“電工電子技術”ＣＡＩ教學軟件中ＲＣ串聯電路的ＶＢ實現

文章編號：1672-5913(2008)16-0066-02

摘要：本文介紹了在“電工電子技術”CAI教學軟件中，RC串聯電路仿真運行及動態演示的設計及實現的方法。該軟件以VB為開發工具，可以對RC串聯電路中的元件參數值進行設置，模擬電路的充、放電過程，實現交互運行，并可以使用模擬示波器進行波形演示和波形對比，方便教師生動直觀地教學。

關鍵詞：RC串聯電路；CAI；VB；波形演示

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1引言

電工電子技術是高等學校計算機專業及電類相關專業的專業基礎課程，原理抽象、難懂，教學效果不佳。應用CAI教學軟件能夠動態、直觀地展示電路圖和電路原理，精確地模擬演示波形和進行波形的對比，提高教學效果。

“電工電子技術”CAI軟件以VB為開發平臺，結合Protel99、PhotoShop5.0等軟件進行設計開發。在教學中使用該軟件，可以動態演示RC串聯電路的充、放電過程，并可在模擬示波器中繪制和比較不同參數狀態下的波形曲線，該軟件的使用使抽象、枯燥的語言描述形象化，能夠較好地輔助教學，達到直觀生動的教學效果。

2程序界面設計

“電工電子技術”CAI教學軟件的RC串聯電路部分將教學板書、電路動態演示和波形模擬三部分內容集中于一個窗體中并合理布局，省去了教師在教學過程中環境切換的煩瑣。窗體分為三個部分(如圖1所示)：

第一部分是位于窗口左邊的課程內容顯示區，由一個帶滾動條的文本框和一個下拉式列表框構成。課程內容的顯示可以通過下拉列表框的選項進行選擇，然后由外部文

件動態加載到文本框中。由于使用的是文本框控件，因此在授課的過程中還可對授課內容進行動態的添加、刪除或修改。

第二部分是位于窗口右邊上半部分的動態電路圖及參數設置區域。通過選擇右邊的單選按鈕可以動態演示RC電路中電容器的充電、放電過程和電流流動方向，并可以通過其他控件對電路及電路中元件的參數值進行設置和操作。

第三部分是位于窗口右下部的波形演示區。它模擬示波器根據用戶設置的參數值進行波形演示，并有控制面板，進行可控操作和波形對比。

3動態電路實現

微分電路是一種能夠將輸入的矩形脈沖變換為脈沖波形的變換電路，通俗地講，微分電路是將矩形脈沖的上升沿和下降沿分離提取的電路。它在電子技術的領域中應用十分廣泛。

RC串聯電路就是一個典型的微分電路，如圖2所示。其中，C就是尖頂脈沖(微分信號)的捕捉元件；R 是必要的輸出元件。R 與 C 的乘積就是該電路的時間常數τ，即τ=RC。當輸入矩形脈沖的周期、幅度和占空比一定時，輸出尖頂脈沖的寬度和幅度與 RC 的取值存在數學關系。

當矩形脈沖作用到該電路的輸入端，該電路就進行充電和放電這兩個動態過程。充電過程發生在矩形波的幅值持續期，相當于一個電壓為 U 的電源作用到輸入端口，在軟件中電路充電的動態實現過程界面如圖2所示。

放電過程發生在矩形波的幅值為0時，相當于用導線將輸入端口短路，在軟件中電路放電的動態實現過程界面如圖3所示。

實現充、放電過程的主要代碼如下：

Sub chongdian()

Line3.Visible = False

Line1.Visible = True

Line4.Visible = False

Timer1.Enabled = True

Image2.Visible = False

Image1.Visible = True

cf = True

y = 0

End Sub

Sub fangdian()

Line3.Visible = False

Line1.Visible = False

Line4.Visible = True

Timer1.Enabled = True

Image1.Visible = False

Image2.Visible = True

cf = False

y = 700

End Sub

Private Sub Timer1_Timer()

If cf = True Then

Picture5.Line (0， y)-(300， y)， vbRed

y = y + 10

If y >= 700 Then

Timer1.Enabled = False

End If

Else

Picture5.Line (0， y)-(300， y)， vbBlue

y = y - 10

If y <= 0 Then

Timer1.Enabled = False

End If

End If

End Sub

4仿真波形實現

在t=0時，開關與A端閉合，電源通過R向電容C充電，Uc由零初始值按指數規律上升，Uc=U(1－exp(-t/τ))；而U2由電源電壓初始值按指數規律衰減，U2=U－Uc = U* exp (- t/τ)。當τ遠小于開關動作時間tw時，Uc上升很快，U2衰減很快。充電過程結束，Uc=U，U2=0，U2形成一個正尖脈沖。

當開關與B端閉合，輸入端短接，電容上的電壓經電阻放電，Uc按Uc=U*exp(- t/τ) 指數規律衰減， U2按U2=-U*exp(- t/τ) 規律衰減，放電過程結束后，Uc=0，U2=0，U2形成一負尖脈沖。

在軟件中，可根據教學的需要，設置多組不同的元件參數值，并通過對控制面板上的按鈕的設置和操作，在模擬示波器中有選擇地顯示不同的波形并進行波形的對比。仿真波形實現的界面如圖4所示。

繪制波形的主要代碼如下：

'畫Uc

Dim yf2 As Boolean

yf2 = True

k = 700

j = 1

For i = 1 To 6000

If Int(i / HScroll1.Value) = i / HScroll1.Value Then

yf2 = yf2 Xor True

For s = 0 To 600 Step 70

Picture3.PSet (i，s)，vbGreen

Next s

j = 1

End If

If yf2 = True Then

k = 700 * (1 - Exp(-j / (R * C)))

Else

k = 700 * Exp(-j / (R * C))

End If

Picture3.PSet (i，k)， vbGreen

j = j + 1

Next I

5結束語

文中通過對RC串聯電路教學軟件實現的描述，體現了Visual Basic制作模擬仿真程序的優勢。本軟件可以對電路及電路中元件的參數值進行設置和操作，并模擬示波器進行波形演示和波形對比，使課堂教學生動、直觀，有效地提高了教學效果。

參考文獻：

[1] 鄭海春，謝維成. Visual Basic編程及實例分析教程[M]. 北京：清華大學出版社，2007.

[2] 鄔勇奇. 化工儀表實驗仿真CAI課件. 計算機與應用化學，2007，(12).