載狀態(tài)與接10kΩ負載下的放大電路的輸出電壓波形予以測定，進而得出參數(shù)值分別是1.2V、753.7mV，具體如圖2所示。對輸入信號的幅值予以改變，輸入電壓增加到15mV，而在此時輸出電壓波形如圖3（1）所示。對偏置電阻予以改變，把電阻Rb1增加至25kΩ，最終所得到的電壓波如下圖3（2）所示。通過對上述仿真結(jié)果的總結(jié)與分析，可以得出以下五點結(jié)論：第一，當(dāng)輸出電壓大于輸入電壓幅值時，電路具備電壓放大的功能；第二，當(dāng)輸入電壓和輸出電壓在相位上相差180º時，共射極電路具備反相功能；第三，在輸入信號較大，且輸出信號正負半周不對稱時，將會出現(xiàn)失真的現(xiàn)象；第四，放大電路當(dāng)中的放大倍數(shù)和負載有一定的聯(lián)系，其中當(dāng)負載小時，放大電路的放大倍數(shù)就小，反之，負載大，放大倍數(shù)也大；第五，當(dāng)偏置電阻Rb1增加至一定值時，輸出電壓波形的負半周會發(fā)生失真的現(xiàn)象。

二、仿真技術(shù)在教學(xué)中的優(yōu)勢及注意事項

在中職電子專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用仿真技術(shù)，具有一定的優(yōu)越性。一是應(yīng)用范疇比較廣，且有極強的拓展性。仿真教學(xué)能夠提供多種多樣的實驗教學(xué)程序與實驗電路板，能夠廣泛運用于各種電子課程，例如模擬電子技術(shù)、電子測量技術(shù)等。二是有比較高的效率。仿真技術(shù)能夠提供各種信號源、數(shù)字存儲示波器等虛擬儀器，能夠進行數(shù)據(jù)的采集與處理，展開溫度檢測控制，以及進行電路設(shè)計實驗等。三是有較強的趣味性。在教學(xué)過程中進行仿真教學(xué)，能夠極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與熱情，將全部的精力都投入到教學(xué)活動中。此外，仿真實驗的成本較低，可以隨時展開仿真教學(xué)。

仿真技術(shù)論文范文第2篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字濾波器MATLABFIRIIR

引言：

在電力系統(tǒng)微機保護和二次控制中，很多信號的處理與分析都是基于對正弦基波和某些整次諧波的分析，而系統(tǒng)電壓電流信號（尤其是故障瞬變過程）中混有各種復(fù)雜成分，所以濾波器一直是電力系統(tǒng)二次裝置的關(guān)鍵部件【1】。目前微機保護和二次信號處理軟件主要采用數(shù)字濾波器。傳統(tǒng)的數(shù)字濾波器設(shè)計使用繁瑣的公式計算，改變參數(shù)后需要重新計算，在設(shè)計濾波器尤其是高階濾波器時工作量很大。利用MATLAB信號處理工具箱（SignalProcessingToolbox）可以快速有效的實現(xiàn)數(shù)字濾波器的設(shè)計與仿真。

1數(shù)字濾波器及傳統(tǒng)設(shè)計方法

數(shù)字濾波器可以理解為是一個計算程序或算法，將代表輸入信號的數(shù)字時間序列轉(zhuǎn)化為代表輸出信號的數(shù)字時間序列，并在轉(zhuǎn)化過程中，使信號按預(yù)定的形式變化。數(shù)字濾波器有多種分類，根據(jù)數(shù)字濾波器沖激響應(yīng)的時域特征，可將數(shù)字濾波器分為兩種，即無限長沖激響應(yīng)（IIR）濾波器和有限長沖激響應(yīng)（FIR）濾波器。

IIR數(shù)字濾波器具有無限寬的沖激響應(yīng)，與模擬濾波器相匹配。所以IIR濾波器的設(shè)計可以采取在模擬濾波器設(shè)計的基礎(chǔ)上進一步變換的方法。FIR數(shù)字濾波器的單位脈沖響應(yīng)是有限長序列。它的設(shè)計問題實質(zhì)上是確定能滿足所要求的轉(zhuǎn)移序列或脈沖響應(yīng)的常數(shù)問題，設(shè)計方法主要有窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等。

