基于MATLAB Simulink的模擬電路與數字電路虛擬實驗平臺設計

魏鑫強，趙乙瓏，張欣濡，孫寧欣，劉艷麗

（承德醫學院，河北 承德 067000）

0 引言

新工科建設是基于國家戰略發展的新需求和國際競爭的新形勢提出的高等教育改革的方向[1]。隨著當今科技的不斷進步，越來越多的人機交互平臺出現，為實驗教學的順利進行助力。本文以數字電路和模擬電路為研究對象，基于Matlab Simulink對它們進行仿真，并完成相關實驗，并利用GUI呈現友好的人機交互界面，使實驗教授過程更加順利[2]。本實驗平臺設有數字電路和模擬電路兩大模塊，其中還分別有二極管電路、三極管電路、負反饋電路、加法器、譯碼器和觸發器這些小模塊，實驗過程中學生可根據具體需要對電路進行改造，能更好地培訓學生的創新能力。

1 虛擬實驗平臺的總體設計

該虛擬實驗平臺采用GUI設計人機交互界面，在主界面中利用按鈕來跳轉到不同的siumlink電路仿真圖，來進行虛擬仿真實驗。總體框架和仿真平臺界面如圖1和圖2所示。

圖1 實驗平臺總體框架

圖2 虛擬實驗平臺界面

2 基于Matlab Simulink的虛擬仿真實驗

2.1 數字電路

2.1.1 加法器

圖3為實驗平臺利用Simulink搭建好加法器仿真電路，操作者可通過改變PulseGenerator模塊的Amplitude參數來獲取高電平或低電平信號輸入電路[3]。使用者亦可根據需要在Simulink Library Browser中找到所需模塊改造電路，進行試驗。

圖3 加法器實驗及仿真

2.1.2 譯碼器

圖4為實驗平臺利用Simulink搭建好譯碼器電路，并進行試驗得到真值表。

圖4 譯碼器實驗及仿真

2.2 模擬電路

2.2.1 二極管電路

圖5 為模擬電路模塊仿真圖，實驗平臺利用Simulink搭建好二極管電路，二極管為理想硅二極管，電源電壓為5V，電阻為10R，在Simulink中搭建的仿真電路圖運行得到ID和VD結果與使用理想模型、恒壓降模型和折線模型進行計算所得結果相同。在此電路圖中需注意，要加上Powergui模塊，否則電路無法運行[4]。

圖5 模擬電路模塊仿真

2.2.2 三極管電路和負反饋電路

三極管電路和負反饋電路需要注意的有以下幾點：（1）在有三極管的電路中需要在電路任意部位連接SolverConfiguration模塊，否則電路運行會報錯；（2）同樣的，需要加入Powergui模塊；（3）在這兩個電路中，使用電壓表和電流表測量數據時，需要使用模-數轉換模塊PS-SimulinkConverter來連接測試表和scope或者display[5]。

3 結語

本平臺基于Matlab的GUI 技術和Simulink仿真技術實現了數字電路和模擬電路在計算機中的仿真實驗，打破了傳統電路連接實驗的限制，學生可靈活創新，對自己所需電路進行連接并仿真。