仿真軟件在中職電工類課程中的應用

（普洱市職業教育中心，云南 普洱 665000）

0 引言

在當下的中職電工類課程中，越來越多的仿真軟件可以作為輔助教學的工具為教學提供有力的支持。仿真軟件的加入，讓課程更立體，讓學生能更直觀地了解原本抽象的課程知識，也為不具備實訓設備的科目提供虛擬實踐的可能，同時通過虛擬仿真讓學生直觀地感受到，從理論到實際的因果關系，激發學生的學習興趣，對教學起到非常大的促進作用。

中職電工類課程中常常應用到的仿真軟件有以下一些：（1）Multisim；（2）Proteus；（3）CADE Simu；（4）GX Works；（5）FX-TRN-BEG-C。

1 關于MULTISIM的應用

Multisim具有強大的仿真分析功能，可以進行電路設計、電路功能測試。該軟件具有豐富的元件庫，有多種參數可選擇，同時具有種類齊全的虛擬測試儀器儀表，它可以為教學提供模擬和數字電路的仿真功能，同時具有非常豐富的分析工具，可對電路進行特性分析解讀[1]。

在電工基礎課程和電工電子課程以及在電子實訓課程中教師可以應用Multisim來作為輔助工具。

（1）在“電工基礎”課程中，教師主要講解基礎性知識，可應用Multisim來讓學生熟悉元件的圖形符號、極性和電路的連接方式，比如串、并聯電路連接方法和特性，并對多個理論定律進行驗證的仿真，比如：基爾霍夫定律、戴維南定律。

（2）在“電子技術”課程中，Multisim的可應用場合就更多了。二極管、三極管的特性，及放大電路、穩壓電路、集成運放電路和數字電路等都可以應用Multisim來進行仿真，但是并不需要運用在所有知識塊里，個人覺得可以運用信號處理的電路中，比如在設置靜態點的時候，就調節參數通過儀表來觀察各點信號的變化，把原來用公式推導的復雜過程讓學生直觀感受到效果，理解起來就更加容易，其使用價值會比較高。另外，教材有以實驗引入的課題，也可以以Multisim作為實驗演示工具。當然，教學效果好不好，這也和教師怎么應用有很大的關系，教師的課程組織方式，怎么引入和關聯應當要處理好，不然也只會讓學生看熱鬧，實際并沒多大幫助。引入仿真的目的是為了幫助學生直觀地看到他們想象不出來的東西，而不是讓仿真代替思考；另一方面，可以用仿真來進行驗證，其所思所想是否如他所料，如果不是，哪里不相符，是為什么，這些都是在應用仿真軟件的同時要解決的問題。

（3）在“電子技術實訓課程”中，Multisim也很有用處。實訓課程常常是針對一個電路單元的制作過程，那么在電路講解過程中就可以應用Multisim來作為輔助工具。教師在課程中一般會先做電路分析，首先講明原理，根據原理分析各個關鍵點的工作狀態，如果出現各種故障，會出現什么特性，在Multisim上結合假設的情況，通過測試儀表可以觀察到故障后的情況，對學生在理解原理和電路分析上有很大幫助。

2 關于Proteus的應用

Proteus與Multisim有相似之處，同樣具有豐富的元件庫和儀表，可以搭建電路和對電路進行仿真。本人對兩者的區別在實際應用時有如下感受：首先，Proteus側重于數字電路，Proteus在數字電路仿真領域具有傳統優勢，一直以來它都是作為單片機課堂教學的主要仿真工具，Proteus支持主流的CPU：例如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，并且CPU類型隨著版本升級還在繼續增加，同時也支持單片機匯編語言的編輯、編譯、源碼級仿真，內帶匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環境，如IAR、Keil和Hitech結合，進行高級語言的源碼級仿真和調試。

Multisim則對于模擬電路的仿真更實用，Multisim具有更多分析方法和儀表，對模擬電路過程分析更具有優勢。另一方面，Multisim雖然也包含單片機模塊，直到2006年M9.0版本才引入，單片機的型號也沒有Proteus豐富，從應用的便利性和仿真運行速度作對比，Proteus都更具有優勢，這樣注定Multisim不可能作為數字分析的主要工具。一般來說，教師在做仿真時，通常是在Proteus繪制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，就可以在Proteus的原理圖中看到模擬的電路的運行狀態和過程[2]。