在對濾波器實際設(shè)計時，整個過程的運算量是很大的。例如利用窗函數(shù)法【2】設(shè)計M階FIR低通濾波器時，首先要根據(jù)（1）式計算出理想低通濾波器的單位沖激響應(yīng)序列，然后根據(jù)（2）式計算出M個濾波器系數(shù)。當(dāng)濾波器階數(shù)比較高時，計算量比較大，設(shè)計過程中改變參數(shù)或濾波器類型時都要重新計算。

設(shè)計完成后對已設(shè)計的濾波器的頻率響應(yīng)要進行校核，要得到幅頻相頻響應(yīng)特性，運算量也是很大的。我們平時所要設(shè)計的數(shù)字濾波器，階數(shù)和類型并不一定是完全給定的，很多時候都是要根據(jù)設(shè)計要求和濾波效果不斷的調(diào)整，以達到設(shè)計的最優(yōu)化。在這種情況下，濾波器的設(shè)計就要進行大量復(fù)雜的運算，單純的靠公式計算和編制簡單的程序很難在短時間內(nèi)完成設(shè)計。利用MATLAB強大的計算功能進行計算機輔助設(shè)計，可以快速有效的設(shè)計數(shù)字濾波器，大大的簡化了計算量，直觀簡便。

2數(shù)字濾波器的MATLAB設(shè)計

2.1FDATool界面設(shè)計

2.1.1FDATool的介紹

FDATool（FilterDesign&AnalysisTool）是MATLAB信號處理工具箱里專用的濾波器設(shè)計分析工具，MATLAB6.0以上的版本還專門增加了濾波器設(shè)計工具箱（FilterDesignToolbox）。FDATool可以設(shè)計幾乎所有的基本的常規(guī)濾波器，包括FIR和IIR的各種設(shè)計方法。它操作簡單，方便靈活。

FDATool界面總共分兩大部分，一部分是DesignFilter，在界面的下半部，用來設(shè)置濾波器的設(shè)計參數(shù)，另一部分則是特性區(qū)，在界面的上半部分，用來顯示濾波器的各種特性。DesignFilter部分主要分為：

FilterType（濾波器類型）選項，包括Lowpass（低通）、Highpass（高通）、Bandpass（帶通）、Bandstop（帶阻）和特殊的FIR濾波器。

DesignMethod（設(shè)計方法）選項，包括IIR濾波器的Butterworth（巴特沃思）法、ChebyshevTypeI（切比雪夫I型）法、ChebyshevTypeII（切比雪夫II型）法、Elliptic（橢圓濾波器）法和FIR濾波器的Equiripple法、Least-Squares（最小乘方）法、Window（窗函數(shù)）法。

FilterOrder（濾波器階數(shù)）選項，定義濾波器的階數(shù)，包括SpecifyOrder（指定階數(shù)）和MinimumOrder（最小階數(shù)）。在SpecifyOrder中填入所要設(shè)計的濾波器的階數(shù)（N階濾波器，SpecifyOrder＝N-1），如果選擇MinimumOrder則MATLAB根據(jù)所選擇的濾波器類型自動使用最小階數(shù)。

FrenquencySpecifications選項，可以詳細定義頻帶的各參數(shù)，包括采樣頻率Fs和頻帶的截止頻率。它的具體選項由FilterType選項和DesignMethod選項決定，例如Bandpass（帶通）濾波器需要定義Fstop1（下阻帶截止頻率）、Fpass1（通帶下限截止頻率）、Fpass2（通帶上限截止頻率）、Fstop2（上阻帶截止頻率），而Lowpass（低通）濾波器只需要定義Fstop1、Fpass1。采用窗函數(shù)設(shè)計濾波器時，由于過渡帶是由窗函數(shù)的類型和階數(shù)所決定的，所以只需要定義通帶截止頻率，而不必定義阻帶參數(shù)。

