前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇仿真技術論文范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。

仿真技術論文范文第1篇

關鍵詞：仿真技術電力系統

自20世紀80年代末至今，我國的仿真技術獲得了極大的發展。在電力系統中，應用較多的培訓仿真系統有電廠仿真、電網運行工況仿真和變電所仿真。一般說來，凡是需要有一個或一組熟練人員進行操作、控制、管理與決策的實際系統，都需要對這些人員進行培訓、教育與培養。早期的培訓大都是經過理論講解和現場實習，通過實際操作經驗的積累來完成的，這種培訓方式因是在實際運行的系統上進行操作，不僅培訓成本高、培訓時間長，而且有些故障只能在實際發生時才能得到實際操作的機會，致使一部分知識只有感性認識，得不到實際操作的鍛煉。隨著系統規模的加大、復雜程度的提高，特別是造價日益昂貴，訓練時因操作不當引起的破壞而帶來的損失大大增加，因此，提高系統運行安全性、可靠性事關重大。為解決這些問題，出現了培訓仿真系統，模擬實際系統的工作狀況和運行環境，以避免運用實際系統時可能帶來的危險性及高昂的代價。

變電所培訓仿真系統集仿真技術、圖形圖象技術、數據庫等技術于一體，依據變電所電力設備實物、一次設備和二次設備接線圖進行設計，如主控室、控制屏、保護屏及設備連接狀況，可在模擬設備和二次接線圖上進行相應操作，采用鼠標點擊的操作方式，簡單、直觀、易學(見圖1)。這種方式使變電運行人員的培訓手段大大更新，提高了培訓效率，縮短了培訓周期。也進一步提高了運行人員的正確判斷和處理事故的能力，防止事故擴大化和縮短事故處理時間，從而確保電網安全、可靠、經濟運行。

圖1

1變電所仿真的現狀

目前，我國農網中(110kV、35kV)變電所培訓仿真系統主要有孤立變電所型變電培訓仿真系統和考慮簡單電網的變電培訓仿真系統。前一種類型的變電培訓仿真系統配置簡單，造價相對較低；后一種不僅仿真了變電所的運行狀況，而且考慮到電網和變電所之間的相互影響，該類型的變電培訓仿真系統在功能上比孤立變電所型的仿真系統要強。此外，還有將無人值班變電所仿真、集控中心仿真、變電所運行管理系統結合于一體的110kV/35kV集控站培訓仿真系統。考慮到仿真原理的相同性和孤立變電所型變電培訓仿真系統較為簡單，能夠在單機上獨立運行的特點，以下只對該系統進行簡要介紹。

2硬件配置的基本要求

微機一臺：主頻PENTIUM200；32M內存；3.2G硬盤；16倍光驅；顯示卡、聲卡、音箱等。

3軟件配置的基本要求

(1)中文視窗Windows95以上版本；

(2)多媒體仿真培訓軟件。

4主要功能

(1)正常操作訓練：斷路器操作、隔離開關操作、壓板操作、保護投停、電壓互感器的切換，電容器的投停等；

(2)故障演習訓練：

斷路器故障：拒動、誤動、偷跳；

隔離開關故障：帶負荷拉合隔離開關、帶電合接地隔離開關；

變壓器故障：包括相間短路、接地短路、匝間短路、變壓器過負荷、變壓器油溫過高；

母線故障：母線短路、母線接地；

線路故障：近區短路、接地、斷線等；

此外，還有電容器故障、繼電保護故障以及其它故障等。

培訓者可對設定操作任務或故障，依據系統標準操作票進行操作，系統也可在出現故障時，給予提示并指出錯誤要點。

(3)操作票生成與培訓系統：可對線路、主變壓器、母線、電容器等設備開操作票；可對學員的操作以操作票的形式記錄；可對學員的操作票和標準操作票進行比較；

(4)理論知識的培訓：可提供設備的圖片和產品介紹；可進行二次回路圖紙講解：包括中央信號回路、電力變壓器保護、電容器組保護、輸電線路保護、低周減載裝置等；還可進行運行規程問答、典型故障處理、經驗介紹以及提供考試題庫。

(5)系統維護功能：系統可根據110kV變電所的主接線方式(如：單母線接線方式、內橋接線方式、單元接線方式)和正常運行方式的差異及實際變電所的工作情況進行選擇和修改，可對考試題目進行增加或修改，還可對二次接線圖上的線路名稱和隔離開關、斷路器號進行更改，使其更加接近變電所的實際運行情況。

