虚拟技术在电工电子实验中的应用

张 艳 赵路路

（唐山劳动技师学院 河北唐山 063000）

虚拟技术在电工电子实验中的应用

张 艳 赵路路

（唐山劳动技师学院 河北唐山 063000）

电子电路和测试仪器的数字化和智能化的发展方向对于传统硬件实验的设备要求会越来越高，虚拟技术在电工电子实验中的应用克服了传统教学过于抽象和枯燥，教学内容难以扩展的缺点，又在一定程度上弥补了实验、实习环节的不足，是提高教学质量的很好的辅助手段。对于此情况，本文将会详述一下虚拟技术在电工电子实验中的应用相关内容。

虚拟技术 电工电子 实验

引言

随着虚拟技术的发展，由它带来的一场测试仪器技术的“革命”，必将成为仪器领域的一个新的里程碑。虚拟电子实验台与电工电子课堂教学相结合，不但使教师的教学更加具有直观性、形象性和生动性，而且软件所提供的仿真环境更能使学生摆脱传统复杂数学推理的压力，使学生的学习更加具有主动性和创造性。那么下文让我们一起了解一下虚拟技术在电工电子实验中的应用。[1]

一、虚拟仿真技术

虚拟仿真实验是利用一定的仿真软件对电路环境和运行过程进行模拟达到与实际实验相同的目的。常用的电工电子类虚拟仿真软件有OrCAD、Multisim、Proteus、LabWIEW、Matlab等等。虚拟仿真实验与传统实验相比，其优势如下：首先可以减少实验时间和实验场所的限制，学生可以根据自己的实际情况和需要，自主进行实验。同时也可以提高实验和实训的直观性和真实性，特别是在实训课程和大学生电子设计大赛中，可以让学生更形象地获取知识，更高效率地完成设计，激发学生的创新思维和兴趣。[2]

其次可以打破课程界限，实行多门实验交叉汇合。对各门相关课程的实验室可以进行整合，可设置硬件和软件实验室，以适用不同的实验内容和要求，提高实验设备和实验室的利用率，甚至与其他高校实现优质教育资源共建、共享和应用。而且通过虚拟实验方式可以减小实验投入。采用虚拟仿真实验后，仪器设备损坏和耗材都会大幅度下降，特别是对于一些高消耗的电子类实验室，有利于实验室的维护，降低实验和设计成本。同时还能提高实验的安全性。学生可以根据设计要求最大范围地利用自己的知识去进行设计和扩展，对于人身安全和设备安全，不会造成伤害。最后有利于推进课程内容改革，实行项目式教学，提高学生的学习兴趣，有利于学生创新实践能力的培养。[3]

二、虚拟仪器技术在电工电子实验中的应用

1．虚拟信号发生器的设计应用

信号发生器是电气类实验中应用范围最为广泛的一种仪器设备，利用虚拟仪器技术能够较好地实现它的功能。虚拟信号发生器产生的信号频率通过软件延时的方法实现，即在相邻两个离散函数值之间进行加数循环。例如，当采样延时为1000（次）时，即在相邻两个离散函数值之间进行加数循环1000次，就有某个信号频率与之对应。虚拟信号发生器面板需设置以下主要控件：

（1）“图形显示”窗：用来显示图形。

（2）“幅度选择”输入窗：用来选择模拟输出信号的幅值，范围为1～5 V。

（3）“波形选择”键：用来选择待输出的机内周期信号的波形。该开关置于上方时由软件自动生成正弦波，置于中间时机内软件自动生成方波，置于下方时机内软件自动生成三角波。

（4）“延时选择”输入窗：延时范围为1～500，改变此值，可改变模拟输出信号的频率。

（5）“Sigpoints”输入窗：输入模拟输出信号一个周期内的离散点数。

（6）“波形发生”命令键：指令启动D/A转换，输出模拟电压信号。

（7）“停止”键：终止正在进行的D/A转换。

（8）“关闭仪器”键：具有关机功能。

利用研华数据采集卡PCI-1712进行DAQ数据采集与输出。12位A/D分辨率，每秒1M采样速率；16路单端或8路差分或组合模拟量输入；数据传输可使用PCI总线master功能；对模拟量输入可使用预触发，后触发，模式匹配以及延迟触发等多种触发模式；2路12位模拟量输出通道，可产生连续波形输出；用于模拟量输入的1K字FIFO，和用于模拟量输出的4K字FIFO软件校准模拟量输入和输出通道；16路数字量输入和16路数字量输出；3个16位时基为10MHZ的可编程计数器/定时器。

2．基于声卡的虚拟数字示波器的设计应用

传统的示波器与虚拟示波器有很多相同之处，同时又有本质的区别。传统示波器是由专门厂家设计生产出来的，如HP公司的双通道台式数字存储示波器UP54603系列，它是由具体的各类电子、机械元器件组成的。而虚拟示波器则完全是应用LabVIEW中的软件程序设计而成的，即虚拟示波器是完全通过软件程序设计出来仿真常用示波器的，它们在显示、测量分析、存储和外部连接上有着非常相似的地方，甚至有时候虚拟示波器在某些方面要优于常用示波器。现在的PC机上一般使用的都是集成声卡，而声卡可作为一种较高精度的数据采集卡，利用其继承的A/D、D/A，能够较好地完成数字量与模拟量之间的转换，从而具备了相当能力的采集通道。在完成DAQ采集驱动与配置之后，便可以进行虚拟示波器的设计了。

此虚拟示波器能够完成传统示波器的大多数功能，并能够进行频谱分析与显示截图，但由于集成声卡的本身资源有限，在精度与采样频率上受到了一定的限制。[4]

结语

上 文已经针对虚拟技术在电工电子实验中的应用进行了详细的分析，由于能力与经验的限制，本文可能对虚拟技术在电工电子实验中的应用论述不是很全面，没有面面俱到，在论述中也 许会出现一些这样或那样的问题，或呈现出一些不成熟的思想，这都需要广大同行多多批评与指正，进而不断分析、探究以及总结，使虚拟技术在电工电子实验中的应用得到创新。

[1]孙俊卿,罗云林,黄建宇,霍丽华,张迪.虚拟电工电子实验平台在基础实验教学中的应用[J].实验室科学,2009

[2]倪红霞.虚拟仪器及其在电工电子实验中的应用[J].电子制作,2017

[3]龙熙,刘丹丹.虚拟电子实验台在电工电子课堂教学中的应用[J].中国高新技术企业,2010

[4]马雪芬.虚拟仿真技术在电工电子实验中的应用研究[J].信息系统工程,2015