MagnitudeSpecifications選項，可以定義幅值衰減的情況。例如設(shè)計帶通濾波器時，可以定義Wstop1（頻率Fstop1處的幅值衰減）、Wpass（通帶范圍內(nèi)的幅值衰減）、Wstop2（頻率Fstop2處的幅值衰減）。當(dāng)采用窗函數(shù)設(shè)計時，通帶截止頻率處的幅值衰減固定為6db，所以不必定義。

WindowSpecifications選項，當(dāng)選取采用窗函數(shù)設(shè)計時，該選項可定義，它包含了各種窗函數(shù)。

2.1.2帶通濾波器設(shè)計實例

本文將以一個FIR濾波器的設(shè)計為例來說明如何使用MATLAB設(shè)計數(shù)字濾波器：在小電流接地系統(tǒng)中注入83.3Hz的正弦信號，對其進行跟蹤分析，要求設(shè)計一帶通數(shù)字濾波器，濾除工頻及整次諧波，以便在非常復(fù)雜的信號中分離出該注入信號。參數(shù)要求：96階FIR數(shù)字濾波器，采樣頻率1000Hz，采用Hamming窗函數(shù)設(shè)計。

本例中，首先在FilterType中選擇Bandpass（帶通濾波器）；在DesignMethod選項中選擇FIRWindow（FIR濾波器窗函數(shù)法），接著在WindowSpecifications選項中選取Hamming；指定FilterOrder項中的SpecifyOrder＝95；由于采用窗函數(shù)法設(shè)計，只要給出通帶下限截止頻率Fc1和通帶上限截止頻率Fc2，選取Fc1＝70Hz，F(xiàn)c2＝84Hz。設(shè)置完以后點擊DesignFilter即可得到所設(shè)計的FIR濾波器。通過菜單選項Analysis可以在特性區(qū)看到所設(shè)計濾波器的幅頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)、零極點配置和濾波器系數(shù)等各種特性。設(shè)計完成后將結(jié)果保存為1.fda文件。

在設(shè)計過程中，可以對比濾波器幅頻相頻特性和設(shè)計要求，隨時調(diào)整參數(shù)和濾波器類型，

以便得到最佳效果。其它類型的FIR濾波器和IIR濾波器也都可以使用FDATool來設(shè)計。

Fig.1MagnitudeResponseandPhaseResponseofthefilter

2.2程序設(shè)計法

在MATLAB中，對各種濾波器的設(shè)計都有相應(yīng)的計算振幅響應(yīng)的函數(shù)【3】，可以用來做濾波器的程序設(shè)計。

上例的帶通濾波器可以用程序設(shè)計：

c=95;％定義濾波器階數(shù)96階

w1=2*pi*fc1/fs;

w2=2*pi*fc2/fs;%參數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬濾波器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)

window=hamming(c+1);%使用hamming窗函數(shù)

h=fir1(c,[w1/piw2/pi],window);％使用標(biāo)準響應(yīng)的加窗設(shè)計函數(shù)fir1

freqz(h,1,512);％數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)

在MATLAB環(huán)境下運行該程序即可得到濾波器幅頻相頻響應(yīng)曲線和濾波器系數(shù)h。篇幅所限，這里不再將源程序詳細列出。

3Simulink仿真

本文通過調(diào)用Simulink中的功能模塊構(gòu)成數(shù)字濾波器的仿真框圖，在仿真過程中，可以雙擊各功能模塊，隨時改變參數(shù)，獲得不同狀態(tài)下的仿真結(jié)果。例如構(gòu)造以基波為主的原始信號，，通過Simulink環(huán)境下的DigitalFilterDesign（數(shù)字濾波器設(shè)計）模塊導(dǎo)入2.1.2中FDATool所設(shè)計的濾波器文件1.fda。仿真圖和濾波效果圖如圖2所示。

可以看到經(jīng)過離散采樣、數(shù)字濾波后分離出了83.3Hz的頻率分量（scope1）。之所以選取上面的疊加信號作為原始信號，是由于在實際工作中是要對已經(jīng)經(jīng)過差分濾波的信號進一步做帶通濾波，信號的各分量基本同一致，可以反映實際的情況。本例設(shè)計的濾波器已在實際工作中應(yīng)用，取得了不錯的效果。

