虛擬技術在電工電子實驗中的應用

張 艷 趙路路

（唐山勞動技師學院 河北唐山 063000）

虛擬技術在電工電子實驗中的應用

張 艷 趙路路

（唐山勞動技師學院 河北唐山 063000）

電子電路和測試儀器的數字化和智能化的發展方向對于傳統硬件實驗的設備要求會越來越高，虛擬技術在電工電子實驗中的應用克服了傳統教學過于抽象和枯燥，教學內容難以擴展的缺點，又在一定程度上彌補了實驗、實習環節的不足，是提高教學質量的很好的輔助手段。對于此情況，本文將會詳述一下虛擬技術在電工電子實驗中的應用相關內容。

虛擬技術 電工電子 實驗

引言

隨著虛擬技術的發展，由它帶來的一場測試儀器技術的“革命”，必將成為儀器領域的一個新的里程碑。虛擬電子實驗臺與電工電子課堂教學相結合，不但使教師的教學更加具有直觀性、形象性和生動性，而且軟件所提供的仿真環境更能使學生擺脫傳統復雜數學推理的壓力，使學生的學習更加具有主動性和創造性。那么下文讓我們一起了解一下虛擬技術在電工電子實驗中的應用。[1]

一、虛擬仿真技術

虛擬仿真實驗是利用一定的仿真軟件對電路環境和運行過程進行模擬達到與實際實驗相同的目的。常用的電工電子類虛擬仿真軟件有OrCAD、Multisim、Proteus、LabWIEW、Matlab等等。虛擬仿真實驗與傳統實驗相比，其優勢如下：首先可以減少實驗時間和實驗場所的限制，學生可以根據自己的實際情況和需要，自主進行實驗。同時也可以提高實驗和實訓的直觀性和真實性，特別是在實訓課程和大學生電子設計大賽中，可以讓學生更形象地獲取知識，更高效率地完成設計，激發學生的創新思維和興趣。[2]

其次可以打破課程界限，實行多門實驗交叉匯合。對各門相關課程的實驗室可以進行整合，可設置硬件和軟件實驗室，以適用不同的實驗內容和要求，提高實驗設備和實驗室的利用率，甚至與其他高校實現優質教育資源共建、共享和應用。而且通過虛擬實驗方式可以減小實驗投入。采用虛擬仿真實驗后，儀器設備損壞和耗材都會大幅度下降，特別是對于一些高消耗的電子類實驗室，有利于實驗室的維護，降低實驗和設計成本。同時還能提高實驗的安全性。學生可以根據設計要求最大范圍地利用自己的知識去進行設計和擴展，對于人身安全和設備安全，不會造成傷害。最后有利于推進課程內容改革，實行項目式教學，提高學生的學習興趣，有利于學生創新實踐能力的培養。[3]

二、虛擬儀器技術在電工電子實驗中的應用

1．虛擬信號發生器的設計應用

信號發生器是電氣類實驗中應用范圍最為廣泛的一種儀器設備，利用虛擬儀器技術能夠較好地實現它的功能。虛擬信號發生器產生的信號頻率通過軟件延時的方法實現，即在相鄰兩個離散函數值之間進行加數循環。例如，當采樣延時為1000（次）時，即在相鄰兩個離散函數值之間進行加數循環1000次，就有某個信號頻率與之對應。虛擬信號發生器面板需設置以下主要控件：

（1）“圖形顯示”窗：用來顯示圖形。

（2）“幅度選擇”輸入窗：用來選擇模擬輸出信號的幅值，范圍為1～5 V。

（3）“波形選擇”鍵：用來選擇待輸出的機內周期信號的波形。該開關置于上方時由軟件自動生成正弦波，置于中間時機內軟件自動生成方波，置于下方時機內軟件自動生成三角波。

（4）“延時選擇”輸入窗：延時范圍為1～500，改變此值，可改變模擬輸出信號的頻率。

（5）“Sigpoints”輸入窗：輸入模擬輸出信號一個周期內的離散點數。

（6）“波形發生”命令鍵：指令啟動D/A轉換，輸出模擬電壓信號。

（7）“停止”鍵：終止正在進行的D/A轉換。

（8）“關閉儀器”鍵：具有關機功能。

利用研華數據采集卡PCI-1712進行DAQ數據采集與輸出。12位A/D分辨率，每秒1M采樣速率；16路單端或8路差分或組合模擬量輸入；數據傳輸可使用PCI總線master功能；對模擬量輸入可使用預觸發，后觸發，模式匹配以及延遲觸發等多種觸發模式；2路12位模擬量輸出通道，可產生連續波形輸出；用于模擬量輸入的1K字FIFO，和用于模擬量輸出的4K字FIFO軟件校準模擬量輸入和輸出通道；16路數字量輸入和16路數字量輸出；3個16位時基為10MHZ的可編程計數器/定時器。

2．基于聲卡的虛擬數字示波器的設計應用

傳統的示波器與虛擬示波器有很多相同之處，同時又有本質的區別。傳統示波器是由專門廠家設計生產出來的，如HP公司的雙通道臺式數字存儲示波器UP54603系列，它是由具體的各類電子、機械元器件組成的。而虛擬示波器則完全是應用LabVIEW中的軟件程序設計而成的，即虛擬示波器是完全通過軟件程序設計出來仿真常用示波器的，它們在顯示、測量分析、存儲和外部連接上有著非常相似的地方，甚至有時候虛擬示波器在某些方面要優于常用示波器。現在的PC機上一般使用的都是集成聲卡，而聲卡可作為一種較高精度的數據采集卡，利用其繼承的A/D、D/A，能夠較好地完成數字量與模擬量之間的轉換，從而具備了相當能力的采集通道。在完成DAQ采集驅動與配置之后，便可以進行虛擬示波器的設計了。

此虛擬示波器能夠完成傳統示波器的大多數功能，并能夠進行頻譜分析與顯示截圖，但由于集成聲卡的本身資源有限，在精度與采樣頻率上受到了一定的限制。[4]

結語

上 文已經針對虛擬技術在電工電子實驗中的應用進行了詳細的分析，由于能力與經驗的限制，本文可能對虛擬技術在電工電子實驗中的應用論述不是很全面，沒有面面俱到，在論述中也 許會出現一些這樣或那樣的問題，或呈現出一些不成熟的思想，這都需要廣大同行多多批評與指正，進而不斷分析、探究以及總結，使虛擬技術在電工電子實驗中的應用得到創新。

[1]孫俊卿,羅云林,黃建宇,霍麗華,張迪.虛擬電工電子實驗平臺在基礎實驗教學中的應用[J].實驗室科學,2009

[2]倪紅霞.虛擬儀器及其在電工電子實驗中的應用[J].電子制作,2017

[3]龍熙,劉丹丹.虛擬電子實驗臺在電工電子課堂教學中的應用[J].中國高新技術企業,2010

[4]馬雪芬.虛擬仿真技術在電工電子實驗中的應用研究[J].信息系統工程,2015