操作實例：

倒閘操作是變電所正常運行和檢修中都涉及的操作，具有重要的作用，其操作過程如下：

①運行仿真軟件，進行操作人員登陸。

②進行功能選擇，進入倒閘操作模塊，進行題目分類選擇。如選擇"10kV倒閘操作題目"后，屏幕上會出現一系列10kV倒閘操作題目的分項內容，用鼠標按鈕進行選擇，選擇"紡織線002斷路器停電，紡織線線路檢修"(見圖2)。選擇題目后，可進行標準操作票預覽，以便操作人員了解操作步驟后進行正確操作。可單擊要點按鈕，查看提示注意事項。操作練習既可在線路圖上進行，也可在模擬圖上進行。

圖2

③依次拉開紡織線002斷路器，拉開002-3隔離開關，拉開002-1隔離開關，在002-3隔離開關線路側掛接地線(見圖3)。遇到困難時，可查閱標準操作票和操作要點提示。操作完畢后，調出操作記錄與標準操作票進行比較，如果在操作過程中發生誤操作，系統會出現報警。

圖3

④選擇操作題目后，也可進入考試狀態。在此狀態下，系統不提供標準操作票和操作要點提示，考試時間到，系統不再進行操作記錄。

5結束語

目前，110/35kV變電培訓仿真系統在一些變電所已經得到應用，并取得實效。歸納起來，變電培訓仿真系統具有如下的特點：

(1)計算機仿真程度高。仿真畫面完全按照變電所的電力設備實物進行繪制，形象逼真。操作人員在模擬圖或二次接線圖上用鼠標點擊元器件，即可激發元器件動作，元器件動作后仿真變電所同實際變電所情況一致。

(2)培訓功能完善。不但可對變電所的正常和異常事故進行仿真，而且可提供完善的二次圖講解。對變電所的繼電保護裝置從動作原理到動作過程進行分步講解，突出顯示動作斷路器和響應元器件，動畫模仿電流軌跡。

(3)可擴充性強。仿真系統還應提供維護功能，用戶可在使用過程中，按照各自變電所的實際情況進行適當的修改，使其更接近實際運行中的變電所。

仿真技術論文范文第2篇

關鍵詞：數字濾波器MATLABFIRIIR

引言：

在電力系統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，而系統電壓電流信號（尤其是故障瞬變過程）中混有各種復雜成分，所以濾波器一直是電力系統二次裝置的關鍵部件【1】。目前微機保護和二次信號處理軟件主要采用數字濾波器。傳統的數字濾波器設計使用繁瑣的公式計算，改變參數后需要重新計算，在設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數字濾波器的設計與仿真。

1數字濾波器及傳統設計方法

數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字時間序列轉化為代表輸出信號的數字時間序列，并在轉化過程中，使信號按預定的形式變化。數字濾波器有多種分類，根據數字濾波器沖激響應的時域特征，可將數字濾波器分為兩種，即無限長沖激響應（IIR）濾波器和有限長沖激響應（FIR）濾波器。

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

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

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

2數字濾波器的MATLAB設計

2.1FDATool界面設計

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計分析工具，MATLAB6.0以上的版本還專門增加了濾波器設計工具箱（FilterDesignToolbox）。FDATool可以設計幾乎所有的基本的常規濾波器，包括FIR和IIR的各種設計方法。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，用來設置濾波器的設計參數，另一部分則是特性區，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）法。

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

FrenquencySpecifications選項，可以詳細定義頻帶的各參數，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。采用窗函數設計濾波器時，由于過渡帶是由窗函數的類型和階數所決定的，所以只需要定義通帶截止頻率，而不必定義阻帶參數。

MagnitudeSpecifications選項，可以定義幅值衰減的情況。例如設計帶通濾波器時，可以定義Wstop1（頻率Fstop1處的幅值衰減）、Wpass（通帶范圍內的幅值衰減）、Wstop2（頻率Fstop2處的幅值衰減）。當采用窗函數設計時，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，當選取采用窗函數設計時，該選項可定義，它包含了各種窗函數。

2.1.2帶通濾波器設計實例

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

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；由于采用窗函數法設計，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，Fc2＝84Hz。設置完以后點擊DesignFilter即可得到所設計的FIR濾波器。通過菜單選項Analysis可以在特性區看到所設計濾波器的幅頻響應、相頻響應、零極點配置和濾波器系數等各種特性。設計完成后將結果保存為1.fda文件。

