時(shí)間：2023-03-25 11:24:53
序論：在您撰寫(xiě)仿真技術(shù)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
在現(xiàn)代信息實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，積累經(jīng)驗(yàn)并應(yīng)進(jìn)行改革探索，并針對(duì)應(yīng)用型人才需采用虛擬和實(shí)際相結(jié)合、軟件與硬件相結(jié)合的模式?？梢钥闯觯F(xiàn)代仿真技術(shù)在信息學(xué)科教學(xué)，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。仿真技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，必將加快信息學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深化改革，促進(jìn)了教育觀念的改變是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的新的實(shí)驗(yàn)手段。
信息學(xué)科教學(xué)中仿真技術(shù)的應(yīng)用
目前，國(guó)內(nèi)外眾多高校在信息類(lèi)課程的教學(xué)過(guò)程中，對(duì)計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)做了大量有意義的探索，并取得了相對(duì)豐碩的研究成果。
（1）通信專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的仿真技術(shù)。近年來(lái)，隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段和設(shè)計(jì)方法通常不能夠適應(yīng)目前通信系統(tǒng)急劇增加的復(fù)雜性要求。在通信專(zhuān)業(yè)的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，基于相關(guān)常用的仿真軟件，通信系統(tǒng)的仿真技術(shù)也已逐漸成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及對(duì)其定性進(jìn)行驗(yàn)證的重要手段[5,6]。例如，對(duì)通信系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)并測(cè)試其性能；同時(shí)，在復(fù)雜的環(huán)境中無(wú)線電通信以及抗干擾通信系統(tǒng)的抵抗衰落和多徑效應(yīng)能力。但由于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試設(shè)備價(jià)格高昂，而且系統(tǒng)也往往具有不可測(cè)試特性。例如，在日常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教育單位不太可能對(duì)實(shí)際營(yíng)運(yùn)中的通信網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行測(cè)試。因此，這使得高校相關(guān)信息專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)面臨挑戰(zhàn)。這樣，基于相關(guān)軟件與算法對(duì)其進(jìn)行仿真就成為一種理想的選擇。通常，通信系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊的軟件實(shí)現(xiàn)、通信過(guò)程中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的智能化性能分析等系統(tǒng)及其部分功能的模擬大都基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)完成。其中，仿真算法可以直接映射為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的硬件。而基于仿真工具的軟件無(wú)線電技術(shù)使得通信信號(hào)處理方法得到廣泛應(yīng)用。此外，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)通信系統(tǒng)不同模塊的性能分析也有著不可替代的作用。例如，在基帶信號(hào)處理過(guò)程中可以通過(guò)合適的仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸信號(hào)的相應(yīng)變換。從而得出預(yù)編碼、自適應(yīng)均衡、信道編解碼、信源編解碼以及信息安全算法等等。此外，在復(fù)雜、時(shí)變的信息傳輸環(huán)境中，現(xiàn)代通信系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)算法更將會(huì)趨于復(fù)雜[7,8]。例如，在科研和教學(xué)中涉及到的信道估計(jì)的自適應(yīng)算法、MIMO技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)中的多用戶檢測(cè)算法、信道編解碼算法等技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，必須利用仿真技術(shù)對(duì)算法在實(shí)際通信環(huán)境中的適應(yīng)性進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估。
（2）基于硬件設(shè)計(jì)教學(xué)中的仿真技術(shù)。實(shí)現(xiàn)微處理器和數(shù)字信號(hào)處理芯片是現(xiàn)代信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)。系統(tǒng)中各個(gè)硬件模塊的實(shí)現(xiàn)通?；谟布抡婕夹g(shù)的理論與先進(jìn)的微型計(jì)算機(jī)的相互結(jié)合進(jìn)行分析。因此，仿真技術(shù)在信息專(zhuān)業(yè)教學(xué)過(guò)程中硬件的控制實(shí)現(xiàn)中也就有著重要的應(yīng)用[7]。在實(shí)際硬件仿真教學(xué)中，基于不同仿真平臺(tái)，例如Max+plus、QuartusII等軟件,通過(guò)VHDL、VerilogHDL等語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的物理器件性能進(jìn)行仿真。在目前很多信息系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)中，這主要表現(xiàn)為從基于硬件的集成電路模式逐步轉(zhuǎn)為一些硬件仿真軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的映射模式。
（3）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)中的仿真技術(shù)應(yīng)用。在通常信息學(xué)科的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)中，其復(fù)雜性已經(jīng)很難通過(guò)傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析來(lái)完成。而在更高層的協(xié)議設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中，通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中所涉及的仿真代碼可以將其設(shè)為相應(yīng)通信協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)的核心代碼。因此，在信息學(xué)科教學(xué)中，仿真方法在網(wǎng)絡(luò)及其協(xié)議的復(fù)雜性中也有著重要的應(yīng)用[9，10]。為了準(zhǔn)確、快速地對(duì)信息學(xué)科教學(xué)過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能完成評(píng)估。同時(shí)，如果采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以避免掉大量的理論性能分析過(guò)程中出現(xiàn)的障礙。