4結(jié)論

利用MATLAB的強大運算功能，基于MATLAB信號處理工具箱（SignalProcessingToolbox）的數(shù)字濾波器設(shè)計法可以快速有效的設(shè)計由軟件組成的常規(guī)數(shù)字濾波器，設(shè)計方便、快捷，極大的減輕了工作量。在設(shè)計過程中可以對比濾波器特性，隨時更改參數(shù)，以達到濾波器設(shè)計的最優(yōu)化。利用MATLAB設(shè)計數(shù)字濾波器在電力系統(tǒng)二次信號處理軟件和微機保護中，有著廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻

1．陳德樹.計算機繼電保護原理與技術(shù)【M】北京：水利電力出版社，1992.

2．蔣志凱.數(shù)字濾波與卡爾曼濾波【M】北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1993

3．樓順天、李博菡.基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計－信號處理【M】西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.

仿真技術(shù)論文范文第3篇

1征文范圍

1.1CAE當(dāng)前研究熱點與未來發(fā)展趨勢

(1)計算流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、仿生力學(xué)、爆破力學(xué)等新進展;(2)新材料與新工藝、生物材料、微納米、復(fù)合材料的CAE應(yīng)用技術(shù);(3)高性能計算與CAE;(4)智能化CAD/CAE集成;(5)多學(xué)科、多尺度CAE仿真技術(shù);(6)可靠性分析與CAE工程穩(wěn)健設(shè)計;(7)非線性有限元進展及應(yīng)用;(8)有限元網(wǎng)格自動生成技術(shù).

1.2CAE專項技術(shù)應(yīng)用探討

(1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度分析、疲勞壽命分析、振動及噪聲仿真分析、碰撞仿真;(2)機構(gòu)動力學(xué)、多體動力學(xué)與控制仿真技術(shù);(3)跌落以及沖擊、多物理場耦合分析;(4)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計與拓撲優(yōu)化技術(shù);(5)先進材料/結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計技術(shù).

1.3CAE的平臺技術(shù)與應(yīng)用

(1)虛擬產(chǎn)品開發(fā)平臺;(2)分布式仿真平臺技術(shù)與協(xié)同仿真;(3)產(chǎn)品研發(fā)仿真流程和數(shù)據(jù)管理平臺建設(shè);(4)企業(yè)級仿真和多學(xué)科聯(lián)合仿真.

1.4CAE技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用與解決方案

(1)CAE在航空、航天、兵器、船舶工業(yè)中的應(yīng)用;(2)CAE在海洋工程、核工業(yè)及特種行業(yè)的應(yīng)用;(3)CAE在汽車制造、鐵道機車行業(yè)中的應(yīng)用;(4)CAE在裝備制造及通用機械工業(yè)中的應(yīng)用;(5)CAE在電子、材料、土木工程、生物科技中的應(yīng)用;(6)CAE技術(shù)在國家重大工程與裝備中的應(yīng)用.

1.5CAE技術(shù)的人才培養(yǎng)

(1)社會對仿真分析工程師的需求及要求;(2)高校CAE課程的設(shè)置及人才培養(yǎng)模式;(3)社會科技中介及培訓(xùn)機構(gòu)的CAE人才培訓(xùn)項目開發(fā).

2征文要求

(1)圍繞主題內(nèi)容、充實、數(shù)據(jù)準確、文字通順,字數(shù)在5000字以內(nèi),未在正式刊物發(fā)表;(2) 會議收錄論文,不收取任何費用,僅供業(yè)內(nèi)人士交流參考;(3)文章的格式編寫要求請訪問.cn或;(4)論文結(jié)束頁后另附論文全部作者詳細信息,包括作者職稱、學(xué)歷、職務(wù)及主要專業(yè)方向,聯(lián)系方式,并標(biāo)明按上述5個專題論文應(yīng)屬的類別;(5)論文請務(wù)必在7月10日之前發(fā)送到()郵箱里.