在設計過程中，可以對比濾波器幅頻相頻特性和設計要求，隨時調整參數和濾波器類型，

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來設計。

Fig.1MagnitudeResponseandPhaseResponseofthefilter

2.2程序設計法

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

上例的帶通濾波器可以用程序設計：

c=95;％定義濾波器階數96階

w1=2*pi*fc1/fs;

w2=2*pi*fc2/fs;%參數轉換，將模擬濾波器的技術指標轉換為數字濾波器的技術指標

window=hamming(c+1);%使用hamming窗函數

h=fir1(c,[w1/piw2/pi],window);％使用標準響應的加窗設計函數fir1

freqz(h,1,512);％數字濾波器頻率響應

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

3Simulink仿真

本文通過調用Simulink中的功能模塊構成數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，獲得不同狀態下的仿真結果。例如構造以基波為主的原始信號，，通過Simulink環境下的DigitalFilterDesign（數字濾波器設計）模塊導入2.1.2中FDATool所設計的濾波器文件1.fda。仿真圖和濾波效果圖如圖2所示。

可以看到經過離散采樣、數字濾波后分離出了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經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。本例設計的濾波器已在實際工作中應用，取得了不錯的效果。

4結論

利用MATLAB的強大運算功能，基于MATLAB信號處理工具箱（SignalProcessingToolbox）的數字濾波器設計法可以快速有效的設計由軟件組成的常規數字濾波器，設計方便、快捷，極大的減輕了工作量。在設計過程中可以對比濾波器特性，隨時更改參數，以達到濾波器設計的最優化。利用MATLAB設計數字濾波器在電力系統二次信號處理軟件和微機保護中，有著廣泛的應用前景。

參考文獻

1．陳德樹.計算機繼電保護原理與技術【M】北京：水利電力出版社，1992.

2．蔣志凱.數字濾波與卡爾曼濾波【M】北京：中國科學技術出版社，1993

3．樓順天、李博菡.基于MATLAB的系統分析與設計－信號處理【M】西安：西安電子科技大學出版社，1998.

仿真技術論文范文第3篇

1征文范圍

1.1CAE當前研究熱點與未來發展趨勢

(1)計算流體力學、結構力學、材料力學、仿生力學、爆破力學等新進展;(2)新材料與新工藝、生物材料、微納米、復合材料的CAE應用技術;(3)高性能計算與CAE;(4)智能化CAD/CAE集成;(5)多學科、多尺度CAE仿真技術;(6)可靠性分析與CAE工程穩健設計;(7)非線性有限元進展及應用;(8)有限元網格自動生成技術.

1.2CAE專項技術應用探討

(1)產品結構強度分析、疲勞壽命分析、振動及噪聲仿真分析、碰撞仿真;(2)機構動力學、多體動力學與控制仿真技術;(3)跌落以及沖擊、多物理場耦合分析;(4)結構輕量化設計與拓撲優化技術;(5)先進材料/結構一體化設計技術.

1.3CAE的平臺技術與應用

(1)虛擬產品開發平臺;(2)分布式仿真平臺技術與協同仿真;(3)產品研發仿真流程和數據管理平臺建設;(4)企業級仿真和多學科聯合仿真.

1.4CAE技術的行業應用與解決方案

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

1.5CAE技術的人才培養

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

2征文要求

(1)圍繞主題內容、充實、數據準確、文字通順,字數在5000字以內,未在正式刊物發表;(2) 會議收錄論文,不收取任何費用,僅供業內人士交流參考;(3)文章的格式編寫要求請訪問.cn或;(4)論文結束頁后另附論文全部作者詳細信息,包括作者職稱、學歷、職務及主要專業方向,聯系方式,并標明按上述5個專題論文應屬的類別;(5)論文請務必在7月10日之前發送到()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,根據評審結果向論文作者發出錄取通知和參會通知,并選出優秀論文頒發獲獎證書和獎品,優秀論文將推薦給專業刊物正式發表.

4聯系方式

仿真技術論文范文第4篇

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

大會由Altair市場總監錢純女士主持，Altair大中國區總經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的奧斯卡獎“Computer Software AMA/Stevie Awards”獎.本次大會作為Altair全球HyperWorks技術大會的重要一站，得到Altair高層的高度重視和鼎力支持：來自Altair總部的多體動力學技術專家Rajiv Rampalli，HyperWorks軟件開發副總裁周明博士，RADIOSS求解器技術專家Lionel Zhang Suo，Altair波音優化技術中心專家Justin Reilly，企業解決方案高級總監Doron Helfman，全球汽車和重型機械行業技術總監Tony Norton，全球航空航天行業技術總監Robert Yancey以及全球高校業務總監Matthias Goelke等多位技術專家和業務總監，帶來Altair最新的技術和行業應用情況.