另外，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行建模，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)參數(shù)的選擇和調(diào)整，并能夠快速模擬系統(tǒng)在真實(shí)環(huán)境中的行為表現(xiàn)。基于上述的仿真技術(shù)，可對(duì)教學(xué)中所應(yīng)用的信號(hào)處理算法、信息傳輸協(xié)議等及其相關(guān)性能做出評(píng)估以便進(jìn)一步改進(jìn)。因此，算法和協(xié)議的仿真成為實(shí)際系統(tǒng)中功能實(shí)現(xiàn)的重要手段。為了考查網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和利用效率，在實(shí)際的現(xiàn)代信息系統(tǒng)中提出了各種復(fù)雜且具有層次結(jié)構(gòu)的協(xié)議，進(jìn)而構(gòu)建結(jié)合無(wú)數(shù)節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)?？梢钥闯?，基于仿真平臺(tái)的仿真技術(shù)對(duì)實(shí)際環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真分析評(píng)估中有著不可分割的地位。
總之，在信息學(xué)科的教學(xué)實(shí)踐中，基于平臺(tái)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)有著重要的應(yīng)用。透過(guò)仿真技術(shù)，學(xué)生基于已有的理論可以對(duì)比傳統(tǒng)信息理論技術(shù)所研究的對(duì)象深入學(xué)習(xí)和研究。此外，通過(guò)仿真技術(shù)可以在仿真過(guò)程中實(shí)時(shí)修改系統(tǒng)參數(shù)，同時(shí)能夠評(píng)估參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)整體性能的影響，使其更加接近真實(shí)環(huán)境。
常用仿真軟件
目前，在信息學(xué)科的實(shí)際教學(xué)中，適用于系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊的軟件仿真軟件較多，例如Matlab，Labview，SystemView等。其中，Matlab／Simulink是目前廣泛應(yīng)用于科研和教學(xué)中較為常見(jiàn)的仿真與計(jì)算平臺(tái)。均可完成教學(xué)中所遇到的仿真實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算，例如可以通過(guò)Matlab實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)仿真中的數(shù)值計(jì)算、算法驗(yàn)證等分析等領(lǐng)域。而Simulink是Matlab中最重要的組件之一，它對(duì)系統(tǒng)能夠提供一個(gè)動(dòng)態(tài)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境，并具有適應(yīng)面廣、效率高和靈活等優(yōu)點(diǎn)。此外，Scilab也是一個(gè)開(kāi)放源碼的科學(xué)計(jì)算仿真軟件。而常用的硬件仿真軟件早些時(shí)候所常用的Max+plus、QuartusII；英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的用來(lái)電路分析與實(shí)物仿真軟件ProteusISIS；以及FPGA的仿真軟件Foundation和ISE等。
上述這些常用的軟硬件仿真軟件，在信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的工程建模、科學(xué)計(jì)算以及性能分析等方面有著重要的應(yīng)用，特別是在信息相關(guān)專(zhuān)業(yè)的課程實(shí)驗(yàn)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)中有著廣泛的作用。因此，開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)仿真課程能系統(tǒng)地利用科學(xué)計(jì)算和系統(tǒng)仿真工具，深入理解信息學(xué)科中專(zhuān)業(yè)課程的基本思想、原理和實(shí)踐。
（一）multisim13簡(jiǎn)介
multisim13是一款專(zhuān)用于電子線路仿真的軟件，是計(jì)算機(jī)上虛擬出的一個(gè)電子工作平臺(tái)。它擁有豐富的元件庫(kù)和儀器庫(kù)，采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路，按下仿真按鈕就可仿真電路的運(yùn)行狀態(tài)。軟件中的虛擬儀器控制面板外形、操作方式都與實(shí)物相似并可實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果，元件庫(kù)中的三維元件和實(shí)物相似，讓使用者有身臨其境的真實(shí)感受。
（二）multisim13引入教學(xué)的必要性
筆者認(rèn)為，基于動(dòng)手的學(xué)習(xí)是幫助學(xué)生鞏固理論概念并讓他們?yōu)殚_(kāi)發(fā)未來(lái)工業(yè)應(yīng)用或開(kāi)展先進(jìn)的科研項(xiàng)目做好準(zhǔn)備的最佳方法。任何成功的職業(yè)道路或者人生決定往往是受到啟發(fā)的，參與和準(zhǔn)備就是將這種啟發(fā)變成真正可實(shí)現(xiàn)的東西。啟發(fā)孩子以職業(yè)運(yùn)動(dòng)員為夢(mèng)想非常簡(jiǎn)單，只要打開(kāi)電視或去看一場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)的專(zhuān)業(yè)體育賽事。這個(gè)道理同樣適用于激勵(lì)學(xué)生成為一個(gè)電子工程師。我們對(duì)未來(lái)科學(xué)家和工程師的教育方式往往只局限于與實(shí)踐脫節(jié)的純理論和公式，即使燃燒最旺盛的火苗也會(huì)被這種教育方式所熄滅。而讓學(xué)生參與實(shí)際的開(kāi)發(fā)，又受到現(xiàn)實(shí)條件的限制，multisim13恰恰提供了這樣一個(gè)折中的方案：以課堂學(xué)習(xí)技能為主，一個(gè)與工業(yè)應(yīng)用相銜接的平臺(tái)為輔，兩者結(jié)合可幫助學(xué)生為應(yīng)對(duì)未來(lái)的重大挑戰(zhàn)做好準(zhǔn)備。multisim13是將工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)集成到一個(gè)專(zhuān)門(mén)針對(duì)教學(xué)而設(shè)計(jì)的平臺(tái)中，學(xué)生可以結(jié)合基于工業(yè)技術(shù)的教學(xué)硬件平臺(tái)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器套件來(lái)學(xué)習(xí)基本的工程和系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念。將multisim13引進(jìn)課堂，可以將抽象的、空洞的理論教學(xué)變?yōu)閯?dòng)態(tài)的、可視的直觀演示，這不但可以有效地增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電路工作狀態(tài)的感性認(rèn)識(shí)，提高課堂教學(xué)效率，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，克服學(xué)生的畏難情緒。學(xué)生自己可以在電子平臺(tái)上按照自己的想法隨意設(shè)計(jì)電路，仿真印證自己的設(shè)想，培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計(jì)電路的創(chuàng)新意識(shí)；在multisim13電子平臺(tái)下，可以先觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后帶著疑問(wèn)、好奇探究現(xiàn)象背后的理論與規(guī)律。這樣順應(yīng)認(rèn)知規(guī)律，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和對(duì)知識(shí)的理解程度。