3論文評審

組委會將組織專家組對征集的論文進行嚴格評審,根據(jù)評審結(jié)果向論文作者發(fā)出錄取通知和參會通知,并選出優(yōu)秀論文頒發(fā)獲獎證書和獎品,優(yōu)秀論文將推薦給專業(yè)刊物正式發(fā)表.

4聯(lián)系方式

仿真技術(shù)論文范文第4篇

2012年9月20—21日，Altair 2012 HyperWorks技術(shù)大會在上海錦江湯臣洲際大酒店成功舉行.本次大會以“仿真驅(qū)動創(chuàng)新，智能引領(lǐng)決策”為主題，共匯聚來自汽車、航空航天、鐵道、重型機械、船舶、電子、建筑等多個行業(yè)的400多位嘉賓參會.大會征集到近200篇論文，經(jīng)過論文評委會評審，最終收錄165篇高質(zhì)量的技術(shù)論文，內(nèi)容涵蓋前后處理平臺HyperMesh&HyperView，求解器技術(shù)RADIOSS，AcuSolve和MotionSolve等，優(yōu)化技術(shù)OptiStruct與HyperStudy，以及制造工藝技術(shù)、工業(yè)設(shè)計和二次開發(fā)等，其中，16篇論文被評為優(yōu)秀論文.

大會由Altair市場總監(jiān)錢純女士主持，Altair大中國區(qū)總經(jīng)理戚國煥先生致開幕詞.Altair全球CEO James Scapa作開場主題報告，對與會嘉賓長期以來的大力支持表示感謝，同時帶來Altair最新的發(fā)展情況及愿景.值得一提的是，James Scapa先生與大家分享了一個特大喜訊：Altair榮獲被譽為軟件行業(yè)的奧斯卡獎“Computer Software AMA/Stevie Awards”獎.本次大會作為Altair全球HyperWorks技術(shù)大會的重要一站，得到Altair高層的高度重視和鼎力支持：來自Altair總部的多體動力學(xué)技術(shù)專家Rajiv Rampalli，HyperWorks軟件開發(fā)副總裁周明博士，RADIOSS求解器技術(shù)專家Lionel Zhang Suo，Altair波音優(yōu)化技術(shù)中心專家Justin Reilly，企業(yè)解決方案高級總監(jiān)Doron Helfman，全球汽車和重型機械行業(yè)技術(shù)總監(jiān)Tony Norton，全球航空航天行業(yè)技術(shù)總監(jiān)Robert Yancey以及全球高校業(yè)務(wù)總監(jiān)Matthias Goelke等多位技術(shù)專家和業(yè)務(wù)總監(jiān)，帶來Altair最新的技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用情況.

本次大會還特別邀請上汽集團技術(shù)中心湯曉東副總工程師和瑞典Volvo汽車技術(shù)中心Harald Hasselblad博士分別作題為“RADIOSS在上汽自主品牌轎車研發(fā)中的應(yīng)用”和“優(yōu)化技術(shù)在Volvo汽車研發(fā)前期階段中的應(yīng)用”的主題演講.

作為Altair主要產(chǎn)品線的按需云計算技術(shù)PBS Works和商業(yè)分析技術(shù)HiQube也在本次大會上重點亮相——Altair分別為其設(shè)立技術(shù)主題專場，吸引不少相關(guān)技術(shù)人員參加.

除精彩的主題演講外，在多個技術(shù)專場和行業(yè)專場中，來自上汽技術(shù)中心、泛亞汽車、上海大眾汽車、東風(fēng)汽車、奇瑞汽車、奧拓立夫、佛吉亞、陜西重汽、安徽合力、南車青島四方機車、青島四方龐巴迪、西飛技術(shù)中心、中航直升機研究所、上海飛機設(shè)計研究院、中國船艦研究中心、三星電子和南平鋁業(yè)等企業(yè)以及華南理工大學(xué)、湖北汽車工業(yè)學(xué)院、南京航空航天大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)等院校的代表也作了豐富多彩的演講，展示HyperWorks在他們實際產(chǎn)品研發(fā)和科研工作中的應(yīng)用成果.