在教學中Proteus的應用也主要是集中在“單片機技術”課程及其與單片機相關的課程中，比如“C語言”，或者在單片機相關課程設計中。

在“單片機技術”課程中，當下多數單片機課程的教材基本上是先對基礎知識進行講解，后面展示獨立的項目任務，這樣的方式很適合做成實訓課題，而硬件設備不一定都能滿足，所以應用Proteus是最為實用、直觀、經濟的方式。從仿真軟件上一眼就可以看出各個工作點的狀態，學生能直觀地認識到自己的電路連接是否正確，程序編寫有沒有問題。

3 關于CADE Simu的應用

CADE Simu是一款模擬電氣電路的仿真軟件，它具有豐富的工具欄，具有多種虛擬元件，工具條中包含11類：（1）交直流電源；（2）熔斷器斷路器；（3）自動開關和熱繼電器；（4）接觸器主觸頭；（5）交直流電機；（6）電子元器件；（7）接觸器及繼電器輔助觸頭；（8）按鈕開關；（9）接近開關及其他相關；（10）線圈及輸出；（11）導線及電纜[3]。它繪制電氣控制圖的方法也非常簡單，同時，還能打開CAD格式電路圖，具有兼容性。

最重要是，CADE Simu具有仿真功能。雖然在繪圖功能方面比起CAD電氣版性能差，但對于在校學生而言，用于學習基礎的電氣原理和并不復雜的功能電路已經足夠。如果從事專業設計工作則需要專業的電氣版（比如天正、浩辰）才能達到要求，但對于校內學生作為起步的基礎學習，CADE Simu足夠了。

CADE Simu主要可應用在“電力拖動”課程當中。“電力拖動”課程主要包括三相異步電動機的基本控制線路和常用生產機械的電氣控制線路原理及其安裝、調試與維修。而CADE Simu所具備的工具，可以快捷地繪出電路圖，并且可以對電路功能進行仿真。在仿真時相當于電源開始供電，電路中的開關用鼠標點擊就會根據其特性改變狀態，通電的地方導線會變成紅色，不通電的地方為藍色，如果電機轉動會有箭頭標識。CADE Simu的仿真簡潔、明了，并且它的使用也非常簡單，很容易上手，無論是給學生做演示還是讓學生實踐都可行。

4 關于GX Works2、FX TRN BEG C的應用

PLC是以計算機技術為核心的通用工業自動化裝置，它將傳統的繼電器控制系統與計算機技術結合在一起，可靠性高、靈活通用、易于編程，在工業自動控制、機電一體化方面得到了廣泛應用。PLC課程也成了中職學校電工類課程中的重要部分，PLC課程邏輯性強，編程方法多樣，強調解決問題的能力，其本身是基于程序編定，通過完成程序指令來實現工業自動控制。PLC型號多樣，編程軟件也不通用，而教師所采用的是三菱FX系列。

除了GX Works2外，教師還會使用FX-TRN-BEG-C，它具有PLC的仿真功能，在它內部設有多個虛擬場景，比如各種物料搬運場景、紅綠燈控制場景等可提供給使用者進行編程訓練。在FX-TRN-BEG-C的應用界面上有3個部分，包括虛擬場景、控制按鈕和梯形圖顯示界面。使用者可以根據軟件給定的項目要求或者按照自己的想法進行編程，編程時注意所用輸入、輸出點與控制面板上的標識相符，完成后將程序導入，通過用鼠標點擊各個按鈕開關，就可以觀察到在虛擬場景中機械的仿真效果。其實，這款軟件就是為了教學而設計的，有很完備的教學輔助功能，里面有教程，還有項目程序的答案，甚至連書寫的步驟都有詳細的說明，它包含A-F六個階段，由易到難[4]。

以上四類就是目前在電工課程中常用的仿真軟件，它們使得教學效果事半功倍。隨著科技的不斷進步，教師應跟上時代的步伐，學會使用更科學更先進的工具來優化課堂。當然，先進技術的應用不能生搬硬套，不然就會水土不服，成為花架子，教師的精心設計才是充分發揮仿真軟件功效的關鍵。