二、multisim13在教學(xué)中應(yīng)用實(shí)例
(一)傳統(tǒng)二極管結(jié)構(gòu)和單向?qū)щ娦灾v授過(guò)程
利用PPT圖片展示一個(gè)二極管結(jié)構(gòu)示意圖，語(yǔ)言表述“將PN結(jié)兩端各引出一個(gè)電極，并加以封裝就制成了一個(gè)二極管”；給出二極管的電路符號(hào)。二極管重要特性就是單向?qū)щ娦?，流過(guò)電流的方向就是符號(hào)箭頭所指的方向，二極管的導(dǎo)通電壓鍺管0.3，硅管0.7V。
（二）采用
multisim13進(jìn)行課堂教學(xué)過(guò)程在multisim13元件庫(kù)中調(diào)出3D虛擬器件，如圖2所示。“將PN結(jié)兩端各引出一個(gè)電極，并加以封裝就制成了二極管”。對(duì)于圖中U4管，灰環(huán)的一側(cè)是陰極，另外一側(cè)是陽(yáng)極；對(duì)于直插的發(fā)光二極管U5，長(zhǎng)引腳的是正極，短的是陰極；也可以仔細(xì)觀察管子內(nèi)部的電極，較小的是陽(yáng)極，大的類(lèi)似于碗狀的是陰極。在軟件電子平臺(tái)上調(diào)出電阻、二極管、開(kāi)關(guān)和萬(wàn)用表搭成圖3所示電路。故意將二極管接反向電壓，雙擊兩塊萬(wàn)用表，彈出圖示右側(cè)的顯示表盤(pán)，按下仿真按鈕。這時(shí)提醒學(xué)生注意：電流表示數(shù)為0，說(shuō)明電路沒(méi)有通，“為什么”。吸引學(xué)生注意力的同時(shí)教師將二極管轉(zhuǎn)向，陽(yáng)極接電源正極，陰極接電源負(fù)極，按仿真按鈕，電流表示數(shù)為2.429mA，電壓表示數(shù)為581.428mV，說(shuō)明二極管導(dǎo)通。這時(shí)點(diǎn)題：（1）這就是二極管單向?qū)щ娦裕褐挥嘘?yáng)極接電源正極（高電位）陰極接電源負(fù)極（低電位）才能夠?qū)?。?）導(dǎo)通電壓在0.7V左右。進(jìn)一步提問(wèn)，電阻起什么作用？不放電阻可以么？帶著問(wèn)題修改電路：二極管換成LED發(fā)光管，如圖4所示，電阻選擇4.7K，按下仿真按鈕，LED燈根本沒(méi)亮！但是電流值為2.139mA，壓降是1.711V；將電阻換成1.0K，再一次仿真燈亮了！電流值為10.209mA、電壓值為1.791V。
（三）兩種教學(xué)方法的比較
通過(guò)對(duì)兩種教學(xué)過(guò)程的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，通過(guò)仿真平臺(tái)進(jìn)行課堂教學(xué)，學(xué)生可以獲得更多的信息量，比如二極管的實(shí)物形態(tài)、二極管的導(dǎo)通電壓并不一定是0.7V、發(fā)光二極管并不是導(dǎo)通就發(fā)光、二極管在電路中必須配合限流電阻來(lái)使用等。傳統(tǒng)教學(xué)采用語(yǔ)言描述來(lái)傳遞知識(shí)，優(yōu)點(diǎn)是講課速度快，但是文字、語(yǔ)言信息很難在學(xué)生頭腦中建立明確的形象概念，也缺乏學(xué)生的思考和參與。引入multisim13輔助教學(xué)，可通過(guò)multisim13組建電路進(jìn)行仿真，讓學(xué)生看到生動(dòng)的現(xiàn)象，將枯燥的語(yǔ)言符號(hào)變成了鮮活的現(xiàn)象過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生需要觀察、思考，需要參與。在這種以學(xué)生為主體、以問(wèn)題為主線的教學(xué)模式下，學(xué)生的主動(dòng)性、學(xué)習(xí)積極性更高，教學(xué)效果自然更好。引入multisim13軟件輔助教學(xué)的突出特點(diǎn)是使學(xué)生置身于真實(shí)的工程環(huán)境，能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電路的感性認(rèn)識(shí)，掌握各種儀器的基本使用和電路參數(shù)的測(cè)試方法。通過(guò)人機(jī)對(duì)話的方式，能使每個(gè)學(xué)生動(dòng)手接觸電路，進(jìn)行元件接線，參數(shù)設(shè)定，通過(guò)調(diào)試和測(cè)量，把實(shí)驗(yàn)與理論有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，加深對(duì)理論的理解，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。
三、結(jié)束語(yǔ)
仿真技術(shù)能夠給環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)帶來(lái)諸多好處例如，在建筑裝飾構(gòu)造的教學(xué)方面，我們可以建造出各種裝飾構(gòu)件的模型，設(shè)置成一個(gè)個(gè)可以互動(dòng)的教學(xué)小游戲，提供一定的文字說(shuō)明等指引學(xué)生去完成其工作過(guò)程，這樣既可以節(jié)約學(xué)生實(shí)際操作帶來(lái)的教學(xué)成本，又打破了學(xué)校與施工場(chǎng)地之間的空間限制，為學(xué)生提供了一個(gè)可以重復(fù)進(jìn)行的、不受時(shí)間地點(diǎn)限制的、生動(dòng)逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而加速學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的質(zhì)量。再比如，在室內(nèi)設(shè)計(jì)的空間組織和燈光設(shè)計(jì)等方面，我們可以利用一些容易運(yùn)行、操作簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)軟件，如建筑草圖大師SketchUp，讓學(xué)生自己親自動(dòng)手去試驗(yàn)各種空間組織方式的變化對(duì)空間感覺(jué)帶來(lái)的影響；通過(guò)各種跟真實(shí)生活中完全一致的燈光類(lèi)型的選擇和各項(xiàng)照明參數(shù)的控制，仿真出各種燈光組合的真實(shí)效果，從而讓學(xué)生更好地理解燈光設(shè)計(jì)的意義和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。這種讓學(xué)生親身去經(jīng)歷、親身去感受的教學(xué)方法，無(wú)疑比空洞抽象的說(shuō)教更具有說(shuō)服力，趣味性更強(qiáng)，很受學(xué)生的歡迎，教學(xué)效果也會(huì)更好。還有在室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)方面，我們可以利用仿真技術(shù)建造出各種常見(jiàn)室內(nèi)空間的虛擬模型，如家居空間中的客廳、主臥，辦公空間中的會(huì)議室、老板房，餐飲空間中的大堂、包間，酒店空間中的大堂、客房等，設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)可以互動(dòng)的系統(tǒng)小游戲，讓學(xué)生可以進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行任意角度的觀察，并允許他們更改或重新組合里面的絕大多數(shù)內(nèi)容，比如，更換墻面或地面的材質(zhì)，更換天花板造型或燈飾，更換家具和陳設(shè)品等。讓設(shè)計(jì)變化的結(jié)果可以在很短的時(shí)間內(nèi)快速呈現(xiàn)出來(lái)，這對(duì)教師演示室內(nèi)裝飾的作用和意義很有幫助，對(duì)學(xué)生快速掌握室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和搭配技巧也很有幫助。這些小系統(tǒng)的應(yīng)用，還對(duì)解釋如何才能形成特定的室內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)格或氛圍，也起到了很好的現(xiàn)場(chǎng)演示作用。這種教學(xué)模式的啟用和它將產(chǎn)生的良好的教學(xué)效果，是傳統(tǒng)的教學(xué)方法所無(wú)法企及的。綜上所述，仿真技術(shù)不管是應(yīng)用于環(huán)藝專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)工作上來(lái)說(shuō)，還是應(yīng)用于其教學(xué)工作上來(lái)說(shuō)，都擁有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和教學(xué)方法難以比擬的優(yōu)勢(shì)。但是，仿真技術(shù)也有其自身的局限性，并非任何時(shí)候都是最適宜的教學(xué)手段，不可盲目推崇。
