《电子技术》虚拟实验室应用探讨.doc

电子技术虚拟实验室应用探讨科技信息高校理科研究电字技市虚拙实验室应用摄讨青岛科技大学山东新汶矿业集团职工大学田瑞摘要电子技术是电类专业极其重要的专业技术课,这门课程的实验能否有效和高效开展,对电类专业学生的高质量培养起至关重要的作用.然而,传统的教学手段和计算机仿真软件在一定程度上制约着实验教学的发展和人才质量的提高,改革传统的实验教学势在必行.采用虚拟仪器技术是解决这一问题的途径之一,本文比较分析了传统的教学手段和计算机仿真软件的不足,提出了基于LabVIEW的虚拟仪器的设计方法和体会,对电子技术的实验教学有一定的参考价值.关键词虚拟电子实验虚拟仪器实验教学LabVIEW语言为适应高职院校培养应用型人才的教学目的,随着教学理论的不断发展和现代科学技术成果广泛应用于教学,高职院校电子实验教学方法也在不断随之改进,完善,发展和创新.电子技术是电类专业极其重要的专业技术课,这门课程的实验能否有效和高效开展,对电类专业学生的高质量培养起至关重要的作用.在该课的实验教学中应处理好传授知识与培养能力的关系,重点放在培养学生能力和提高学生科学素质上.1.传统的教学方法和陈旧的实验仪器已无法满足现代实验教学的要求,基于虚拟仪器的电子实验是今后教学的主要手段高职院校的培养目标是培养应用型技术人才,这就要求在教学中突出电子技术的应用性和实践性,通过强化训练来提高学生的实际应用能力.传统的教学方法是让学生在教师的指导下进行实际的操作使用,学生根据实验电路在面包板上插装元器件和连接导线,然后接人信号源进行性能指标的测试.对于小型验证性实验,学生尚能及时完成.对于大型设计型试验,在对所设计的电路进行实验和调试时,需要根据实验结果不断更换元器件或修改参数,直至达到设计要求.这种试验方式受仪器设备,元器件品种,数量以及实验课时的限制,再加上学生分析,解决电子技术大型综合实验的能力差,动手操作能力弱,这些实验往往无法及时完成.另一方面,教师的工作量很大很难对所有学生进行指导,既影响教学效果又容易造成仪器损坏.总之,在传统教学方式和手段下,保证学生学习好,掌握好电子技术系列课程的措施尚不够充分.近年来,随着计算机的普及与EDA技术的发展,基于PC平台开发的SPICE相关电子模拟软件层出不穷,例如ElectronicsworkbenchEWB,Pspice,IsSpice,MicroCap等软件0运用CAI教学软件辅助实验教学,能较好地克服存在的部分困难.这些软件的出现为在教学中引入虚拟实验提供了技术上的保障.但是,由于电子技术实验教学方面的CAI软件还很少,而且仿真软件中的虚拟仪器是纯软件的,仿真的,不具备数据采集,信号的输入与输出功能,不能应用于测试,计量等科学研究领域,在一定程度上限制了教师和学生使用的积极性.另一方面,目前高职院校现有的电子实验设备有的已经老化,有的技术上相对落后,还有的仪器设备许多功能派不上用场,造成一些仪器的闲置,另外,某些需要的功能又不具备,需购置新的设备.这在很大程度上制约了实验教学的发展和人才培养质量的提高,究其原因,不能不说在科技迅猛发展的今天,以教育有限的投入无法满足实验设备价格昂贵,更新速度快的要求,这就要求从事实验教学研究的工作者,开发出能够满足现代实验教学要求,物美价廉的实验教学仪器,以提高实验教学水平,培养高素质的适应时代要求的合格人才.基于LabVIEW的虚拟电子仪器为我们提供了在电子技术教学方法中实现上述目标的理想平台.2.