在航空航天關(guān)鍵CAE技術(shù)專題研討中，Altair展示其在鳥撞分析、水上迫降仿真分析、艙門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與仿真等技術(shù)的強大功能和實際應(yīng)用成果，以及其在航空航天領(lǐng)域值得信賴的強大解決方案.

同時，Altair戰(zhàn)略合作伙伴HP，Cradle 軟件和Magna等公司也分別到會展示其解決方案，特別是HP在現(xiàn)場展示的一體機使參會嘉賓贊嘆不已.此外，大會還得到多家行業(yè)媒體的關(guān)注，并對Altair高層領(lǐng)導(dǎo)進行專題采訪.

作為本次技術(shù)大會的互動環(huán)節(jié)，由機械工業(yè)出版社出版的《HyperMesh&HyperView應(yīng)用技巧與高級實例》一書首次亮相，贏得參會嘉賓的高度關(guān)注，在搶答贈書環(huán)節(jié)，全場激情四起，場面頗為壯觀.

仿真技術(shù)論文范文第5篇

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真;數(shù)字電路;課程改革;教學(xué)方法

【中圖分類號】G420 【文獻標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)07―0147―04

一 前言

數(shù)字電子技術(shù)是計算機及通信類專業(yè)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,其中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和解決問題的能力,因此,生動形象的課堂教學(xué)和全面的實驗體系對教學(xué)效果和知識的應(yīng)用能力有著非常重要的作用。然而,由于實驗儀器的的老舊,數(shù)量有限,使得實驗的開出率以及實驗內(nèi)容的擴展都受到限制。為順應(yīng)現(xiàn)代教育的發(fā)展,實施的現(xiàn)代化遠程開放教育,將計算機虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電路教學(xué)中。其中理論教學(xué)結(jié)合多種教學(xué)方法和現(xiàn)代化的教育技術(shù),將基礎(chǔ)知識和理論形象地表現(xiàn)出來,有助于學(xué)生理解。課堂教學(xué)和實驗教學(xué)都利用計算機虛擬仿真軟件將所學(xué)理論聯(lián)系實際,并加以應(yīng)用,在此研究基礎(chǔ)上提出了基于虛擬仿真技術(shù)的所有電子技術(shù)課程教學(xué)的新模式。

二 計算機虛擬仿真技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術(shù),簡稱VR,涉及計算機圖形學(xué)、人機交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等多個領(lǐng)域。它由計算機硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成的三維信息的人工環(huán)境――虛擬環(huán)境,可以逼真地模擬現(xiàn)實世界(甚至是不存在的)的事物和環(huán)境,人投入到這種環(huán)境中,立即有“親臨其境”的感覺,并可親自操作,與虛擬環(huán)境進行交互[1]。

計算機虛擬仿真技術(shù),是在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上,利用計算機技術(shù)將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合,是一種更高級的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)以構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一的完整的虛擬環(huán)境為典型特征,并通過虛擬環(huán)境集成與控制為數(shù)眾多的實體。實體可以是模擬器,也可以是其他的虛擬仿真系統(tǒng),更多的是計算機。實體在虛擬仿真軟件所提供構(gòu)建的環(huán)境中相互作用,以表現(xiàn)客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術(shù)的這種集成化、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的特征,可以滿足現(xiàn)代教育的發(fā)展需求[1]。

三 課程教學(xué)的若干問題及改革研究

對于理論教學(xué)環(huán)節(jié),首先是教學(xué)內(nèi)容陳舊。當(dāng)前大中專院校所用的教材內(nèi)容都是十幾年前的,即便是近幾年出版的教材,也只是內(nèi)容的深淺不同,體系結(jié)構(gòu)基本相同。比如教材中主要說明的74LS系列的芯片在目前實際應(yīng)用中已經(jīng)被淘汰,真正是學(xué)的沒用,用的沒學(xué)?，F(xiàn)在的學(xué)生在學(xué)習(xí)中,非常關(guān)注所學(xué)知識的實用性,如果不能學(xué)以致用,就影響到學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。因而在課程教學(xué)中要及時更新教學(xué)內(nèi)容,講解傳統(tǒng)芯片的同時多介紹一些現(xiàn)在普遍使用的芯片,當(dāng)然也要根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)程度,最大可能激發(fā)學(xué)生的興趣[3]。