2仿真技術(shù)的局限性
2.1仿真技術(shù)能夠制作高精度仿真圖，但是它耗時(shí)長(zhǎng)，結(jié)果固定，無(wú)法即時(shí)溝通
同樣以環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)來(lái)講，利用計(jì)算機(jī)仿真手段制作的效果圖可以更加逼真細(xì)膩準(zhǔn)確，但是它耗時(shí)很長(zhǎng)，無(wú)法做到即時(shí)交流，能夠反映的空間內(nèi)容也很有限，角度固定，無(wú)法反映出全方位的內(nèi)容和所有細(xì)節(jié)，也不能跟業(yè)主產(chǎn)生互動(dòng)。但是手繪的表達(dá)方式卻可以，對(duì)業(yè)主提出的問(wèn)題，可以當(dāng)場(chǎng)快速地表現(xiàn)出它的形狀、結(jié)構(gòu)和大概的比例關(guān)系和效果，達(dá)到即時(shí)溝通的目的。那我們就可以在時(shí)間允許的前提下，挑選幾個(gè)主要的空間進(jìn)行計(jì)算機(jī)效果圖的精細(xì)刻畫(huà)，而其他沒(méi)有涉及到的地方或者業(yè)主臨時(shí)提出的一些疑問(wèn)，則通過(guò)手繪的方式進(jìn)行解釋和溝通。
2.2仿真技術(shù)有時(shí)需要大量的時(shí)間、金錢(qián)投入，產(chǎn)生的效果卻未必是最好的
例如，環(huán)藝專(zhuān)業(yè)中現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)部分，學(xué)生只需要了解其過(guò)程和要點(diǎn)，能夠判斷其對(duì)錯(cuò)好壞，便于將來(lái)把關(guān)即可，并不需要親自進(jìn)行操作。那么，采用直接播放施工現(xiàn)場(chǎng)錄像的方式來(lái)進(jìn)行教學(xué)，不僅更加直觀，對(duì)教學(xué)效果沒(méi)有不利影響，而且在時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本上來(lái)說(shuō)也是最有利的，那就沒(méi)有必要非得去開(kāi)發(fā)仿真系統(tǒng)幫助學(xué)生來(lái)掌握這方面的知識(shí)。所以，選擇這種教學(xué)手段時(shí)要考慮到時(shí)間和經(jīng)濟(jì)投入的大小，系統(tǒng)的延展性如何，以及是否有更簡(jiǎn)便的方法同樣可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的等問(wèn)題?？偨Y(jié)得出仿真技術(shù)主要在哪些地方應(yīng)用其優(yōu)勢(shì)才能最大化地顯示出來(lái)，而其他方面并不一定合適。
3仿真技術(shù)是教學(xué)手段而不是目的
教學(xué)目的決定教學(xué)手段。我們應(yīng)該以能否更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的為根本出發(fā)點(diǎn)，合理選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段，不應(yīng)該處處強(qiáng)調(diào)新技術(shù)的應(yīng)用。就仿真技術(shù)來(lái)說(shuō)，每個(gè)專(zhuān)業(yè)都有眾多的知識(shí)環(huán)節(jié)和技能環(huán)節(jié)，他們?cè)趯?zhuān)業(yè)中的重要性和需要學(xué)生掌握的程度是不一樣的，有些知識(shí)很重要，但主要是靠腦部思考來(lái)領(lǐng)悟和理解，不需要仿真技術(shù)；有些知識(shí)或者技能，需要學(xué)生了解但沒(méi)必要掌握，如果有更好的教學(xué)手段達(dá)到目的，也沒(méi)必要非要用仿真技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于專(zhuān)業(yè)核心技能中，需要學(xué)生熟練掌握其操作，真正的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操難以實(shí)現(xiàn)，或者實(shí)操成本過(guò)高，或者實(shí)操過(guò)程危險(xiǎn)性較高，應(yīng)用仿真技術(shù)又確實(shí)可以逼真模擬其場(chǎng)景和操作過(guò)程與要領(lǐng)時(shí)，應(yīng)用仿真技術(shù)才是最好的選擇。例如，計(jì)算機(jī)仿真效果圖可以讓業(yè)主直觀地看到設(shè)計(jì)結(jié)果，效果滿意了再進(jìn)行設(shè)計(jì)制圖與施工，避免了時(shí)間、人力和資源上的浪費(fèi)。但是，如若不然，就不應(yīng)該勉強(qiáng)。
4在教育中應(yīng)用仿真技術(shù)需要注意的一些事項(xiàng)和應(yīng)該避免的誤區(qū)
4.1教師是應(yīng)用者，不是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者，不要把每位教師都變成軟件開(kāi)發(fā)人員
我們使用一個(gè)工具的時(shí)候，只需要明白這個(gè)工具如何使用就可以了，沒(méi)必要還得知道它是如何生產(chǎn)出來(lái)的。仿真技術(shù)的應(yīng)用也是如此。
4.2要衡量教學(xué)投入和教學(xué)效果
之間的績(jī)效關(guān)系，避免高投入而低效果沒(méi)必要仿真的非要仿真，同樣可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的、比仿真技術(shù)更好的教學(xué)手段的非要用仿真技術(shù)，或難以仿真的地方也很牽強(qiáng)的要用仿真技術(shù)虛擬一下。
5結(jié)語(yǔ)
目前，在進(jìn)行電工電子相關(guān)課程的授課時(shí)，許多專(zhuān)業(yè)教師采用的是理實(shí)一體化教學(xué)的模式，在教學(xué)的過(guò)程中，往往需要將學(xué)生帶到實(shí)驗(yàn)室上課，或者預(yù)先將實(shí)驗(yàn)設(shè)備搬到普通課堂中，課前準(zhǔn)備的工作量很大。為了達(dá)到省時(shí)高效率，在進(jìn)行理論教學(xué)的過(guò)程中，如講到某個(gè)具體的電路時(shí)，可以用“proteus”這一仿真軟件進(jìn)行同步演示，這樣電路的電壓、電流數(shù)值以及波形等參數(shù)，都會(huì)以數(shù)字或圖形的方式顯示，學(xué)生可以很直觀的看到，一目了然，加深了印象。比如在講授《電子線路》這一課程中的二極管的整流電路、單級(jí)放大電路、OTL功放電路等知識(shí)點(diǎn)時(shí)，通過(guò)仿真來(lái)演示輸入輸出的波形，非常直觀，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且加深了學(xué)生的理解和記憶。同樣，我們也可以將“multisim”仿真軟件引入教學(xué)，該軟件中提供了大量的虛擬儀表，這些虛擬儀表與現(xiàn)實(shí)生活中的儀表相同，使用方法相似，模擬操作起來(lái)非常方便，而軟件中所提供的部分高級(jí)儀表，實(shí)際價(jià)格非常昂貴，現(xiàn)實(shí)生活中由于經(jīng)費(fèi)問(wèn)題，我們可能無(wú)力購(gòu)買(mǎi)，而軟件中給我們提供了這種高級(jí)儀表的使用方法，給我們的教學(xué)帶來(lái)了便捷。應(yīng)該說(shuō)，實(shí)驗(yàn)室里所能開(kāi)設(shè)的電子電工相關(guān)電路的實(shí)驗(yàn)，我們都可以利用該仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，該軟件相當(dāng)于一個(gè)可以移動(dòng)的功能強(qiáng)大的現(xiàn)代化的電工電子實(shí)驗(yàn)室，借助仿真軟件的使用，使得教師在講授電工電子的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，非常清晰，取得了良好的效果。
二、在實(shí)踐環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