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

作為Altair主要產品線的按需云計算技術PBS Works和商業分析技術HiQube也在本次大會上重點亮相——Altair分別為其設立技術主題專場，吸引不少相關技術人員參加.

除精彩的主題演講外，在多個技術專場和行業專場中，來自上汽技術中心、泛亞汽車、上海大眾汽車、東風汽車、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、西飛技術中心、中航直升機研究所、上海飛機設計研究院、中國船艦研究中心、三星電子和南平鋁業等企業以及華南理工大學、湖北汽車工業學院、南京航空航天大學和西北工業大學等院校的代表也作了豐富多彩的演講，展示HyperWorks在他們實際產品研發和科研工作中的應用成果.

在航空航天關鍵CAE技術專題研討中，Altair展示其在鳥撞分析、水上迫降仿真分析、艙門系統結構優化與仿真等技術的強大功能和實際應用成果，以及其在航空航天領域值得信賴的強大解決方案.

同時，Altair戰略合作伙伴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媒體的關注，并對Altair高層領導進行專題采訪.

作為本次技術大會的互動環節，由機械工業出版社出版的《HyperMesh&HyperView應用技巧與高級實例》一書首次亮相，贏得參會嘉賓的高度關注，在搶答贈書環節，全場激情四起，場面頗為壯觀.

仿真技術論文范文第5篇

【關鍵詞】虛擬仿真;數字電路;課程改革;教學方法

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

一 前言

數字電子技術是計算機及通信類專業的重要的專業基礎課,其中關鍵的環節就是培養學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和全面的實驗體系對教學效果和知識的應用能力有著非常重要的作用。然而,由于實驗儀器的的老舊,數量有限,使得實驗的開出率以及實驗內容的擴展都受到限制。為順應現代教育的發展,實施的現代化遠程開放教育,將計算機虛擬仿真技術應用于數字電路教學中。其中理論教學結合多種教學方法和現代化的教育技術,將基礎知識和理論形象地表現出來,有助于學生理解。課堂教學和實驗教學都利用計算機虛擬仿真軟件將所學理論聯系實際,并加以應用,在此研究基礎上提出了基于虛擬仿真技術的所有電子技術課程教學的新模式。

二 計算機虛擬仿真技術

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

計算機虛擬仿真技術,是在多媒體技術、虛擬現實技術與網絡通信技術等信息科技迅猛發展的基礎上,利用計算機技術將仿真技術與虛擬現實技術相結合,是一種更高級的仿真技術。虛擬仿真技術以構建全系統統一的完整的虛擬環境為典型特征,并通過虛擬環境集成與控制為數眾多的實體。實體可以是模擬器,也可以是其他的虛擬仿真系統,更多的是計算機。實體在虛擬仿真軟件所提供構建的環境中相互作用,以表現客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術的這種集成化、虛擬化與網絡化的特征,可以滿足現代教育的發展需求[1]。

三 課程教學的若干問題及改革研究

對于理論教學環節,首先是教學內容陳舊。當前大中專院校所用的教材內容都是十幾年前的,即便是近幾年出版的教材,也只是內容的深淺不同,體系結構基本相同。比如教材中主要說明的74LS系列的芯片在目前實際應用中已經被淘汰,真正是學的沒用,用的沒學。現在的學生在學習中,非常關注所學知識的實用性,如果不能學以致用,就影響到學習興趣和學習積極性。因而在課程教學中要及時更新教學內容,講解傳統芯片的同時多介紹一些現在普遍使用的芯片,當然也要根據學生學習程度,最大可能激發學生的興趣[3]。

其次是教學方法。常用的教學方法無非就是這幾種:講授法、討論法、談話法、閱讀指導法。根據課程的特點和教學要求,不能一成不變的套用傳統的教學方法。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方法。筆者在教學中通常有如下幾種方法:講授法,這是傳統的教學方法,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用,這是本課程用的最多的一種方法。在數字電路課程中有很多芯片的實際應用,有些是針對某部分內容的很典型的例子,這些例子對于學生理解和掌握此部分知識非常有用。任務驅動法,就是教師布置一些運用某個知識點的題目,要求學生在課堂上有限的時間里做出來,并檢查完成情況。這樣學生對該節課所學知識從理論到應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方法,也是計算機專業課程特有的一種教學方法,對提升教學效果有顯著作用。