基于LabVIEW的虚拟仪器的构建虚拟仪器的硬件是以通用微型计算机为基础,购买一些仪器模板,就可以构成一定数量的虚拟仪器供学生使用.LabVIEW是一种由相应的硬件(接口卡)支持的图形编程语言,它具有十分强大的功能,包括数值函数运算,数据采集,信号处理,输入/输出控制,信号生成,图像的获取,处理和传输等等.它采用了工程界熟悉的术语,图标等图形化符号来代替常规的编程,把复杂,烦琐,费时的语言编程简化成简单,直观,易学的图形编程方式.学生可以很快学会使用LabVIEW设计出各种电子测试仪器.在电子实验教学中,学生可以根据实验要求,自行设计各种虚拟仪器软面板,定义仪器的功能,虚拟出电压表,电流表,频率计,示波器,信号发生器,扫频仪等多种测量仪器.并以各种形式表达输出检测结果.进行实时分析.例如:虚拟仪器虚拟出的函数发生器,其波形,频率,幅值等都可用键盘或鼠标进行设置,完全能代替常规的仪器使用.用它虚拟出的双踪数字示波器,不仅具有常规示波器的功能,还可同时显示,记录,存储和打印输入的波形,对存储的曲线可通过回放功能显示在屏幕上,回放速度可调,回放过程中可暂停波形扫描,以便能更清楚地观察波形的变化,所存储的曲线可以在任何时间打印输出,学生可以及时进行数据处理,观察和分析实验结果.从而激发了学生的实验兴趣,提高了实验效果和效率,加深了他们对理论知识的掌握.虚拟信号发生器,双踪数字示波器前面板3.进行电路设计,培养学生的创新能力虚拟电子实验室为学生创造良好的实验环境,有利于构建以学生实践为主体的教学模式,有利于学生动手能力和创新能力的培养.如果将虚拟电子实验室建成开放实验室,学生则可以随时自由上机做电子虚拟实验,学生除了独立完成课程的验证性实验和必做的综合性实验以外,还可以自行设计电路和选做一些趣味性的电路.比如学生除了做共射单管放大电路,射极输出器,译码电路的应用,计数电路的应用等基本电路,还可以做负反馈放大电路,集成运算放大电路的应用等设计型电路.还可以选作一些趣味性的电路,如彩灯控制,交通灯控制等控制电路以及各种报警电路等,这样,既增强了学习积极性,又可提高学生的设计能力,有利于教学质量的提高.利用虚拟电子实验室还能进行难度较大的综合性实验,如数字钟实验,这是数字电路中计数,分频,译码,显示及时钟脉冲振荡器等组合逻辑电路与时序逻辑电路的综合应用,通过综合性实验,进一步培养了学生的科研和动手能力.4.由于虚拟技术由软件确定.与物理硬件系统有差异.存在一定的局限性虚拟现实技术在电子教学的应用,使计算机变成实验台,软件变成仪器,网络变成实验室.虚拟仪器,虚拟电子实验具有传统仪器,传统电子实验无法比拟的优势,但是,也存在一些不足,例如标称值与实际值的误差,无器件老化参数的离散性,同一类型元件参数不一致性,元器件在系统中工作条件不同参数的差异性以及系统中各种实际干扰信号的影响等在虚拟技术中很难反映出来.总之,利用LabVIEW的虚拟电子实验教学丰富了电子技术教学方法,拓展了教学内容的深度和广度.为学生创造了更多动手,动脑的机会,使学生的学习状态由被动变为主动,学习积极性大大提高.同时也因它更贴近现代科技,更具有时代气息而受到学生的欢迎.但是,我们也要认识到电子技术是一门实验科学,从培养实用型人才的角度出发,加强传统的硬件实验是必不可少的,硬件实验的真实感是软件所不能替代的!只有在大量硬件实验基础上进行虚拟实验才有意义.参考文献1雷振山.LabVIEW7Express实用技术教程M.北京:中国铁道出版社.2004.2谢凯,姬建伟.基于LabVIEW6i的虚拟示波器设计河南科学,2003年第21卷第1期2225.3连海洲,赵英俊.基于LabVIEW技术的虚拟仪器系统I.仪器与测控,1999,(5):1014.4杨志忠,卫桦林.数字电子技术M.北京:高等教育出版社,