在電子的實(shí)踐中，采用實(shí)物操作和仿真軟件相結(jié)合的原則，可以使得事半功倍，使得學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握更加牢固，同時(shí)極大程度上提高了學(xué)習(xí)效率。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1.利用仿真技術(shù)減少了實(shí)物實(shí)驗(yàn)的故障率，使得實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)。當(dāng)學(xué)生裝配好電路板后，開(kāi)始進(jìn)行調(diào)試時(shí)，一般要對(duì)實(shí)物電路板進(jìn)行短路檢測(cè)，確認(rèn)沒(méi)有短路故障后再進(jìn)行調(diào)試。而實(shí)訓(xùn)的具體檢測(cè)和調(diào)試都是帶電操作，帶有一定的風(fēng)險(xiǎn)性和不確定性。因此在開(kāi)始操作的過(guò)程中，在學(xué)生開(kāi)始調(diào)試之前，先通過(guò)仿真軟件演示整個(gè)調(diào)試過(guò)程，這樣學(xué)生不僅對(duì)調(diào)試過(guò)程有很清晰的認(rèn)識(shí)，而且可以避免實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的一些誤操作，減少了調(diào)試過(guò)程中產(chǎn)生的故障。仿真軟件演示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際調(diào)試的數(shù)據(jù)相差不大，學(xué)生可以比較數(shù)據(jù)，進(jìn)行自檢。另一方面，如果要設(shè)計(jì)一塊電路板的時(shí)候，需要對(duì)電路的參數(shù)反復(fù)的調(diào)試，在實(shí)物電路板上實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，利用仿真軟件可以反復(fù)調(diào)試，并可以尋找到最佳的方案，再去進(jìn)行實(shí)物的設(shè)計(jì)，非常便捷。另外，仿真實(shí)驗(yàn)沒(méi)有任何干擾信號(hào)的存在，更加能夠真實(shí)的反映出實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，做到精準(zhǔn)、真實(shí)、完美。
2.利用仿真技術(shù)可以順利進(jìn)行故障的分析，并順利找到故障點(diǎn)。在電工電子的實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生不僅要熟練掌握電路的調(diào)試能力，還要有一定的電路排故能力。有時(shí)候安裝一塊電路板需要的時(shí)間可能并不長(zhǎng)，但往往查找故障點(diǎn)需要花費(fèi)大量的時(shí)間。另外如果在電路板上人為設(shè)定一個(gè)故障，比如元器件的接反或某處電路出現(xiàn)短路故障時(shí)，部分元器件可能會(huì)出現(xiàn)擊穿、損壞、甚至出現(xiàn)電氣短路等現(xiàn)象，這樣在操作的時(shí)候非常危險(xiǎn)。而我們?cè)谑谡n的時(shí)候，如果利用仿真軟件去講解電路時(shí)，可以隨意地將元件焊反或?qū)⒛扯坞娐范搪?，學(xué)生可以很直觀的看到故障的數(shù)據(jù)及波形，提高了學(xué)生的分析能力以及解決問(wèn)題的能力。同時(shí)也提高了學(xué)生思考的能力。
3.利用仿真技術(shù)可以進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，大大降低了成本。對(duì)于電子線路的板子，很多時(shí)候裝配完后進(jìn)行調(diào)試，往往是只能使用一次，或者僅能對(duì)單一功能進(jìn)行調(diào)試，不能夠進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，尤其是在現(xiàn)代電子產(chǎn)品的高速發(fā)展，許多新型器件、集成塊、貼片元件的大量使用，使得裝配和拆裝都不那么容易，另外成本也相對(duì)來(lái)說(shuō)很過(guò)。仿真技術(shù)的使用，使每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)根據(jù)自己的實(shí)際情況，揚(yáng)長(zhǎng)避短，并進(jìn)行反復(fù)練習(xí)。而且仿真實(shí)驗(yàn)不需要真實(shí)環(huán)境的介入，軟件中有取之不盡、用之不竭的電氣元件，而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也沒(méi)有元件的損耗，實(shí)驗(yàn)室維護(hù)管理將更加方便?？傊瑢⒎抡孳浖?yīng)用于教學(xué)有很多的優(yōu)點(diǎn)。另外由于現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷更新，往往使得實(shí)驗(yàn)室中實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)資源相對(duì)短缺，一些設(shè)備不能及時(shí)更新和維護(hù)，實(shí)踐耗材昂貴，而帶來(lái)了很多的局限性。利用仿真實(shí)訓(xùn)軟件后，不僅使得實(shí)訓(xùn)具有完整性、系統(tǒng)性、交互性、智能型。極大程度上彌補(bǔ)現(xiàn)有教學(xué)資源的不足。如在進(jìn)行電力拖動(dòng)的授課時(shí)，當(dāng)講授到三相異步電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，我們除了可以介紹電機(jī)的基本知識(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室有的電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用方法外，我們還可以使用仿真軟件，給同學(xué)們展示形式多樣的、不同用途的其他電機(jī)。同時(shí)我們可以利用仿真技術(shù)對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬，提高課堂效果。
三、總結(jié)
關(guān)鍵詞：仿真技術(shù)電力系統(tǒng)
自20世紀(jì)80年代末至今，我國(guó)的仿真技術(shù)獲得了極大的發(fā)展。在電力系統(tǒng)中，應(yīng)用較多的培訓(xùn)仿真系統(tǒng)有電廠仿真、電網(wǎng)運(yùn)行工況仿真和變電所仿真。一般說(shuō)來(lái)，凡是需要有一個(gè)或一組熟練人員進(jìn)行操作、控制、管理與決策的實(shí)際系統(tǒng)，都需要對(duì)這些人員進(jìn)行培訓(xùn)、教育與培養(yǎng)。早期的培訓(xùn)大都是經(jīng)過(guò)理論講解和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，通過(guò)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的積累來(lái)完成的，這種培訓(xùn)方式因是在實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)上進(jìn)行操作，不僅培訓(xùn)成本高、培訓(xùn)時(shí)間長(zhǎng)，而且有些故障只能在實(shí)際發(fā)生時(shí)才能得到實(shí)際操作的機(jī)會(huì)，致使一部分知識(shí)只有感性認(rèn)識(shí)，得不到實(shí)際操作的鍛煉。隨著系統(tǒng)規(guī)模的加大、復(fù)雜程度的提高，特別是造價(jià)日益昂貴，訓(xùn)練時(shí)因操作不當(dāng)引起的破壞而帶來(lái)的損失大大增加，因此，提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性、可靠性事關(guān)重大。為解決這些問(wèn)題，出現(xiàn)了培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，模擬實(shí)際系統(tǒng)的工作狀況和運(yùn)行環(huán)境，以避免運(yùn)用實(shí)際系統(tǒng)時(shí)可能帶來(lái)的危險(xiǎn)性及高昂的代價(jià)。
變電所培訓(xùn)仿真系統(tǒng)集仿真技術(shù)、圖形圖象技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)于一體，依據(jù)變電所電力設(shè)備實(shí)物、一次設(shè)備和二次設(shè)備接線圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，如主控室、控制屏、保護(hù)屏及設(shè)備連接狀況，可在模擬設(shè)備和二次接線圖上進(jìn)行相應(yīng)操作，采用鼠標(biāo)點(diǎn)擊的操作方式，簡(jiǎn)單、直觀、易學(xué)(見(jiàn)圖1)。這種方式使變電運(yùn)行人員的培訓(xùn)手段大大更新，提高了培訓(xùn)效率，縮短了培訓(xùn)周期。也進(jìn)一步提高了運(yùn)行人員的正確判斷和處理事故的能力，防止事故擴(kuò)大化和縮短事故處理時(shí)間，從而確保電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