其次是教學(xué)方法。常用的教學(xué)方法無非就是這幾種:講授法、討論法、談話法、閱讀指導(dǎo)法。根據(jù)課程的特點和教學(xué)要求,不能一成不變的套用傳統(tǒng)的教學(xué)方法。這些方法對有些課程很有效,但是對計算機課程不一定全部適合,因此需要探索適合本課程需求的新的教學(xué)方法。筆者在教學(xué)中通常有如下幾種方法:講授法,這是傳統(tǒng)的教學(xué)方法,教師口述基本事實、原理和推理過程。部分定理,原理及產(chǎn)品采用講授法。例舉法,就是以典型例題說明某個定理或元件的應(yīng)用,這是本課程用的最多的一種方法。在數(shù)字電路課程中有很多芯片的實際應(yīng)用,有些是針對某部分內(nèi)容的很典型的例子,這些例子對于學(xué)生理解和掌握此部分知識非常有用。任務(wù)驅(qū)動法,就是教師布置一些運用某個知識點的題目,要求學(xué)生在課堂上有限的時間里做出來,并檢查完成情況。這樣學(xué)生對該節(jié)課所學(xué)知識從理論到應(yīng)用有了一個全方位的認識,而且對每個知識點掌握得都比較透徹,這是近年來比較流行的一種教學(xué)方法,也是計算機專業(yè)課程特有的一種教學(xué)方法,對提升教學(xué)效果有顯著作用。

再次是教學(xué)手段,不是單純的使用多媒體課件,而是結(jié)合計算機專業(yè)特點引入現(xiàn)代化教育技術(shù)和手段,很多典型例題用計算機仿真軟件在課堂驗證,讓學(xué)生直觀形象地了解電路的工作情況,從而掌握電路或芯片的應(yīng)用。

對于實驗教學(xué)環(huán)節(jié),首先是實驗設(shè)備簡陋。很多高校數(shù)字電路實驗設(shè)備包括我校仍然使用老式實驗箱,即由固定數(shù)字電路芯片搭建的實驗,學(xué)生只能按實驗教材設(shè)計的實驗按步驟做固定的實驗,實驗內(nèi)容都是以芯片講解為主,目的是對芯片功能進行驗證。因此學(xué)生把實驗課當(dāng)完成任務(wù),實驗環(huán)節(jié)沒有促進教學(xué),相反影響了教學(xué)效果。很多新的芯片不能認識和實踐,使得實驗教學(xué)方法與實際應(yīng)用的要求嚴重脫節(jié)。其次在實驗教學(xué)過程中,由于實驗設(shè)備老化,個別元件被損壞或接觸不良,導(dǎo)致學(xué)生實驗中,出現(xiàn)一些問題,電路連接完全正確,但是就是得不到正確結(jié)果,結(jié)果費了很多時間去排除故障,這樣做實驗當(dāng)然激發(fā)不了學(xué)生的興趣,相反還會阻礙他們進一步探索。再次,由于實驗條件的限制,實驗項目只能停留在驗證性實驗層次,學(xué)生的設(shè)計能力和綜合應(yīng)用能力都得不到提高,利用電子電路的計算機虛擬仿真軟件multisilm10就可以解決這個問題,利用這個軟件可以自行設(shè)計集成電路,綜合應(yīng)用各種芯片,完成所有的數(shù)字電路實驗[4]。在教學(xué)實施中,根據(jù)學(xué)生情況分驗證性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性實驗三個層次完成實驗教學(xué)目標(biāo)。

四 計算機虛擬仿真技術(shù)在課程教學(xué)中的應(yīng)用

1 課堂教學(xué)中的應(yīng)用

在課堂講到門電路的工作原理或集成電路的應(yīng)用時,可以現(xiàn)場用計算機仿真軟件演示電路的工作過程,使學(xué)生更好地理解門電路的工作原理和芯片的工作情況。從而掌握電路的應(yīng)用。這樣,教學(xué)過程是由原理到應(yīng)用,由簡單到復(fù)雜,由抽象到現(xiàn)實,循序漸進地完成理論知識的學(xué)習(xí)。數(shù)字電路的基本單元是門電路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分對于大部分同學(xué)來說都是難點,如何突破這個難點呢?利用軟件建立仿真電路,真實地展現(xiàn)輸出電壓隨輸入電壓的變化情況,就會獲得很好的效果。下面是利用仿真軟件說明TTL與非門工作原理的課堂實例:

(1) Vi=0V,輸入接低電平。那么Q1導(dǎo)通,Vb1=0.8V,Ib5

(2) Vi=3.6V,輸入高電平。那么Q1的發(fā)射極電流從發(fā)射極(0.852mA)流入,從集電極流出,Q1的發(fā)射極和集電極倒置狀態(tài)。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,導(dǎo)致Q2、Q5導(dǎo)通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。輸出Vo=0.018V。其電路仿真如圖2:

2 實驗教學(xué)中的應(yīng)用

大學(xué)生需要有獨立的設(shè)計能力和對電子器件的綜合應(yīng)用能力,這就決定了本課程的實驗體系應(yīng)該是三個層次,在簡單的驗證性實驗的基礎(chǔ)上必須開設(shè)有創(chuàng)造性的設(shè)計性實驗和綜合性實驗。然而實驗室有限的數(shù)字電路實驗箱只能做幾個簡單的驗證性實驗,無法滿足設(shè)計性實驗和綜合性實驗的設(shè)備要求。但是,利用電子電路的計算機仿真軟件就可以擴展實驗室,提供所需要的一切電子元件和芯片,搭建任意難度,任意復(fù)雜的電路,并驗證其正確性。同時利用仿真軟件的可配置性,配合適當(dāng)?shù)碾娐房勺龀龆喾N不同的應(yīng)用。在實驗課程中,提前給出了三種實驗的一些題目和內(nèi)容,要求驗證性實驗必須都完成,設(shè)計性實驗可選做一至兩個,綜合性實驗選做一個。下面簡要說明學(xué)生利用仿真軟件選做的數(shù)字電子鐘邏輯電路的設(shè)計實例。

要求用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計一臺能顯示日、時、分秒的數(shù)字電子鐘,選用器材主要有:安裝有仿真軟件的計算機若干臺,集成電路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、電阻、電容若干,數(shù)碼顯示管,三極管、開關(guān)若干。

提示設(shè)計方案,包括數(shù)字電子鐘的電路框圖和四個主要模塊的實現(xiàn)細節(jié),學(xué)生依據(jù)電路框圖和提示信息設(shè)計邏輯電路圖,并將其在虛擬實驗環(huán)境中用仿真電路實現(xiàn)。下面給出數(shù)字電子鐘的電路框圖。

篇幅所限,參考電路就不給出,但是通過這個實例可以看出虛擬仿真技術(shù)在課程實驗中的重要作用。不但節(jié)省很多設(shè)備購置費用,不受地點和環(huán)境的限制,而且和真實實驗具有相同的效果。既然如此,為什么不廣泛應(yīng)用呢?

五 總結(jié)

論文對數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)提出很多問題,在實際的教學(xué)實踐中對這些問題進行了探索,將計算機虛擬仿真技術(shù)引入教學(xué)中,采用現(xiàn)代化教育手段進行課程改革。課堂教學(xué)提出了很多適合本課程并行之有效的教學(xué)方法,重要電路工作情況的計算機仿真演示,部分例題的計算機仿真驗證,增強其直觀性和真實性,加強學(xué)生的理解。實驗教學(xué)也利用計算機仿真軟件,采用虛擬實驗和真實實驗相結(jié)合的方式,擴充建立了虛擬實驗室,擴展了實驗內(nèi)容,在無需花費很大代價的情況下,滿足了設(shè)計性實驗和綜合性實驗的條件,從而完成三個層次實驗體系的建設(shè)。在本文的研究基礎(chǔ)上,可將虛擬仿真技術(shù)推廣應(yīng)用到所有電子技術(shù)課程教學(xué)中,引發(fā)電子技術(shù)課程改革的新局面。

參考文獻

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