再次是教學手段,不是單純的使用多媒體課件,而是結合計算機專業特點引入現代化教育技術和手段,很多典型例題用計算機仿真軟件在課堂驗證,讓學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用。

對于實驗教學環節,首先是實驗設備簡陋。很多高校數字電路實驗設備包括我校仍然使用老式實驗箱,即由固定數字電路芯片搭建的實驗,學生只能按實驗教材設計的實驗按步驟做固定的實驗,實驗內容都是以芯片講解為主,目的是對芯片功能進行驗證。因此學生把實驗課當完成任務,實驗環節沒有促進教學,相反影響了教學效果。很多新的芯片不能認識和實踐,使得實驗教學方法與實際應用的要求嚴重脫節。其次在實驗教學過程中,由于實驗設備老化,個別元件被損壞或接觸不良,導致學生實驗中,出現一些問題,電路連接完全正確,但是就是得不到正確結果,結果費了很多時間去排除故障,這樣做實驗當然激發不了學生的興趣,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,學生的設計能力和綜合應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計集成電路,綜合應用各種芯片,完成所有的數字電路實驗[4]。在教學實施中,根據學生情況分驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗三個層次完成實驗教學目標。

四 計算機虛擬仿真技術在課程教學中的應用

1 課堂教學中的應用

在課堂講到門電路的工作原理或集成電路的應用時,可以現場用計算機仿真軟件演示電路的工作過程,使學生更好地理解門電路的工作原理和芯片的工作情況。從而掌握電路的應用。這樣,教學過程是由原理到應用,由簡單到復雜,由抽象到現實,循序漸進地完成理論知識的學習。數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導通,Vb1=0.8V,Ib5

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

2 實驗教學中的應用

大學生需要有獨立的設計能力和對電子器件的綜合應用能力,這就決定了本課程的實驗體系應該是三個層次,在簡單的驗證性實驗的基礎上必須開設有創造性的設計性實驗和綜合性實驗。然而實驗室有限的數字電路實驗箱只能做幾個簡單的驗證性實驗,無法滿足設計性實驗和綜合性實驗的設備要求。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,配合適當的電路可做出多種不同的應用。在實驗課程中,提前給出了三種實驗的一些題目和內容,要求驗證性實驗必須都完成,設計性實驗可選做一至兩個,綜合性實驗選做一個。下面簡要說明學生利用仿真軟件選做的數字電子鐘邏輯電路的設計實例。

要求用中、小規模集成電路設計一臺能顯示日、時、分秒的數字電子鐘,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,數碼顯示管,三極管、開關若干。

提示設計方案,包括數字電子鐘的電路框圖和四個主要模塊的實現細節,學生依據電路框圖和提示信息設計邏輯電路圖,并將其在虛擬實驗環境中用仿真電路實現。下面給出數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在課程實驗中的重要作用。不但節省很多設備購置費用,不受地點和環境的限制,而且和真實實驗具有相同的效果。既然如此,為什么不廣泛應用呢?

五 總結

論文對數字電子技術課程教學提出很多問題,在實際的教學實踐中對這些問題進行了探索,將計算機虛擬仿真技術引入教學中,采用現代化教育手段進行課程改革。課堂教學提出了很多適合本課程并行之有效的教學方法,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,加強學生的理解。實驗教學也利用計算機仿真軟件,采用虛擬實驗和真實實驗相結合的方式,擴充建立了虛擬實驗室,擴展了實驗內容,在無需花費很大代價的情況下,滿足了設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。在本文的研究基礎上,可將虛擬仿真技術推廣應用到所有電子技術課程教學中,引發電子技術課程改革的新局面。

參考文獻

[1] 呂,鄧春健等.利用EDA技術全面改進數字電路課程教學[J].福建電腦,2008,(6).

[2] 劉靜,邊曉娜等.基于EDA平臺的虛擬電子實驗研究與實踐[J].計算機教育,2007,(7).

[3] 黃培根等著.multisim 10 計算機虛擬仿真實驗室[M].北京:電子工業出版社,2008.

[4] 黃荻.融入EDA技術,深入數字電路課程改革[J].中國現代教育裝備,2008,(2).

[5] 江曉安等編著.數字電子技術[M].西安:西安電子科技大學出版社,2002.

[6] 房建東,李巴津等.關于改進電子技術相關課程教學的思考[J].內蒙古工業大學學報(社會科學版),2004,(1).