圖1
1變電所仿真的現(xiàn)狀
目前，我國(guó)農(nóng)網(wǎng)中(110kV、35kV)變電所培訓(xùn)仿真系統(tǒng)主要有孤立變電所型變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)和考慮簡(jiǎn)單電網(wǎng)的變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)。前一種類(lèi)型的變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，造價(jià)相對(duì)較低；后一種不僅仿真了變電所的運(yùn)行狀況，而且考慮到電網(wǎng)和變電所之間的相互影響，該類(lèi)型的變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)在功能上比孤立變電所型的仿真系統(tǒng)要強(qiáng)。此外，還有將無(wú)人值班變電所仿真、集控中心仿真、變電所運(yùn)行管理系統(tǒng)結(jié)合于一體的110kV/35kV集控站培訓(xùn)仿真系統(tǒng)。考慮到仿真原理的相同性和孤立變電所型變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，能夠在單機(jī)上獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)，以下只對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
2硬件配置的基本要求
微機(jī)一臺(tái)：主頻PENTIUM200；32M內(nèi)存；3.2G硬盤(pán)；16倍光驅(qū)；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(xùn)軟件。
4主要功能
(1)正常操作訓(xùn)練：斷路器操作、隔離開(kāi)關(guān)操作、壓板操作、保護(hù)投停、電壓互感器的切換，電容器的投停等；
(2)故障演習(xí)訓(xùn)練：
斷路器故障：拒動(dòng)、誤動(dòng)、偷跳；
隔離開(kāi)關(guān)故障：帶負(fù)荷拉合隔離開(kāi)關(guān)、帶電合接地隔離開(kāi)關(guān)；
變壓器故障：包括相間短路、接地短路、匝間短路、變壓器過(guò)負(fù)荷、變壓器油溫過(guò)高；
母線故障：母線短路、母線接地；
線路故障：近區(qū)短路、接地、斷線等；
此外，還有電容器故障、繼電保護(hù)故障以及其它故障等。
培訓(xùn)者可對(duì)設(shè)定操作任務(wù)或故障，依據(jù)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)操作票進(jìn)行操作，系統(tǒng)也可在出現(xiàn)故障時(shí)，給予提示并指出錯(cuò)誤要點(diǎn)。
(3)操作票生成與培訓(xùn)系統(tǒng)：可對(duì)線路、主變壓器、母線、電容器等設(shè)備開(kāi)操作票；可對(duì)學(xué)員的操作以操作票的形式記錄；可對(duì)學(xué)員的操作票和標(biāo)準(zhǔn)操作票進(jìn)行比較；
(4)理論知識(shí)的培訓(xùn)：可提供設(shè)備的圖片和產(chǎn)品介紹；可進(jìn)行二次回路圖紙講解：包括中央信號(hào)回路、電力變壓器保護(hù)、電容器組保護(hù)、輸電線路保護(hù)、低周減載裝置等；還可進(jìn)行運(yùn)行規(guī)程問(wèn)答、典型故障處理、經(jīng)驗(yàn)介紹以及提供考試題庫(kù)。
(5)系統(tǒng)維護(hù)功能：系統(tǒng)可根據(jù)110kV變電所的主接線方式(如：?jiǎn)文妇€接線方式、內(nèi)橋接線方式、單元接線方式)和正常運(yùn)行方式的差異及實(shí)際變電所的工作情況進(jìn)行選擇和修改，可對(duì)考試題目進(jìn)行增加或修改，還可對(duì)二次接線圖上的線路名稱和隔離開(kāi)關(guān)、斷路器號(hào)進(jìn)行更改，使其更加接近變電所的實(shí)際運(yùn)行情況。
操作實(shí)例：
倒閘操作是變電所正常運(yùn)行和檢修中都涉及的操作，具有重要的作用，其操作過(guò)程如下：
①運(yùn)行仿真軟件，進(jìn)行操作人員登陸。
②進(jìn)行功能選擇，進(jìn)入倒閘操作模塊，進(jìn)行題目分類(lèi)選擇。如選擇"10kV倒閘操作題目"后，屏幕上會(huì)出現(xiàn)一系列10kV倒閘操作題目的分項(xiàng)內(nèi)容，用鼠標(biāo)按鈕進(jìn)行選擇，選擇"紡織線002斷路器停電，紡織線線路檢修"(見(jiàn)圖2)。選擇題目后，可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)操作票預(yù)覽，以便操作人員了解操作步驟后進(jìn)行正確操作?？蓡螕粢c(diǎn)按鈕，查看提示注意事項(xiàng)。操作練習(xí)既可在線路圖上進(jìn)行，也可在模擬圖上進(jìn)行。
圖2
③依次拉開(kāi)紡織線002斷路器，拉開(kāi)002-3隔離開(kāi)關(guān)，拉開(kāi)002-1隔離開(kāi)關(guān)，在002-3隔離開(kāi)關(guān)線路側(cè)掛接地線(見(jiàn)圖3)。遇到困難時(shí)，可查閱標(biāo)準(zhǔn)操作票和操作要點(diǎn)提示。操作完畢后，調(diào)出操作記錄與標(biāo)準(zhǔn)操作票進(jìn)行比較，如果在操作過(guò)程中發(fā)生誤操作，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。
圖3
④選擇操作題目后，也可進(jìn)入考試狀態(tài)。在此狀態(tài)下，系統(tǒng)不提供標(biāo)準(zhǔn)操作票和操作要點(diǎn)提示，考試時(shí)間到，系統(tǒng)不再進(jìn)行操作記錄。
5結(jié)束語(yǔ)
目前，110/35kV變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)在一些變電所已經(jīng)得到應(yīng)用，并取得實(shí)效。歸納起來(lái)，變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)具有如下的特點(diǎn)：
(1)計(jì)算機(jī)仿真程度高。仿真畫(huà)面完全按照變電所的電力設(shè)備實(shí)物進(jìn)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(biāo)點(diǎn)擊元器件，即可激發(fā)元器件動(dòng)作，元器件動(dòng)作后仿真變電所同實(shí)際變電所情況一致。
(2)培訓(xùn)功能完善。不但可對(duì)變電所的正常和異常事故進(jìn)行仿真，而且可提供完善的二次圖講解。對(duì)變電所的繼電保護(hù)裝置從動(dòng)作原理到動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行分步講解，突出顯示動(dòng)作斷路器和響應(yīng)元器件，動(dòng)畫(huà)模仿電流軌跡。
(3)可擴(kuò)充性強(qiáng)。仿真系統(tǒng)還應(yīng)提供維護(hù)功能，用戶可在使用過(guò)程中，按照各自變電所的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模蛊涓咏鼘?shí)際運(yùn)行中的變電所。
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(jìn)技術(shù)被廣泛運(yùn)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(yùn)用到電子專(zhuān)業(yè)的教學(xué)當(dāng)中，且對(duì)促進(jìn)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(duì)仿真技術(shù)在電子專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。在模擬電路中，放大電路是一個(gè)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(guò)程中，首先應(yīng)當(dāng)利用多媒體課件對(duì)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，例如信號(hào)放大的基本概念、共射極電路的構(gòu)成、各個(gè)組成部分的作用、放大電路的動(dòng)靜態(tài)特性等。
在對(duì)問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以設(shè)計(jì)以下問(wèn)題：怎樣在放大電路輸入端添加正弦信號(hào)？輸出信號(hào)是否會(huì)出現(xiàn)變化？電壓放大倍數(shù)與什么因素相關(guān)？倘若對(duì)電路的偏置予以調(diào)整，那么輸出信號(hào)又將發(fā)生怎樣的改變？之后通過(guò)Multisim軟件建立共射極電路，然后再展開(kāi)以下仿真實(shí)驗(yàn)。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(kāi)，進(jìn)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(hào)（幅值是5mV）添加在輸入端，進(jìn)而對(duì)處于空載狀態(tài)與接10kΩ負(fù)載下的放大電路的輸出電壓波形予以測(cè)定，進(jìn)而得出參數(shù)值分別是1.2V、753.7mV，具體如圖2所示。對(duì)輸入信號(hào)的幅值予以改變，輸入電壓增加到15mV，而在此時(shí)輸出電壓波形如圖3（1）所示。對(duì)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(guò)對(duì)上述仿真結(jié)果的總結(jié)與分析，可以得出以下五點(diǎn)結(jié)論：第一，當(dāng)輸出電壓大于輸入電壓幅值時(shí)，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(shí)，共射極電路具備反相功能；第三，在輸入信號(hào)較大，且輸出信號(hào)正負(fù)半周不對(duì)稱時(shí)，將會(huì)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(fù)載有一定的聯(lián)系，其中當(dāng)負(fù)載小時(shí)，放大電路的放大倍數(shù)就小，反之，負(fù)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(shí)，輸出電壓波形的負(fù)半周會(huì)發(fā)生失真的現(xiàn)象。
二、仿真技術(shù)在教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)及注意事項(xiàng)
在中職電子專(zhuān)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(qiáng)的拓展性。仿真教學(xué)能夠提供多種多樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)程序與實(shí)驗(yàn)電路板，能夠廣泛運(yùn)用于各種電子課程，例如模擬電子技術(shù)、電子測(cè)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(hào)源、數(shù)字存儲(chǔ)示波器等虛擬儀器，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與處理，展開(kāi)溫度檢測(cè)控制，以及進(jìn)行電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等。三是有較強(qiáng)的趣味性。在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)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(dòng)中。此外，仿真實(shí)驗(yàn)的成本較低，可以隨時(shí)展開(kāi)仿真教學(xué)。
（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)從屬于理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)得不到足夠的重視，實(shí)驗(yàn)是為驗(yàn)證理論知識(shí)，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相脫節(jié)；
（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，無(wú)法趕上移動(dòng)通信新型器件和裝置的發(fā)展，缺乏新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和方法；設(shè)備的更新?lián)Q代比較慢，實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展受到硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，跟不上技術(shù)革新的步伐；
（3）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，綜合性實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)少，在實(shí)驗(yàn)方法上基本是簡(jiǎn)單的模仿，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，缺少積極的思維和創(chuàng)新，也沒(méi)有探索的目標(biāo)和方向，沒(méi)有良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施；
（4）在移動(dòng)通信原理課程中，關(guān)于調(diào)制解調(diào)等有關(guān)內(nèi)容偏重理論，太過(guò)抽象，枯燥乏味。受資金和儀器設(shè)備不足等實(shí)驗(yàn)條件的限制以及學(xué)時(shí)較少的影響，很多移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)（例如正交頻分多路實(shí)驗(yàn)）不能由學(xué)生實(shí)際動(dòng)手完成，一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容僅僅能驗(yàn)證理論課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，顯然對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是非常不利的。積極探索移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，嘗試開(kāi)展仿真創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)移動(dòng)通信原理課程，培養(yǎng)創(chuàng)新能力起著重要的作用。
2仿真教學(xué)的引入與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
傳統(tǒng)的移動(dòng)通信原理課程理論教學(xué)，大多重在討論某種技術(shù)或算法的原理及其理論推導(dǎo)，以方便理解調(diào)制解調(diào)器原理和無(wú)線電波變換過(guò)程，從而加深信源編解碼和信道編解碼、無(wú)線電波發(fā)射與接收等知識(shí)的理解。在常規(guī)的實(shí)驗(yàn)課上，對(duì)移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)原理的講解也要在黑板上書(shū)寫(xiě)，既不夠形象、直觀，又比較呆板。由于有大量的波形分析內(nèi)容，教師在黑板上畫(huà)圖也是一件比較困難的事情，而且學(xué)生不易理解。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生常因受到固定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的束縛而改變實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，不可避免地存在錯(cuò)誤和不足，致使電路調(diào)試費(fèi)時(shí)費(fèi)力，甚至引起元器件和儀器設(shè)備損壞，使實(shí)驗(yàn)不能達(dá)到預(yù)期效果。因此，在移動(dòng)通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入仿真實(shí)驗(yàn)，是對(duì)理論課教學(xué)的必要補(bǔ)充。學(xué)生可以充分利用仿真實(shí)驗(yàn)軟件在數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、分析、處理、傳輸及控制等方面的強(qiáng)大功能，進(jìn)行方案的論證、選定和電路的設(shè)計(jì)，可以方便地改變參數(shù)來(lái)調(diào)整電路，使之更好地接近設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出較為理想的電路。學(xué)生還可以根據(jù)要求輸出電路的測(cè)試參量或波形，作為真實(shí)電路調(diào)試的依據(jù)和參考；可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行不同的仿真操作，得到與使用實(shí)際實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)果。另外，一些較為復(fù)雜的移動(dòng)通信創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，無(wú)法通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)完成實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，但是通過(guò)引入仿真教學(xué)，便可以擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)的維度、擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可操作性。移動(dòng)通信是通信原理、高頻電路和信號(hào)處理的交叉學(xué)科，學(xué)生只通過(guò)理論教學(xué)很難理解學(xué)科交叉性，對(duì)移動(dòng)通信原理的理解也不夠全面。通過(guò)引入仿真教學(xué)，既能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)移動(dòng)通信原理的認(rèn)識(shí)，又能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)際電路的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的引入，很好地支持了移動(dòng)通信原理的學(xué)習(xí)，可以進(jìn)行新技術(shù)的研究，拓展學(xué)生的工程意識(shí)，提高設(shè)計(jì)調(diào)試電路的靈活性，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維，開(kāi)闊學(xué)生的視野。
3仿真教學(xué)開(kāi)展實(shí)例分析
3．1理論教學(xué)與正交調(diào)制解調(diào)分析
正交調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的原理是把整個(gè)可用信道頻帶B劃分為N個(gè)帶寬為f的子信道，把N個(gè)串行碼元變換為N個(gè)并行的碼元，將高速信號(hào)變換為低速的并行子數(shù)據(jù)流，分別調(diào)制這N個(gè)子信道載波進(jìn)行同步傳輸，并在終端分開(kāi)正交信號(hào)。信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)實(shí)際是采用數(shù)字信號(hào)處理的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。先將信號(hào)串并變換成低速支路，各支路的調(diào)制可以采用數(shù)字調(diào)制方式，然后進(jìn)行快速傅里葉逆變換（IFFT）、快速傅里葉變換（FFT）來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3．2正交頻分電路仿真實(shí)驗(yàn)分析
通常在正交頻分電路分析中，往往會(huì)忽略講解和分析子載波調(diào)制快速傅里葉變換和反變換等內(nèi)容。讓學(xué)生從理論公式推導(dǎo)中理解OFDM原理，并利用Matlab編程實(shí)現(xiàn)不同子載波數(shù)的調(diào)制信號(hào)，可以驗(yàn)證對(duì)子載波數(shù)調(diào)制狀態(tài)的影響，進(jìn)一步驗(yàn)證理論公式并加深理解?？梢杂美碚撏茖?dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩種方法來(lái)理解調(diào)制。通過(guò)正交頻分各步驟的波形圖，形象地描繪信號(hào)調(diào)制解調(diào)的過(guò)程，逼真地顯現(xiàn)出真實(shí)信號(hào)傳輸變化的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)過(guò)程。
（1）確定參數(shù)。假設(shè)參數(shù)為：子載波數(shù)為8，F(xiàn)FT長(zhǎng)度為8，符號(hào)速率、比特率、保護(hù)間隔長(zhǎng)度為2，信噪比12，插入導(dǎo)頻數(shù)?；镜姆抡婵梢圆徊迦雽?dǎo)頻，導(dǎo)頻數(shù)可以為0。通過(guò)運(yùn)行仿真及修改參數(shù)設(shè)置，教師可引導(dǎo)學(xué)生逐步實(shí)驗(yàn)，觀察分析仿真結(jié)果并給出結(jié)論。通過(guò)示波器模塊可以直觀地觀察到二進(jìn)制隨機(jī)信源。
（2）產(chǎn)生數(shù)據(jù)。使用隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器產(chǎn)生二進(jìn)制數(shù)據(jù)。可以將原序列化為16進(jìn)制的碼元圖，通過(guò)改變數(shù)據(jù)率觀察仿真波形。
（3）子載波調(diào)制。利用Matlab工具仿真實(shí)現(xiàn)BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等4種調(diào)制方式。按照星座圖，將每個(gè)子信道上的數(shù)據(jù)映射到星座圖點(diǎn)的復(fù)數(shù)表示。通過(guò)改變支路不同的調(diào)制方式，觀察到仿真波形，每次課都會(huì)有各式各樣新的實(shí)驗(yàn)波形，可以直觀地觀察到二進(jìn)制隨機(jī)信源，以及將一路高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多路低速數(shù)據(jù)的波形。
（4）IFFT運(yùn)算。對(duì)上一步得到的同相分量和正交分量進(jìn)行IFFT運(yùn)算。為便于理解，可采用仿真軟件直觀地表現(xiàn)子信道上的數(shù)據(jù)與OFDM符號(hào)之間傅里葉逆變換關(guān)系。當(dāng)子信道的脈沖為矩形脈沖時(shí)，具有sinc函數(shù)形式的頻譜。當(dāng)改變系統(tǒng)（N）時(shí)，OFDM功率譜形狀也隨之改變。
（5）加入保護(hù)間隔，加入噪聲。由IFFT運(yùn)算后的每個(gè)符號(hào)的同相分量和正交分量分別轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，并將符號(hào)尾部G長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)加到頭部，構(gòu)成循環(huán)前綴。
（6）并串轉(zhuǎn)換。將每個(gè)符號(hào)分布在子信道上的數(shù)據(jù)還原為一路串行數(shù)據(jù)。
（7）FFT運(yùn)算。對(duì)每個(gè)符號(hào)的同相分量和正交分量按照（Ich＋Qch×i）進(jìn)行FFT運(yùn)算。由于噪聲和信道的影響，接收端收到的每個(gè)子信道上的數(shù)據(jù)，映射到星座圖不再是嚴(yán)格的發(fā)送端的星座圖。將得到的星座圖上的點(diǎn)按照最近原則判決為原星座圖上的點(diǎn)，并按映射規(guī)則還原為一組數(shù)據(jù)。利用以上設(shè)計(jì)的信號(hào)，在Matlab中編程實(shí)現(xiàn)該信號(hào)的調(diào)制，畫(huà)出調(diào)制前后信號(hào)的時(shí)序圖。此時(shí)，學(xué)生容易理解此種調(diào)制方式為何IFFT被稱調(diào)制。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生通過(guò)理論分析以及Matlab實(shí)驗(yàn)畫(huà)圖驗(yàn)證，進(jìn)一步加深了對(duì)正交頻分電路的理解。
4結(jié)束語(yǔ)
